电动汽车电源管理使用模糊逻辑

文摘

电力电子系统的技术已经多元化为工业、商业和居民区。发展战略来提高性能的电动汽车(EV)的电能需要一个分析模型的描述。电动汽车是复杂的机电整合系统非线性模型和描述,因此,它的研究不是一件容易的事。它可以提高电池的性能银行通过创建新电池,允许更大的存储能量或通过开发一个管理系统。本文介绍了电源管理系统的开发基于模糊逻辑对电动汽车来说,为了减少能源消费总量和优化电池银行。实验结果显示在标准的操作条件下使用模糊控制器。提高电池性能和整体性能的能源消耗。收购了一些动态显示改善速度信号,如过度,沉降时间和稳态误差参数。结果表明,这种模糊控制器增加了车辆的整体能源效率。

1。介绍

的一些原因使用替代能源的汽车排放法规已成为必须,电动机技术的发展,建立高性能的电池(1]。世界各地的几家公司已经开始更严肃地考虑电动汽车(EV)的商业化。电动汽车的技术性能与内燃机实现。混合动力汽车将属性提高电动汽车性能、电力牵引引擎提供快速的加速度,和内燃机在恒定速度运行的很好。([2,3])。

目前,大部分电动汽车从外部发电厂供电,这助长了电池。能量储存方法包括化学能储存在电池的车辆。低功率密度和降低生命周期的一些缺点的电化学电池。一个伟大的进步就是创造了新能源存储系统由太阳能电池、高性能电池,或电子电力系统。电力电子技术的使用电池的使用能耗控制银行可以降低电池的放电周期,增加电动汽车旅行的距离(4]。

图1显示了EV UPChis01由教授和学生的恰帕斯州理工大学机械电子工程。本文提出了一种能量管理方法应用于电动汽车的基础上减少当前动力电池提供的银行。这个提议的主要优势来提高电池的生命周期使用模糊系统银行和提高性能。剩下的纸是组织如下。首先,电动汽车的特点,本研究中使用的模型。它描述了输入和输出变量,隶属度函数和模糊系统规则。它显示了建议的解决方案的实验结果,比较了电动汽车性能在正常情况下。最后的讨论结果将在最后一节。

2。相关的工作

在墨西哥,几所大学已经开发出电动汽车,满足各种国际质量标准;工学院的自治最近建立了汽车“Kalani”,这是一个三轮车车钢框架和玻璃纤维。它有一个体重50公斤,长120厘米宽,220厘米,80厘米高,还包括锂电池1000瓦和14公里一次充电的效率。此外,机电工程学院的墨西哥国立理工学院的修改一辆大众轿车汽车建立电动汽车;它是在36 - 92伏特的电压范围。电池银行由六8 V铅酸电池深度放电。汽车机电一体化研究中心的蒙特雷理工学院和高等教育技术研究所、校园托卢卡,目前正在开发一个商业EV。公司销售他们的产品在城市将使用这个电动车;这个项目是与墨西哥能源机构的协调。

需要优化的可用能源的充分利用电动汽车电池受到不同的速度。大多数计划使用PID控制器来管理电池供电。传统的PID控制器需要一些调整快速、动态可接受的响应。执行一个PID控制;精确的调整需要获得一个快速响应,适应动态模型;运算放大器的电路是用来衡量一个线性模型的参数。电路的主要缺点是他们退化由于时间和高温。

几篇文章([5- - - - - -9)目前的控制器基于模糊逻辑系统来监控能耗,输出功率、脉冲宽度调制(PWM)用于电动车。

这些汽车中使用的自激异步发电机的固有问题的波动电压的大小和频率的变化速度。此问题的解决方案是纠正变频发电机终端电压,用PWM逆变器接收和发送的电力。目标是跟踪和提取电力系统的最大功率和权力转给当地的孤立的负载。

3所示。材料和方法

3.1。电动汽车组件

电动汽车的一般特征和组件。这是一辆大众轿车汽车四缸内燃机,型号2000,质量550公斤。是中国制造和使用的电动机详细数据目前还不清楚。有一个简单的描述发动机条件。

电动汽车的基本组件的描述UPChis01描述表1。

有不同类型的建筑电动汽车(6]。一些可能性是1到4电机,交流或直流电机,有或没有一个齿轮箱,高或低电压电池,和一个或三个充电阶段。选择架构如图2。

最初的设计有一些问题,影响发动机的性能和电池。电池是由电解液的硫酸铅板形成阳极和阴极。这种类型的电池是最常见的电动汽车的牵引,鉴于其健壮性、大市场提供,和较低的价格。然而,他们需要定期修订和电解质水平的替代,充电过程中蒸发。此外,他们如果不回收产生重大环境影响和生命周期较短。

电池的效率直接影响到汽车的加速度。在许多情况下,电池的充电银行是不平衡的。据估计,电池银行应该改变我们周围每2年和成本3000年。在墨西哥,这个成本是非常高的。所以有必要进行电动汽车能量管理器。

制造商声称,电机速度达到100公里/小时以上;这是不安全的用户达到这一速度由于电池的类型。电机可能遭受磨损的衬套,所以它应该定期检查。一个适当的执行本文的方法是通过分析发动机产生的噪音和热量水平。如果电动机开始增加噪声温度或高于其正常状态还有一个衬套磨损。发动机数据表不包含这些参数的信息。操作限制必须建立根据车辆的使用的经验。的平均内部的一部分引擎及时检查和磨损部件更换,维修成本超支将被避免,将获得一个更好的车辆的性能,以及延长车辆的使用寿命。

很明显,这些电池是电动汽车发展的不足。他们有一个低能量密度和低效率通常是70 - 75%。然而,这种类型的电池在墨西哥是使用,因为他们是受欢迎的。

这是决定电动汽车增加用户安全的变化。表2显示了修改后的组件版本的电动车。

虚拟仪器软件是用来实现这种集成系统的CompactRIO国家仪器公司。CompactRIO是实时嵌入式工业控制器的工业控制系统。的CompactRIO结合实时控制器,可重构的输入/输出模块、FPGA模块,和一个以太网扩展底盘。虚拟仪器和国家仪器技术被用在许多工程应用[10]。

3.2。数学分析

电动汽车上的力是由于重力、风力、滚动阻力和惯性效应进行了分析。这种力量可以观察到在图3。在[9,11这些力量的)有一个详细的分析。

汽车的轮胎力可能是由以下方程描述:

每个变量的模型的描述如表所示3。

3.3。电池

这些都是一般6芯铅酸电池电压范围:(1)开路(不活跃)负载:12.6 V 12.8 V ~ (2.10 ~ 2.13 V /细胞)(2)开路全流量:11.8 V ~ 12.0 V(3)加载完整下载10.5 V(4)连续充电保护凝胶电解质(浮动)13.4 V;13.5 V AGM(吸收玻璃垫),和13.8 V细胞常见的液体电解质(5)所有电压都是引用在20和必须符合-0.022 V /°C的温度变化(6)建议浮动电压变化根据制造商的建议(7)一个浮动电压准确(±0.05 V)长寿至关重要;非常低(硫酸盐化作用)是一样坏的高(电解液的腐蚀和损失)(8)典型的负载(日报):14.2 V至14.5 V(取决于制造商的建议)(9)均衡充电(电池电解液流体):15 V不超过2小时。电池温度必须控制(10)满载后终端电压迅速下降到13.2 V,然后慢慢12.6 V

3.4。模糊集

这项工作的主要目的是应用模糊逻辑控制器来验证如果控制器提高了电动汽车的能耗。这些想法后,模糊推理系统是基于规则“如果…那么…”。

在本节中,将描述模糊系统的发展。在[8)实验测试了电动车的电力消耗。

有几种启发式方法应用于电动车或混合动力车。使用文章2和3的结果,建立了模糊系统作为电动汽车电源管理器。

在这种情况下,模糊系统是电力部门经理和控制所有系统内置的车辆。通过网络控制器(控制器区域网络),也就是说,一个通信协议传输的基于总线拓扑信息在分布式环境中,该网络用于所有设备相互通信。

的一些原因使用三角形和梯形函数解释(12]。吴之间的比较不同的隶属函数,确定最好的情况下为每个使用。下面突出显示三个原因:(1)建设:它是指获得隶属函数的方法。一般来说,有两种方法来创建一个成员函数:需要一个数学模型来描述植物并使用优化技术来调整参数。更容易执行线性化模型变量如果如控制电池的电流所需的功率控制器。(2)单调性:描述系统和保护原始结构的一个过程。一个单调函数表示为一个数学表达式,并不能改变给定的顺序。一个梯形函数比高斯函数。(3)计算成本:实时控制行动取决于所使用的算法。一个算法,最大限度地减少的数量和订单操作是必要的。一个控制器执行更快的过程所需的一个。与50 Mamdani类型系统规则或更少,高斯函数更好的工作。然而,在这项研究中,超过100人使用规则和推理与梯形和三角形函数是由更快。

表4表示语言变量,他们的隶属度函数,函数的类型使用在每种情况下。数据4- - - - - -7显示变量的斜率、速度、放电深度,分别和速度修正。系统是一个味噌控制器类型(多输入单输出)输入,道路坡度、放电深度,和行车速度,和输出,修正速度。

3.5。模糊规则

司机任务缓慢的电动汽车车辆的减少能源消耗。首先,输入来自的斜率的梯度,放电深度计算的EV模型,使用和速度。模糊控制器的行为,在这种情况下,放电深度大于70%,直接应用于车辆性能和系统减缓保护电池通过减少功耗,因为它是直接与电动汽车的拉伸力成正比。这个驱动程序在不同的工作环境(道路平坦的斜坡,升序和降序的场景)。

有140条规则。图8显示了模糊系统在模糊系统设计开发的虚拟仪器。例如,一个规则如下:

“如果斜率=持平,放电深度=生态模式和速度=高然后纠正速度=正常”。

在这种情况下,模糊控制器在以下方式:速度降低(输出变量修正速度)因为电池的放电优于70%检测(生态模式设置),这样的速度要求由用户修改值的速度适应电池的条件和道路条件(平集)。

4所示。结果与讨论

2015年,电动汽车的设计和施工UPChis01从教育部进行融资。2016年,格兰特被授予改善电动汽车的设计。这项研究开始于2017年。提案提出了使用智能控制提高电池性能和提高效率。

驾驶循环由microtravel和5到40分钟。这个时间必须包含足够microtrips反映驾驶行为在现实世界中。以下是一些基本的循环参数由一段新公路Tuxtla古铁雷斯,Suchiapa Villaflores(时间:499年代;距离:5.4公里;平均速度:60.2公里/小时;最高速度:85.5 km / h)。图9显示了minitrip用于实验结果。

在任何情况下,重要的是要得到关键变量,如速度、加速度,距离,斜率的路线。在谈到管理的发展周期,三个步骤很重要:路线选择、数据收集、和施工周期。路线选择包括选择课程描述周期。确定的路线是一条高速公路以一个恒定的速度,主干道,或城市驾驶,例如。数据收集是能够用适当的传感器收集数据参数来描述驾驶循环。最后,几个microtrips一旦收集的所有数据,时域函数的车辆速度构造。

速度行驶循环和控制速度是表示在图10。在图表中,白线代表的速度旅行周期不使用模糊控制器。红色的线条代表旅行的速度循环使用模糊控制器。如果模糊系统停用则观察到更高的平均速度。

在表中5,6,7,平均能耗值,功率损耗,和当前的旅游循环显示。获得的平均值在25.7%的实验结果表明改进的模糊系统的应用。这些结果给电池的性能改善的迹象。

在图11放电深度与时间。增加自主车辆循环时可见的控制器有一个时间间隔更长的电池续航时间。

数据的保存和分析空电池放电时的价值。这个值是接近95%。分析了能源、电流和功率损耗在正常情况下使用,并将购买与获得的结果与模糊控制器。不同的排放水平的电池是观察旅游周期10000秒在正常道路状况。可以走当模糊系统作用于电动汽车(白线)。

5。结论

实验测试表明,集成控制器的电动汽车所需的结果。总之,所有参数分析生成值较低的值,说明系统实现的有效性。电力消耗降低在所有的测试中,银行给电池的完整性和安全性。

获得的结果在不同的测试中,电动汽车的组件是要求最高,能够确定它的功能。这允许我们进行扩散的编程系统,以充分利用其效率。测试结果表明,该电机在任何时候不会过热。温度逐渐增加水平低于92°C。

时间旅行是一个成功的系统,因为它可以防止电池放电。这为司机提供了机会去寻找附近的充电站。这将是必要的,以确定是否对高速公路进行相同的行为系统在城市环境中。很可能速度自然减少了交通条件和速度限制,发生在一个城市。

据推测,在大多数场景高速公路速度高于电动汽车可以是一个可行的解决方案之间的通信小镇附近的城市。因此,为了提高系统分析和采用不同的主题进行研究的项目。

建议未来的研究,提高电动机的模型使用锂离子电池模型或应用等新类型的控制器模糊PID和模糊神经网络。

机电的列表元素和所需的限制使内燃机车辆的转换成为电动汽车成为可能。

数据可用性

软件用于支持本研究的发现尚未提供,因为它是发达CompactRIO 9074专业模块;它不工作在电脑上;然而,它可以分享 。fs文件使用。虚拟仪器模糊系统设计是必需的。关于电动汽车的信息可以修改以下链接:https://www.youtube.com/watch?v=3zBBKnpkKT4http://www.transporte.mx/politecnico-de-chiapas-desarrolla-auto-electrico/https://www.reforma.com/aplicacioneslibre/articulo/default.aspx?id=469585&md5=ca4ea412a924d795f6234dcc7a3a5611&ta=0dfdbac11765226904c16cb9ad1b2efehttps://mobile.diario.mx/Economia/2015-02-23_f49aea7b/crean-estudiantes-vehiculo-electrico-en-chiapas/

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢通过研究资助PROMEP收到的财政支持。

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