منبع مقاله درباره انرژی، الکتریکی، استراتژی

ت گرم
Tengine: دمای سرد کننده موتور احتراقی
Coeff: یک ثابت، متغیّر با خروجی
Exp : یک ثابت، متغیّر با خروجی
رابطه (22-1) برای همه خروجیهای منتخب، مصرف سوخت، HC،CO ، NOxو PM اعمال می شود.
2-2) محاسبه انرژی سوخت موثرمصرفی در نتیجه تبدیل انرژی الکترومکانیکی
استراتژی کنترلی تطبیقی مقداری از شارژ باتری تخلیه شده را برحسب انرژی سوخت معادل، که باید در نهایت بازیابی شود، حساب می کند. این مقدار انرژی یک انرژی فرضی مورد نیاز برای جایگزینی شارژ از دست رفته بوده که شامل بازده موتور احتراقی، بازده موتور الکتریکی ، بازده باتری و فاکتورهای عملکردی مربوط به دما می باشد. برای محاسبه این مقدار انرژی مراحل زیر باید انجام شود:
1) محاسبه انرژی سوخت برحسب گشتاور موتور الکتریکی
2) محاسبه ?SOC برحسب گشتاور موتور الکتریکی با به حساب آوردن انرژی بازیافت ترمز.
3) ترکیب مراحل فوق برحسب مصرف سوخت و ?SOC .
4) محاسبه انرژی معادل با مقدار دهی منحنی مرحله (3) در ?SOC جایگزین.
5) تنظیم انرژی معادل با یک فاکتور تنظیم .SOC
بنابراین ابتدا باید مقدار انرژی سوخت معادل که روی یک محدوده گشتاور عملکردی صحیح مصرف می شود، محاسبه شود. این رابطه به علت غیر خطی بودن نقشه های بازده موتور احتراقی، غیرخطی می باشد. با توجه به شکل(7-1) در نقطه ماکزیمم گشتاور موتور الکتریکی ، همه گشتاور مورد نیاز توسط موتور الکتریکی تولید شده و هیچگونه انرژی از موتور احتراقی درخواست نمی شود. با کاهش گشتاور موتور الکتریکی ، بار موتور احتراقی افزایش می یابد که باعث مصرف بیشتر سوخت می شود.
شکل(7-1) منحنی مصرف سوخت برحسب گشتاورموتور الکتریکی
با توجه به شکل (7-1) Ereference جایی است که گشتاور موتورالکتریکی صفر و همه گشتاور بار توسط موتور احتراقی تولید می شود. سپس استراتژی کنترل تغییرات شارژ باتری روی محدوده عملکردی صحیح را محاسبه می کند. در حالت کلی رابطه بین ?SOC و گشتاور موتور الکتریکی به دو دلیل غیر خطی می باشد. یکی به علت غیر خطی بودن نقشه های بازده موتور الکتریکی و دیگری به علت تفاوت بین مقاومتهای شارژ و دشارژ می باشد. با توجه به شکل (7-1) ، در گشتاور ماکزیمم موتور الکتریکی (نقطه A) انرژی الکتریکی از باتری خارج شده و به انرژی مکانیکی چرخان تبدیل می شود.
در این حالت شارژ باتری افت پیدا می کند و- SOCinitial ?SOC = SOCfinal منفی می شود. نمودار تغییرات شارژ باتری برحسب گشتاور موتور الکتریکی بصورت شکل(8-1) می باشد.
شکل(8-1) نمودار تغییرات شارژ باتری برحسب گشتاور موتور الکتریکی
در طول عملکرد، خودرو هایبرید یک مقدار مشخص از انرژی را توسط بازیافت ترمزی پس می گیرد. بنابراین SOC افزایش پیدا می کند. در این حالت استراتژی کنترل این مقدار انرژی را در انتخاب نقطه کار در نظر می گیرد. از آنجاییکه استراتژی کنترل نمی تواند شرایط عملکردی آینده خودرو یا مقدار?SOC ناشی از بازیافت ترمزی (?SOCregen) را پیش بینی نماید در این حالت این مقدار براساس رفتار خودرو در گذشته پیش بینی می شود.
استراتژی کنترل مقدار ?SOC را در طول سیکل حرکت دنبال کرده و میانگین آنرا روی یک چارچوب زمانی حساب می کند. این مقدار میانگین به عنوان انرژی آزاد مربوط به حالت بازیافت انرژی در نظر گرفته می شود . مقدار ?SOCregen برای هر سیکل حرکتی متغیر است. بنابراین دنبال کردن میانگین زمانی ?SOCregen اجازه می دهد تا استراتژی کنترل خود را با سیکلهای رانشی مختلف منطبق کند. برای نمونه روی یک سیکل شهری با تغییرات گسترده سرعت ، بازیافت انرژی ترمزی قابل توجه و به عنوان یک انرژی آزاد به حساب می آید. برعکس روی یک سیکل بزرگراه، تغییرات حالت شارژ باتری کم می باشد (0.001% حالت شارژ باتری برثانیه یا 0.8% حالت شارژ باتری افزایش روی سیکل HWFET7). بنابراین استراتژی کنترل بصورت ایده ال مقدار انرژی آزاد مطابق با سیکل رانشی که خودرو روی آن حرکت می کند، را پیش بینی می کند. با جابجایی منحنی شکل(8-1) بسمت بالا به علت در نظر گرفتن ?SOCregen ، این مقدار انرژی در استراتژی کنترل به حساب می آید.
با ترکیب شکلهای (7-1) و (8-1) منحنی جدیدی به صورت انرژی سوخت برحسب ?SOC حاصل می شود(شکل(9-1)) . مطابق شکل(7-1) در ماکزیمم گشتاور موتور الکتریکی، انرژی سوخت پایین بوده و ?SOC منفی می باشد(نقطه A) . اگر حالت شارژ نهایی و ابتدایی روی یک بازه زمانی، یکسان باقی بمانند، به این معنی است که هیچ مقدار انرژی مصرف نشده است. اگر در بازه زمانی که باتریها استفاده می شود، گشتاور موتور الکتریکی مثبت باشد ، حالت شارژ باتریها کاهش می یابد. برای اینکه که خاصیت خنثی شارژ را داشته باشیم، باید حالت شارژ باتریها افزایش پیدا کند. در این حالت استراتژی کنترل یک جایگزینی ساده را انجام می دهد(رابطه(23-1)).
(23-1) ?SOCreplace = -1??SOCactual
شکل(9-1)معادل با این تغییر در حالت شارژ باتری ، انرژی سوخت الکترومکانیکی کلی را می دهد.
شکل(9-1)منحنی مصرف سوخت برحسب تغییرات حالت شارژ باتری
بخشی از انرژی پیش بینی شده Etotal,em درخواست توان از طرف راننده را علاوه بر توان لازم برای شارژ باتری، برآورده می کند. بنابراین انرژی سوخت Etotal,em از انرژی Ereference کم می شود و انرژی جایگزین حاصل می شود.
(24-1) Ereplace = Etotal,em-Erefernce
این مقدار انرژی افزایشی Erefernce ، معادل با انرژی موثر مصرف شده توسط موتور الکتریکی وباتری می باشد. روش انرژی جایگزین فرض می کند که شرایط عملکردی یکسانی در آینده وجود دارد. برای تنظیم انرژی معادل از یک فاکتور تنظیم حالت شارژ باتری استفاده می شود. علت استفاده از این فاکتور تنظیم به چند دلیل می تواند باشد:
1) محدوده بهینه حالت شارژ باتری ممکن است فاصله زیادی نسبت به محدوده عملکردی حالت خنثی شارژ داشته باشد.
2) سطح بهینه حالت شارژ باتری غیر قابل دست یافتنی باشد.
3) اهداف آلودگی استراتژی کنترل ممکن است نقاط کار را تغیر دهند و در این حالت ممکن است تنظیم طبیعی حالت شارژ باتری اتفاق نیفتد.
بنابراین از یک فاکتور تنظیم برای کنترل حالت شارژ باتری استفاده می شود:
(25-1) Ereplace,reg = Regulation_factor ? Ereplace
این فاکتور براساس شبیه سازی سعی وخطا حاصل می شود. بطوریکه وقتی حالت شارژ باتریها نزدیک محدوده مطلوب است، این فاکتور یک می باشد. شکل(10-1) تاثیر فاکتور تنظیم روی حالت شارژ باتری را نشان می دهد.
شکل(10-1) تاثیر فاکتور تنظیم روی حالت شارژ باتری
برای حالت شارژ بالا، فاکتور تنظیم پایین و نشان دهنده این است که استفاده از موتور الکتریکی و باتریها برحسب تابع انرژی کم هزینه تر است. بالعکس در حالت شارژ پایین، فاکتور تنظیم بالا بوده و در این حالت استفاده از موتور الکتریکی و باتریها برحسب تابع انرژی دارای هزینه زیادی می باشد.
3-2)محاسبه کل انرژی که بوسیله خودرو مصرف می شود:
استراتژی کنترل انرژی مصرف شده توسط موتور احتراقی و انرژی مصرفی موثر ناشی از باتریها و موتور الکتریکی را بصورت یک انرژی مصرفی کلی ترکیب می کند و این انرژی برای هر ترکیب ممکن از گشتاور های موتور الکتریکی و موتور احتراقی استفاده می شود. شکل (11-1) مثالی از مجموع انرژی برای یک درخواست گشتاور از خودرو که 100N.m در سرعت 250rad/sec می باشد، را نشان می دهد.
در این حالت در خواست گشتاور توسط ماکزیمم گشتاور موتور الکتریکی که 44.4N.m می باشد، برآورده می شود و چون در نسبت چرخ دنده موتور الکتریکی/ موتور احتراقی (2.25) ضرب می شود، تمامی گشتاور درخواستی را برآورده می کند.
شکل(11-1) مجموع انرژی محاسبه شده برای یک در خواست گشتاور و سرعت
4-2) محاسبه آلودگی تولید شده توسط موتور احتراقی:
برای یک گشتاور داده شده مربوط به موتور احتراقی ، آلودگی تحت تاثیر سه عامل زیر می باشد:
1) گرما، منحنی های آلودگی حالت دائم
2) تصحیح دمای موتور احتراقی( مطابق معادله (22-1))
3) بازده تبدیل کاتالیست که با دما تغییر می کند.
شکل (12-1) منحنی های گرما که در یک سرعت خاص مقدار دهی شده است را نشان می دهد که براساس آن می توان مقدار گرم بر ثانیه هر یک از آلودگیها را مطابق شکل (13-1) حساب کرد.
شکل(12-1) منحنی آلودگی مربوط به NOx که تابعی از سرعت و گشتاور موتور احتراقی می باشد.
شکل(13-1) منحنی مربوط به مقدار دهی آلودگی
گام 3و4) نرمالیزه کردن فاکتورهای تشکیل دهنده برای هر نقطه کار منتخب و اعمال وزنهای کاربر
با توجه به اینکه هدف استراتژی کنترل کاهش مصرف انرژی سوخت (برحسب ژول ) و کاهش آلودگی هوا بر حسب (گرم) است، بنابراین نیاز به نرمالیزه کردن این دو مقدار می باشد. بنابراین هرکدام از مقادیر فوق بین صفر و یک مطابق شکل (14-1) نرمالیزه می شود . مقدار صفر متناظر با کمترین مقدار در نقطه کار فعلی می باشد.
شکل(14-1) نرمالیزه کردن مصرف انرژی سوخت و آلودگی هوا
سپس کاربر می تواند برای مصرف سوخت و آلودگی وزنهای مشخصی را در تابع بهینه سازی اعمال نماید.
گام 5) اعمال وزنهای عملکردی هدف به نتایج گام 4
با استفاده از فاکتورهای وزنی عملکردی هدف، به استراتژی کنترل اجازه داده می شود تا هر یک از معیار های مصرف سوخت و آلودگی را براساس اهداف عملکردی مشخص وزن دهی نماید. استراتژی کنترل از میانگین زمانی سرعت(میانگین سرعت روی پنج ثانیه قبل) برای محاسبه مصرف انرژی لحظه ای و اهداف آلودگی استفاده می کند. رابطه (26-1) برای محاسبه اهداف جدید استفاده می کند:
(26-1)
وزن دهی عملکردی هدف یک عدد واحد متناسب با نسبت ماکزیمم مصرف انرژی به میزان انرژی هدف مورد نظر، می باشد که توسط رابطه (27-1) بدست می آید.
(27-1)
برای مثال اگر ماکزیمم مصرف انرژی 104?8 ژول و میزان انرژی متناظر با 80 مایل بر گالن 104?1 ژول باشد ، در این صورت Ktarget برای مصرف انرژی در پله زمانی داده شده، 8 می باشد و بدین معنی می باشد که اگر استراتژی کنترل بدترین نقطه ممکن برای مصرف انرژی را انتخاب کند، در این صورت مصرف سوخت 8 برابر می شود.
گام 6) محاسبه تابع فشرده کلی، ترکیبی از گام های 3 تا 5 ، برای همه نقاط کار منتخب
براساس متغیر های نرمالیزه شده در گام 3، و نتایج حاصل از مراحل گام 4 و 5 ، رابطه (28-1) حاصل می شود:
(28-1)
استراتژی کنترل تابع فشرده را برای پیدا کردن نقطه ای با کمترین مقدار آلودگی و مصرف انرژی ، پیدا می کند. شکل(15-1) تابع فشرده کلی و تابع انرژی نرمالیزه شده و منحنی های آلودگی برای درخواست گشتاور خودرو کهN.m 55 در سرعت 210rad/sec می باشد، نشان می دهد.
با توجه به منحنی نرمالیزه شده آلودگی ها ، در هر ثانیه از عملکرد خودرو یک حالت مصالحه وجود دارد.
شکل(15-1) تابع فشرده کلی و تابع انرژی نرمالیزه شده
در پایان نتایج حاصل از بهینه سازی Baseline (شکل(16-1)) و بهینه سازی تطبیقی (شکل(17-1)) که در حقیقت یک استراتژی زمان واقعی می باشد را برای سیکلهای رانشی مختلف نشان داده شده است.
شکل(16-1) نتایج حاصل از بهینه سازی Baseline
شکل(17-1) نتایج حاصل از بهینه سازی تطبیقی
نتایج حاصل از استراتژی کنترل تطبیقی نشان می دهد که استراتژی کنترل دارای قابلیت

مطلب مرتبط :   منابع پایان نامه درموردتجربی، تقسیم، تاثیر

دیدگاهتان را بنویسید