雙能源電動(dòng)拖拉機(jī)電源部件的模型研究

劉靜， 孫閆

（1.南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，南京211188；2.江蘇大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212013）

0 引 言

小型電動(dòng)拖拉機(jī)具有能源使用效率高、噪聲低、對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境無污染、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械的新一代重要?jiǎng)恿ρb備。從20世紀(jì)70年代開始，美國(guó)、加拿大、英國(guó)、日本和意大利等國(guó)就紛紛開展車載電源電動(dòng)拖拉機(jī)的研制[1-4]。國(guó)內(nèi)對(duì)電動(dòng)拖拉機(jī)的研究相對(duì)起步較晚，近幾年也有高校和科研院所針對(duì)溫室用的小型電動(dòng)拖拉機(jī)開展研究[5-7]。

由于受到土壤含水量、容重、密度及可塑性等特性的影響，電動(dòng)拖拉機(jī)在田間作業(yè)時(shí)的負(fù)載特性具有較大的隨機(jī)性和不可預(yù)測(cè)性。鑒于此，采用鋰離子電池-超級(jí)電容的雙能源結(jié)構(gòu)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。本文主要對(duì)采用雙能源電動(dòng)拖拉機(jī)的主要電源部件，即鋰離子電池和超級(jí)電容的等效電路模型、參數(shù)辨識(shí)及仿真模型開展了相應(yīng)的研究。

1 鋰離子電池模型研究

1.1 鋰離子電池等效電路模型

鋰離子電池常用的等效電路模型有Rint 模型、Theveini模型、PNGV模型及GNL模型等。越復(fù)雜、精度越好的模型運(yùn)行也越復(fù)雜，對(duì)硬件的要求也越高。因此，根據(jù)實(shí)際需要，本文選擇Theveini模型。Theveini模型也稱為一階RC模型，含1個(gè)電壓源、1個(gè)串聯(lián)內(nèi)阻和1個(gè)RC并聯(lián)電路，如圖1所示。

圖1 Theveini模型

1.2 鋰離子電池等效電路模型參數(shù)辨識(shí)

鋰離子電池等效電路模型中Voc、R0、R1和C1等參數(shù)隨電池溫度T和荷電狀態(tài)SOC變化而變化，很難用數(shù)學(xué)模型精確表達(dá)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合或者插值的方法來獲得。圖2所示為某公司100 A·h、3.2 V的磷酸鐵鋰離子電池各參數(shù)在不同溫度下隨SOC變化的曲線。

1.3 鋰離子電池仿真模型

在Matlab/Simulink中建立基于Theveini等效電路的鋰離子電池仿真模型。該仿真模型包括鋰離子電池組的開路電壓和內(nèi)阻計(jì)算子模塊、功率限制子模塊、SOC估算子模塊、工作電壓和電流計(jì)算子模塊及結(jié)束停止模塊等，如圖3所示。

1.3.1 開路電壓和內(nèi)阻計(jì)算子模塊

圖13 超級(jí)電容SOC估算子模塊

3 結(jié) 語(yǔ)

圖15 超級(jí)電容內(nèi)阻仿真模型

圖16 超級(jí)電容工作電流和電壓子模塊

本文以雙能源電動(dòng)拖拉機(jī)的鋰離子電池與超級(jí)電容為研究對(duì)象。根據(jù)電動(dòng)拖拉機(jī)的實(shí)際作業(yè)工況，選擇適當(dāng)精度的鋰離子電池和超級(jí)電容等效電路模型，并對(duì)等效電路模型中的各參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)。最后，在MATLAB/Simulink中將鋰離子電池和超級(jí)電容的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為仿真模型，為下一步電動(dòng)拖拉機(jī)的雙能源結(jié)構(gòu)方案制訂及能量管理策略研究打下基礎(chǔ)。