裝載機(jī)工作速度快、動(dòng)作靈活、機(jī)動(dòng)性好、生產(chǎn)效率高,但傳統(tǒng)裝載機(jī)以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源,在當(dāng)今能源緊缺、環(huán)境惡劣的情況下,研究新能源裝載機(jī)具有重要的理論意義,氫能被譽(yù)為二十一世紀(jì)“終極能源”,研究燃料電池裝載機(jī)具有重要的顯示意義。純?nèi)剂想姵匮b載機(jī)受電池技術(shù)與本身特性限制,無(wú)法滿足所有工況要求,本文提出了以燃料電池與輔助電源超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的復(fù)合電源系統(tǒng),設(shè)計(jì)動(dòng)力傳動(dòng)方案,研究智能能量管理策略。論文首先分析現(xiàn)有傳統(tǒng)裝載機(jī)工況特征和性能參數(shù)針對(duì)燃料電池復(fù)合電源輪式裝載機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),提出并聯(lián)式燃料電池復(fù)合電源系統(tǒng)。設(shè)計(jì)復(fù)合電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并根據(jù)裝載機(jī)特性對(duì)燃料電池系統(tǒng)、超級(jí)電容進(jìn)行選型及參數(shù)匹配。其次通過(guò)MATLAB/Simulink軟件建立燃料電池模型、超級(jí)電容模型、電機(jī)以及液壓系統(tǒng)模型。針對(duì)燃料電池復(fù)合電源系統(tǒng)以及裝載機(jī)工況特性設(shè)計(jì)復(fù)合電源工作模式�；诠β史峙涞男〔ㄗ兓�,通過(guò)三層haar小波理論對(duì)功率進(jìn)行分層控制,解決了燃料電池輸出功率平緩,響應(yīng)慢的問(wèn)題;充分發(fā)揮超級(jí)電容“削峰填谷”處理變化劇烈、峰值的功率,提高燃料電池系統(tǒng)工作壽命。設(shè)計(jì)模糊邏輯控制策略,將處理過(guò)的負(fù)載功率、超級(jí)電容SOC作為輸入,燃料電池功率作為輸出建立Mamdani模糊邏輯控制器,根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)意見(jiàn)分四種工作模式建立控制規(guī)則,從而使控制器控制功率分配因子對(duì)雙能量源進(jìn)行功率流分配,進(jìn)一步提高整體系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。最后使用粒子群優(yōu)化算法來(lái)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化,通過(guò)將問(wèn)題總結(jié)為三個(gè)優(yōu)化約束條件,就上述問(wèn)題對(duì)粒子群優(yōu)化算法測(cè)試不同的參數(shù)產(chǎn)生的效果,選擇效果最好的一組參數(shù),并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果表明所提出的燃料電池復(fù)合電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可行,且證明了論文使用各種控制策略的有效性和可行性。對(duì)比模糊邏輯策略,小波-模糊邏輯策略以及優(yōu)化后的小波-模糊邏輯策略仿真出曲線,小波-模糊邏輯策略相較于模糊邏輯策略,有效降低了燃料電池功率波動(dòng)情況,燃料電池輸出功率曲線更加平緩且同比下降5%左右,超級(jí)電容SOC變化幅度更加劇烈并維持在0.6附近�？刂破鹘�(jīng)過(guò)優(yōu)化,燃料電池輸出較未優(yōu)化前降低2%左右。
【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：U469.72
【部分圖文】：

中北大學(xué)學(xué)位論文11緒論面臨著越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境污染、溫室效應(yīng)、資源緊缺等問(wèn)題，如何使用新型能源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工業(yè)能源，這是當(dāng)今社會(huì)的聚集點(diǎn)，也是一種必然的趨勢(shì)。尤其在工程機(jī)械領(lǐng)域，傳統(tǒng)的工程機(jī)械設(shè)備多以柴油作為主要能源，由于排放大，能量利用率低等因素，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的同時(shí)也嚴(yán)重造成了不可再生傳統(tǒng)資源的浪費(fèi)[1][4]。1.1課題研究背景及意義隨著以“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”為基本方針的《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略的提出，實(shí)現(xiàn)低碳化、信息化和智能化已成為輪式裝載機(jī)發(fā)展的新方向[12]。同時(shí)，我國(guó)在2016年下半年開(kāi)始施行更高規(guī)格的裝載機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)輪式裝載機(jī)能耗大、排放差的問(wèn)題也隨之逐步暴露出來(lái)，實(shí)現(xiàn)輪式裝載機(jī)節(jié)能減排或使用新的能源已迫在眉睫[12]。而作為新能源的純電動(dòng)以其較高的傳遞效率、零排放以及無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)得到人們的認(rèn)可，所以在近幾年得到高速的發(fā)展[1][13]。圖1.1各種電池功率密度和能量密度分布示意圖屬于工程機(jī)械類的裝載機(jī)，作為工程機(jī)械方面主要機(jī)型之一；其中輪式裝載機(jī)通常被廣泛地應(yīng)用在建筑領(lǐng)域、公路施工、礦山領(lǐng)域等工程領(lǐng)域[13]；傳統(tǒng)輪式裝載機(jī)多以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，雖有作業(yè)速度快、動(dòng)作靈活、機(jī)動(dòng)性好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但存在能耗高、排放差、發(fā)動(dòng)機(jī)效率低、噪音大等缺點(diǎn)[1][4][5]。

中北大學(xué)學(xué)位論文4[18]。日立建機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)在裝載機(jī)上的首次成功運(yùn)用是在2003年，這是世界上首臺(tái)混合動(dòng)力輪式裝載機(jī)。著名廠商Volvo在美國(guó)拉斯維加斯2008年CONEXPO工程機(jī)械博覽會(huì)上，展示了一款混合動(dòng)力裝載機(jī)——L220FHybrid，該款同軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)混合動(dòng)力裝載機(jī)屬于輕混結(jié)構(gòu)，L220F輪式裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)增加電動(dòng)發(fā)電機(jī)作輔助系統(tǒng)。L220FHybrid動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使用前傳動(dòng)裝置單軸轉(zhuǎn)矩組合的并聯(lián)式油電混合動(dòng)力系統(tǒng)[6][1]，其中輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的電力系統(tǒng)在常規(guī)作業(yè)中不運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)起到輔助動(dòng)力作用，只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率較低的低轉(zhuǎn)速區(qū)域進(jìn)行工作，在車輛開(kāi)始起步階段，因?yàn)殡妱?dòng)/發(fā)電機(jī)的輔助作用可以快速啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，達(dá)到降低燃油消耗、改善排放的作用[6]。超級(jí)電容ISG電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)液壓工作裝置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變速器發(fā)動(dòng)機(jī)液力變矩器圖1.3為沃爾沃L220FHybrid混合動(dòng)力輪式裝載機(jī)日本川崎公司65ZHybrid混合動(dòng)力裝載機(jī)2011年美國(guó)拉斯維加斯CONEXPO工程機(jī)械博覽會(huì)展出，65ZHybrid混合動(dòng)力裝載機(jī)無(wú)液力變矩器，采用油電混合動(dòng)力[3]，儲(chǔ)存元件使用超級(jí)電容。約翰·迪爾公司亦在該博覽會(huì)上展出644KHybrid混合動(dòng)力裝載機(jī)[11]。超級(jí)電容電機(jī)變速器行星機(jī)構(gòu)離合器發(fā)動(dòng)機(jī)工作裝置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)圖1.5川崎65ZHybrid輪式混合動(dòng)力裝載機(jī)川崎研發(fā)了一種行星齒輪、馬達(dá)及發(fā)電機(jī)構(gòu)造的HYTCs部件來(lái)取代傳統(tǒng)液力變矩器，極大節(jié)省能量，且HYTCs系統(tǒng)還可以將裝載機(jī)剎車等能量進(jìn)行回收。日本川崎公

中北大學(xué)學(xué)位論文4[18]。日立建機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)在裝載機(jī)上的首次成功運(yùn)用是在2003年，這是世界上首臺(tái)混合動(dòng)力輪式裝載機(jī)。著名廠商Volvo在美國(guó)拉斯維加斯2008年CONEXPO工程機(jī)械博覽會(huì)上，展示了一款混合動(dòng)力裝載機(jī)——L220FHybrid，該款同軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)混合動(dòng)力裝載機(jī)屬于輕混結(jié)構(gòu)，L220F輪式裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)增加電動(dòng)發(fā)電機(jī)作輔助系統(tǒng)。L220FHybrid動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使用前傳動(dòng)裝置單軸轉(zhuǎn)矩組合的并聯(lián)式油電混合動(dòng)力系統(tǒng)[6][1]，其中輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的電力系統(tǒng)在常規(guī)作業(yè)中不運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)起到輔助動(dòng)力作用，只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率較低的低轉(zhuǎn)速區(qū)域進(jìn)行工作，在車輛開(kāi)始起步階段，因?yàn)殡妱?dòng)/發(fā)電機(jī)的輔助作用可以快速啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，達(dá)到降低燃油消耗、改善排放的作用[6]。超級(jí)電容ISG電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)液壓工作裝置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變速器發(fā)動(dòng)機(jī)液力變矩器圖1.3為沃爾沃L220FHybrid混合動(dòng)力輪式裝載機(jī)日本川崎公司65ZHybrid混合動(dòng)力裝載機(jī)2011年美國(guó)拉斯維加斯CONEXPO工程機(jī)械博覽會(huì)展出，65ZHybrid混合動(dòng)力裝載機(jī)無(wú)液力變矩器，采用油電混合動(dòng)力[3]，儲(chǔ)存元件使用超級(jí)電容。約翰·迪爾公司亦在該博覽會(huì)上展出644KHybrid混合動(dòng)力裝載機(jī)[11]。超級(jí)電容電機(jī)變速器行星機(jī)構(gòu)離合器發(fā)動(dòng)機(jī)工作裝置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)圖1.5川崎65ZHybrid輪式混合動(dòng)力裝載機(jī)川崎研發(fā)了一種行星齒輪、馬達(dá)及發(fā)電機(jī)構(gòu)造的HYTCs部件來(lái)取代傳統(tǒng)液力變矩器，極大節(jié)省能量，且HYTCs系統(tǒng)還可以將裝載機(jī)剎車等能量進(jìn)行回收。日本川崎公
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 鄒乃威;章二平;韓平;戴群亮;鄔萬(wàn)江;于秀敏;;混合動(dòng)力裝載機(jī)節(jié)能途徑分析及結(jié)構(gòu)方案探討[J];工程機(jī)械;2012年12期

2 鄒乃威;章二平;于秀敏;戴群亮;李開(kāi)亮;;同軸并聯(lián)混合動(dòng)力裝載機(jī)控制策略的研究[J];中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào);2012年02期

3 李燕;;新能源汽車發(fā)展趨勢(shì)研究與探討[J];南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2012年03期

4 徐曉美;唐倩倩;王哲;;混合動(dòng)力裝載機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J];工程機(jī)械;2012年02期

5 季喜軍;;混合動(dòng)力汽車在我國(guó)發(fā)展?fàn)顩r及市場(chǎng)前景[J];機(jī)械管理開(kāi)發(fā);2009年03期

6 趙丁選,馬鑄,楊力夫,黃海東,宮文斌;工程車輛液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力性分析[J];中國(guó)機(jī)械工程;2001年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 丁石川;超級(jí)電容關(guān)鍵技術(shù)及其在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用研究[D];東南大學(xué);2018年

2 周放;車載復(fù)合電源系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化及能量管理策略研究[D];吉林大學(xué);2017年

3 張志文;串聯(lián)式重度混合動(dòng)力裝載機(jī)傳動(dòng)方案與控制策略研究[D];吉林大學(xué);2014年

4 李天宇;混合動(dòng)力工程車輛自動(dòng)變速換擋策略及控制方法研究[D];吉林大學(xué);2014年

5 姚永明;基于液壓變壓器的裝載機(jī)節(jié)能研究[D];吉林大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王福星;基于粒子群優(yōu)化算法的多無(wú)人機(jī)自組織控制[D];南京郵電大學(xué);2019年

2 謝傳聰;粒子群優(yōu)化算法在車輛路徑問(wèn)題中的應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2019年

3 張宇豐;基于多目標(biāo)粒子群算法的多約束組合優(yōu)化問(wèn)題研究[D];西安理工大學(xué);2019年

4 王寬;電動(dòng)叉車復(fù)合電源參數(shù)匹配及能量管理策略研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2019年

5 馬春生;基于工況預(yù)測(cè)的電動(dòng)裝載機(jī)復(fù)合電源能量管理策略研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2019年

6 劉碩;燃料電池混合動(dòng)力電動(dòng)車的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制策略研究[D];重慶理工大學(xué);2019年

7 郭高易;叉車用燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理策略研究[D];西南交通大學(xué);2018年

8 周海燕;純電動(dòng)輪式裝載機(jī)復(fù)合電源能量管理策略研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2018年

9 李牧菲;并聯(lián)式混合動(dòng)力裝載機(jī)能量管理方法研究[D];吉林大學(xué);2014年

10 張正飛;裝載機(jī)并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略研究[D];吉林大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2879426