宋建民

摘 要：本文主要從拖拉機(jī)的串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)概述出發(fā)，探討了串聯(lián)式混合動(dòng)力拖拉機(jī)能量管理措施。

關(guān)鍵詞：串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)；能量管理；拖拉機(jī)

一、拖拉機(jī)的串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的概述

串聯(lián)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是通過電力形式來復(fù)合的，發(fā)電機(jī)通過發(fā)動(dòng)機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)對(duì)儲(chǔ)能裝置和牽引電機(jī)的正常進(jìn)行提供電源，電動(dòng)機(jī)的作用是使拖拉機(jī)的車輪驅(qū)動(dòng)，儲(chǔ)能裝置的作用是調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出和電動(dòng)機(jī)需求的。拖拉機(jī)的串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成，采用串聯(lián)的形式將發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)組成拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)拖拉機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，電能供應(yīng)會(huì)使得電動(dòng)機(jī)或動(dòng)力電池組被驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而使它的行駛里程得到延長。發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組成的供電系統(tǒng)可以提高電源，但發(fā)動(dòng)機(jī)并不是直接參與拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)的。

這種電動(dòng)拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用類型并不固定，主要可以從以下四種中進(jìn)行選擇：一是，四沖程內(nèi)燃機(jī)；二是，二沖程內(nèi)燃機(jī)；三是，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)；四是，燃?xì)廨啓C(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的供電系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在一定范圍內(nèi)，并且不受運(yùn)行工況的影響，它的運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)常保持在低能耗、高效率和低污染階段。

串聯(lián)式混合動(dòng)力拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在拖拉機(jī)底盤上布置有動(dòng)力電池組、發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組成的供電系統(tǒng)以及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，且它們的布置有較大的自由度，且沒有固定的位置。串聯(lián)式混合動(dòng)力拖拉機(jī)的控制系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，因?yàn)橹挥形ㄒ坏碾妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，其特點(diǎn)是動(dòng)力特性更加趨近于EV。但是它必須裝置在一個(gè)大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的供電系統(tǒng)中，再用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)。要說明的是，發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率都要求等于或接近于最大驅(qū)動(dòng)功率，且在熱能→電能→機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換過程中，總效率低于內(nèi)燃機(jī)汽車。值得注意的是，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)這三大動(dòng)力總成，不僅體積較大，而且質(zhì)量也較重，同時(shí)還要加上龐大的動(dòng)力電池組，因此使其在中小型汽車布置上有一定的困難，一般適合大型客車采用，所以在拖拉機(jī)中應(yīng)用是一大突破。

二、串聯(lián)式混合動(dòng)力拖拉機(jī)能量管理措施

1.串聯(lián)式混合動(dòng)力拖拉機(jī)的能量流動(dòng)路線

串聯(lián)式混合動(dòng)力拖拉機(jī)的能量流動(dòng)路線有以下幾條：第一條：能量由電池出發(fā)，經(jīng)過控制器、電動(dòng)機(jī)、變速器到達(dá)驅(qū)動(dòng)橋；第二條：能量由發(fā)動(dòng)機(jī)出發(fā)經(jīng)過發(fā)電機(jī)、控制器、電池、電動(dòng)機(jī)、變速器到達(dá)驅(qū)動(dòng)橋；第三條：能量由發(fā)動(dòng)機(jī)出發(fā)經(jīng)過發(fā)電機(jī)、控制器、電動(dòng)機(jī)、變速器到達(dá)驅(qū)動(dòng)橋；第四條：能量由驅(qū)動(dòng)橋經(jīng)由變速器、電動(dòng)機(jī)、回到電池。

2.串聯(lián)式混合動(dòng)力拖拉機(jī)的能量管理措施

串聯(lián)式混合動(dòng)力車輛，一般主要有恒溫器式的能量管理策略和跟隨式的能量管理策略，這兩種能量管理策略，但是對(duì)于串聯(lián)式混合動(dòng)力拖拉機(jī)的能量管理方式是基于以上兩種方式產(chǎn)生的，分別為恒溫器式能量管理策略、功率跟隨式能量管理策略，目前主要是使用這兩個(gè)策略來對(duì)串聯(lián)式混合動(dòng)力拖拉機(jī)的能量進(jìn)行管理的。

（1）恒溫器式能量管理策略。恒溫器式能量管理策略的運(yùn)行機(jī)制主要是根據(jù)電池荷電狀態(tài)，即SOC值來確定發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)是開啟或者關(guān)閉，并且要使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作處于最佳時(shí)機(jī)。這個(gè)最佳時(shí)機(jī)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性圖，預(yù)先來計(jì)算出燃油消耗的最低時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。其內(nèi)容是：一，當(dāng)電池SOC值小于最小SOC值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)開始進(jìn)入工作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)向電池充電來維持電量平衡；二是，當(dāng)電池SOC值大于最小SOC值且小于最大SOC值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)維持現(xiàn)在的工作狀態(tài)；三是，當(dāng)電池SOC值大于最小SOC值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)被關(guān)閉；四是，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，處于最佳工作點(diǎn)。

（2）功率跟隨式能量管理策略。功率跟隨式能量管理策略運(yùn)行機(jī)制，是通過電機(jī)與電池組的工作狀態(tài)來進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)的，經(jīng)發(fā)電機(jī)向電池組充電。以燃油消耗最低和電池組的工作壽命最長為控制目標(biāo)。其內(nèi)容如是：一是，當(dāng)電池SOC值大于最大SOC值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，但是當(dāng)拖拉機(jī)所需求的功率太大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)重新啟動(dòng)；二是，當(dāng)電池SOC值小于最小SOC值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要工作；三是，在發(fā)電機(jī)工作時(shí)，發(fā)電器的功率輸出不僅要跟隨拖拉機(jī)的功率需求的變化，同時(shí)還要維持電池SOC處于工作范圍的中間值附近，并且要工作于該輸出功率對(duì)應(yīng)的最佳工況點(diǎn)，此時(shí)的最佳工況點(diǎn)就是效率最佳工況點(diǎn)。四是，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，它的輸出功率一直處于指定范圍內(nèi)，來保證較高的效率；五是，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，它的輸出功率的變化率不能超過規(guī)定值。

另外還有一種能量管理策略它的效果比以上這兩種策略更好，那就是模糊控制策略，它可以表達(dá)串聯(lián)式混合動(dòng)力拖拉機(jī)控制當(dāng)中難以精確定量表達(dá)的規(guī)則。本文不對(duì)它進(jìn)行系統(tǒng)研究。