基于作业工况和退役锂离子电池的电动拖拉机电源系统优化

针对电动拖拉机制造成本高的问题,提出一种基于作业工况和退役锂离子电池的电动拖拉机电源系统优化方法。采用分选后的退役锂离子电池单体对电动拖拉机电源系统进行参数匹配,对电池PNGV等效电路模型进行参数辨识后,基于作业工况和退役锂离子电池,以电动拖拉机经济性最优为目标设计目标函数,以电动拖拉机功率需求与续航时间要求制定约束条件,对电动拖拉机电源系统进行参数优化。以实例计算对优化结果进行试验验证,采用退役锂离子电池对电动拖拉机电源系统优化方案与新电池进行对比。结果表明：该参数匹配方法通过退役锂离子电源系统,可满足电动拖拉机使用需求,并降低电源系统成本。成组价格为新电池的29.4%,综合成本为新电池的36.9%,可为电动拖拉机退役锂离子电池电源系统设计提供参考。     

电动拖拉机发展及其关键技术

回顾了电动拖拉机近100多年的发展历史,可以看出,上世纪70年代以前的电动拖拉机基本上由电网提供电源,其作业范围受到限制,自上世纪70年代以来,电动拖拉机得到快速发展,动力源发展为车载动力电池,且电池性能不断提高,但在续驶里程、作业时间等方面与实际的要求还有不小的差距,电动拖拉机的应用范围还非常有限。进一步分析了影响电动拖拉机发展的关键技术:电池及能量管理技术、电机及其控制技术和用于开发设计电动拖拉机的系统仿真技术,以及这些技术的目前发展状况,以期为我国电动拖拉机的研究与开发提供借鉴。     

农业电动轮式拖拉机质量评价技术规范研究

简要阐述电动拖拉机与传统拖拉机的结构区别及优缺点,分析国外电动拖拉机发展现状及我国电动拖拉机研究进展。参照传统拖拉机与电动汽车,提出了以安全性、适应性、可靠性、动力性、经济性等指标的电动农业轮式拖拉机质量评价技术规范,并对各项指标进行了细化。分析电动拖拉机相关标准建立的必要性,指出应加快制定电动拖拉机经济性试验方法标准以及制定电动拖拉机电池相关标准体系,促进电动农业轮式拖拉机质量评价技术规范的完善,引导支持电动拖拉机的设计生产以及检验检测。     

电动拖拉机结构特点及发展趋势

传统拖拉机在田间作业时由于柴油燃烧会造成环境污染及能源浪费,随着不可再生资源的耗竭及生态环境的逐渐破坏,电动能源开始广泛应用,电动拖拉机应运而生,成为目前的研究热点,驱动装置、控制中心、电池能量分配及传动技术等是电动拖拉机的关键组成部分,是电动拖拉机的工作基础,但是在研究过程中仍然存在一些技术瓶颈。针对电动拖拉机的主要发展现状及研究进展进行分析,对目前制约电动拖拉机发展及田间应用存在的问题进行详述,研究结果对提高电动拖拉机的工作效率及研究进展提供技术参考。     

电池位置纵向可调的电动拖拉机设计与试验

针对传统燃油拖拉机作业不可再生资源消耗大、环境污染严重以及人工调节配重费时费力等问题,基于世超1YZS150型燃油拖拉机底盘设计了一种电池位置纵向可调的电动拖拉机.电动拖拉机主要由电池、驱动电机、电机控制器、速度仪表、急停开关、BMS仪表、V型皮带、加速踏板、换挡杆、底盘、电池位置纵向调节机构及充电/DC-DC一体机等...     

电动拖拉机综合台架试验系统设计与试验

电动拖拉机试验具有测试对象多和物理系统复杂的特点,单一试验系统不能满足电动拖拉机性能测试要求。根据电动拖拉机作业特点,通过分析其动力传动系统数学模型,确定了以电动机效率、电池组放电特性为测试变量的设计任务。采用模块化方法,设计了能源系统试验模块、动力系统试验模块和电动拖拉机综合试验系统整体方案。通过研究试验系统总体参数设计方法,得到了加载电动机、电池测试系统和直流电池模拟器等部件的参数计算模型。通过试验系统硬件选型匹配,设计了可满足90 k W以下电动拖拉机性能测试的试验系统。在该试验平台进行了电动拖拉机性能台架试验,结果表明:试验测试误差与前期仿真分析误差在10%以内,设计的综合台架试验系统对电动拖拉机部件性能测试的适用性较好,满足整机性能分析和标定的试验需求。     

电动拖拉机动力电池压载构型设计与参数优化

为改善电动拖拉机动力电池压载效果以提升整机牵引性能,提出了一种位置可调的电池压载框架结构;基于牵引性能预测基本方程,以驱动效率、滑转率和前轴安全压载综合最优为目标建立电池压载参数优化模型,该模型可根据作业条件给出最优电池压载参数;在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了电动拖拉机牵引作业仿真模型,针对负载1~5kN范围内的水平牵引工况,对电池压载参数优化前后的牵引性能进行了仿真对比分析;基于所提出的位置可调电池压载框架结构,搭建了电动拖拉机实验样机,并在室内土槽环境下对压载参数优化模型进行验证。结果表明：在保证前桥安全压载的前提下,所提出的电池压载构型使牵引车速和能量利用率分别提升4.16%和5.66%,有效提升了电动拖拉机的牵引作业性能。     

中国电动拖拉机研究进展

作为解决能源短缺和环境污染的主要措施,电动车辆发展得到世界各国广泛认同。与电动汽车相比,电动拖拉机发展较为缓慢,随着相关基础研究的不断进步,电动拖拉机经过电网供电第一发展阶段,已经进入车载电源供电第二发展阶段。通过筛选第二发展阶段相关研究成果,从整机结构设计及其性能分析、电池及能量管理、电机驱动及其控制、系统仿真技术和其他相关研究等五个方面总结中国电动拖拉机研究进展。电动拖拉机整机结构不必完全遵循拖拉机传统方式,应以适应农业作业环境为导向,提升作业性能为要求为方向。加快第二代动力锂电池在电动拖拉机中的应用,设计符合农业工况的拖拉机用电池能量管理系统。紧密联系电机研发厂商,开发适合农用的电机及其驱动和控制技术。进一步探索电动拖拉机系统仿真技术,以加快电动拖拉机开发速度。要以第三代智能控制理论为发展方向,全面提升电动拖拉机的智能化作业能力和使用性能,实现我国农业机械的跨越式发展。     

中国-拖与通用电气合作研发电动拖拉机

近日，中国一拖将与美国通用电气合作。实现电动拖拉机关键技术的突破。 经过1年多的接洽，2012年5月4日，中国一拖与美国通用公司正式签订电动拖拉机项目合作协议。该项目中，中国一拖和通用电气公司将发挥各自优势合作开发电动拖拉机，即中国一拖发挥其在制造拖拉机方面的优势．通用电气公司在电器（电机、电控、电池等）系统集成和系统优化、电动拖拉机系统仿真、控制策略方面提供技术支持，共同搭建电动拖拉机原型机。     

增程式电动拖拉机研究进展

传统电动拖拉机存在续航里程低、难以满足大功率段作业需求等问题,增程式电动拖拉机是在传统电动拖拉机基础上增加一套附加动力驱动装置,较好地兼顾经济性与动力性需求,是未来电动拖拉机的主要发展方向之一。在综述增程式电动汽车动力系统研究、能量管理控制策略等主要技术基础上,重点阐述增程式电动拖拉机在动力系统设计、与传动系统的参数匹配与优化算法、转矩分配以及能量管理的研究等方面的研究进展,指出：精准化、智能化以及如何在电耗以及油耗间寻求一个更好的平衡点,提升电能利用率、降低油耗,是未来增程式电动拖拉机得以推广的关键以及主要发展方向;针对增程式电动拖拉机的建模应充分考虑到拖拉机的诸如运输、犁土、翻土、整地等不同的作业需要,未来可以在基于一定数据分析基础上,全面考虑实际作业需求,实施个性化、精准化建模与参数设计,提高准确性;在充分分析增程式电动拖拉机作业特性与能量需求的基础上,可开展适应增程电动拖拉机的电池及相关技术研发,提升续航里程。     

新能源无人驾驶拖拉机自动变速电控系统设计

新能源纯电动拖拉机是发展环保绿色农业的重要工具,由于电池和电机技术的不成熟,为了提高电动拖拉机整车的动力性能和经济性能,还需要对变速器进行优化设计。为此,在电动拖拉机的变速器设计上引入了双离合变速器,并设计了自动变速器的电控系统。为了使电控系统发挥最佳性能,实现无人驾驶功能,提出了模糊神经网络PID智能控制算法,并对算法的控制性能进行了验证。仿真测试结果表明:模糊神经网络算法可以明显提高PID算法的控制精度,对于提高自动变速器的控制精度具有重要的作用。     

增程式电动履带拖拉机设计与试验

针对缺乏适宜温室大棚作业的小功率电动拖拉机的问题,本文设计了一台10 kW增程式电动履带拖拉机,完成了工况分析、电驱系统设计和试验。针对行走、旋耕、开沟工况进行了性能测试,试验结果表明所设计的增程式电动拖拉机能够实现传统燃油履带式拖拉机所具备的功能。测试结果表明,速度4.8 km/h行走工况电动机消耗功率约为3.2 kW,速度2 km/h旋耕作业工况电机消耗功率约为3.75 kW,速度2 km/h开沟工况电机消耗功率约为3.3 kW。当前电池配置下,可以支持行走工作2.2 h,旋耕工作1.9 h和开沟工作2.1 h,纯电模式基本满足小规模温室大棚零排放作业需求。需要持续大负载工作时,增程式电动拖拉机可以启动增程器与电池协同供电以实现持续工作。     

双能源电动拖拉机能量管理策略

针对单一能源电动拖拉机无法适应田间复杂作业工况的问题,提出一种基于锂离子电池和超级电容的双电源电动拖拉机。结合拖拉机作业实际,对负荷和能耗相对较重的犁耕作业工况采用双能源供电模式,双能源之间的功率分配采用模糊控制策略。结果表明,与采用单一能源相比,对双电源采用能量管理控制后,双电源输出的功率之和能够很好的满足电机功率需求,锂离子电池的平均工作电流和峰值工作电流下降幅度分别达到67.9%和58.7%,一次充满电后连续作业时间延长约9.17倍。因此,采用双电源结构和合理的能量管理控制策略,拖拉机一次充电连续作业时间得到延长的同时,锂离子电池的寿命也得到延长。     

双电机功率分汇流纯电动拖拉机能量管理策略

针对双电机耦合驱动的电动拖拉机工作模式的切换及不同工作模式的动力分配问题,在MatLab/Simulink中搭建能量管理系统的仿真模型,研究基于瞬时优化的模式识别策略和基于模糊控制的动力分配策略,从而建立双电机功率分汇流电动拖拉机能量管理策略。仿真结果表明:在转场工况下,能及时跟随车速需求;在转场、犁耕、旋耕工况下,拖拉机等速巡航时节能率分别为14.81%、9.72%、6.15%,且提高了电池能量的利用率。     

电动拖拉机发展历程与研究现状综述

电动拖拉机作为农业节能减排的重要工具,也是未来农机装备产品的发展和转型方向之一,国内外进行了大量技术研究与产品尝试。从电动拖拉机技术角度入手,对电动拖拉机发展的各个阶段及其典型产品进行了梳理,总结了各发展阶段的技术特点与影响电动拖拉机技术发展的主要因素。基于国内外现有研究成果,对电动拖拉机研究的方案与设计技术、控制技术、仿真与试验技术的研究现状进行了分析,总结了各方向现有研究成果的特点。结合发展经历与研究现状,对未来电动拖拉机产品与技术的发展方向进行了展望。     

电动拖拉机底盘多目标优化设计

针对目前电动拖拉机底盘布置研究相对较少的情况,基于现有的整机匹配结果进行了底盘布置设计,利用三维建模软件建立模型,输入质量参数,提取整机主要零部件重心位置参数,然后通过分析拖拉机牵引机组作业时的力学特性,建立相关数学模型。以电动拖拉机的牵引效率和整机质量作为优化目标,采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化。综合考虑了犁耕作业下拖拉机的稳定性要求、驱动力要求、载荷波动情况以及传动系和行走系零件寿命等影响因素,制定了算法运行的约束条件,建立了约束方程组。以电动拖拉机的使用重力、前后电池组的质心和整机质心为目标变量,推导出动力性和经济性最优的目标函数。通过ModeFRONTIER平台,采用NSGA-Ⅱ算法对电池分布式方案进行了多目标优化。两种不同耕深条件下的优化结果对比分析表明,按照本文方式优化布置后的电动拖拉机在耕深为180mm时,优化后的整体质量与经验法相比减少了14.3%,配重质量为25.3kg;耕深为240mm时,优化后的整体质量与经验法相比减少了10.3%,配重质量仅为4.4kg,说明在牵引工况下无需额外增加配重就能达到良好的牵引性能。与经验法相比,两种耕深条件下拖拉机的配重都小很多,说明基于传统拖拉机的配重经验法计算并不适用于电动拖拉机,同时也能说明,电动拖拉机因自身总质量超过同功率段传统拖拉机,可以通过合理设计底盘布置方案,在没有配重的情况下达到理想的牵引效率。优化后的电动拖拉机底盘布置方案,在作业工况下驱动轮滑转率小于特征滑转率,整机牵引效率明显提高。     

电动自行车电池及其正确使用

电池是电动自行车的关键部件,它的发展决定了电动自行车的发展。目前市场上已经有的电动自行车电池主要有铅酸电池、镍氢电池、锂电池等,其中绝大部分是应用铅酸电池。正确使用铅酸电池可以保证和延长其使用寿命。     

双电源电动拖拉机能量管理仿真研究

通过分析拖拉机各个作业工况下的能量需求,提出了一种以超级电容作为辅助电源的新型纯电动拖拉机结构及能量管理研究方案,阐述了电动拖拉机在典型作业工况下的能量流动方式,并对拖拉机关键部件参数进行了匹配;建立了双电源纯电动拖拉机模型,制定了复合电源能量管理模糊控制策略,对该复合电源拖拉机在各作业工况下的动力性能和作业时间进行评价。结果表明:采用复合电源后的电动拖拉机在加速性能、牵引力等方面得到了较大提升,在犁耕时减少了拖拉机动力电池大电流放电次数,一次充电作业时间也得到了一定提升。该研究可为电动拖拉机样机研发、动力参数匹配及动力总成匹配提供技术支持。     

电动拖拉机控制器研究进展

电动拖拉机是当前电动低速车辆的一个发展方向,国内相关高校针对电动拖拉机控制器进行了一定的研究。在分析电动拖拉机控制器研究现状的基础上,提出基于滑模变结构的无刷直流电机通过调节转矩以达到稳定车速的目的,为国内控制器的发展提供参考。      

基于CRUISE的设施农业电动拖拉机仿真分析

利用CRUISE软件建立面向设施农业的电动拖拉机仿真模型并对仿真模型各组成部分进行参数设置。设置电动拖拉机最大牵引力、最大爬坡度、最高车速及加速时间仿真任务,并通过分析电动拖拉机仿真工况绘制电池组SOC曲线计算整车续航时间。仿真结果对项目后期样车生产具有理论指导作用,对设计的电动拖拉机进行了参数匹配,证明其具有可行性,并通过对电动拖拉机仿真结果的分析可以看出所设计的整车参数及各部件的参数匹配均合理正确,达到设计要求。