摘要
面对我国环境能源问题日益严峻以及“双碳”目标的提出，相较于传统燃油拖拉机，电动拖拉机具有高效率、零排放、低噪音等优点在节能减排方面优势明显，在国内政策和财政的大力扶持下，逐渐成为行业的研究热点。但限于目前车载电源技术,电动拖拉机仍存在作业时间不足、续航里程短等动力性问题，同时拖拉机作业工况复杂多样，缺少能够适用于电动拖拉机不同作业需求的能量控制方法。针对以上问题,本文以11kW纯电动拖拉机为研究对象，在确定由动力电池和超级电容组成的复合电源系统结构方案的基础上，提出了一种电动拖拉机复合电源系统能量优化控制策略,并基于软件平台搭建了复合电源系统及电动拖拉机整车模型对控制策略进行仿真验证，主要工作包括: （1）通过分析动力电池、超级电容的充放电特性、DC/DC变换器的工作特性以及四种不同结构的复合电源性能，选择了一种最适合电动拖拉机的复合电源结构方案,确定了复合电源结构形式; （2）通过分析电动拖拉机不同工况下的阻力数学模型及功率需求，研究了动力系统主要部件的参数计算方法，确定了能够满足电动拖拉机作业动力需求的动力系统主要部件参数; （3）根据确定的电动拖拉机复合电源系统结构方案及动力系统主要部件参数设计，基于Matlab/Simulink平台搭建了复合电源系统模型，并基于AVLCRUISE建立了电动拖拉机整车模型。通过设计电动拖拉机多种作业工况任务，仿真验证了所设计参数能够满足电动拖拉机整机动力性和经济性需求，以及搭建模型的正确性; （4）根据不同工作模式下复合电源系统对超级电容器和动力电池的功率需求，完成了能量控制策略设计（包括模糊控制策略和逻辑门限值控制策略）及模型搭建,实现了复合电源系统能量的合理分配。通过能量控制策略与电动拖拉机整车模型在犁耕工况下的联合仿真，验证了模糊控制策略的适用性。 （5）采用改进遗传算法对设计的模糊控制策略进行优化，仿真结果表明:动力电池最大电流由原来的87.1A下降至54A,下降幅度达到38％;平均电流由原来的62.35A降低到58.26A,减少了6.5％。电动拖拉机的百公里能量消耗达到123.18kW·h/100km,相较于优化前降低了5.6％。因此与优化前的控制策略相比，电动拖拉机整车动力性及经济性均有改善，验证了本文算法的有效性。
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