基于ADVISOR的純電動清掃車動力系統的仿真研究

馬春生，王 寬，紀清鑫

（長安大學工程機械學院，陜西 西安 710064）

隨著社會的發展、進步，節能減排得到人們的重視，純電動清掃車以其優越的性能和零排放得到人們的認可。這種全新的車型可一次完成地面清掃、馬路道牙邊清掃、馬路道牙清洗及清掃后對地面的灑水等工作，適用于各種氣候和不同干燥路面的清掃作業[1-2]。

相對于傳統清掃車，純電動清掃車具有以下的優點：

（1）排放零，污染小。純電動清掃車一點力系統作為系統能量源，所以沒有排放，污染也僅僅只是電池廢棄后帶來的污染，純電動清掃車自身污染很小。

（2）舒適性好，振動小，噪聲低。電動清掃車行使和作業都采用電機驅動，傳動效率更高，能源利用率跟高，其產生的振動比傳統發動機更小，同時純電動產生的噪音更低，駕駛員更舒適。

本文通過以路面清掃車作為研究對象，基于ADVISOR軟件，建立純電動清掃車的動力系統模型，通過對單一電源和復合電源控制策略的建立和對比，研究不同控制策略下對純電動清掃車節能方面的影響，為純電動清掃車后續的研究提供一定的借鑒。

1 清掃車工況分析

清掃車作為城市道路清掃機械，由于其特性，其運行工況需要進行劃分，包括作業工況和普通行駛工況。清掃車作業時為了更好地進行路面清掃，進而清掃車的行駛速度需要緩慢。

由于清掃車在作業工況時，其行駛速度雖然有一定的波動，但總體上還是趨向一個平均車速。結合實文獻資料，本文對純電動清掃車工作工況進行制定，如圖1所示。作業工況包的最高速度為25 km/h，時長為6 200 s.

圖1 純電動清掃車作業工況

2 純電動清掃車建模

本文基于的模型建立ADVISOR軟件進行，選擇ADVISOR軟件中的EV模型為基礎模型[3]。

2.1 單一電源建模

單一電源的的建立參考EV模型，在EV模型的基礎上添加工作裝置部分。

2.2 復合電源建模

（1）基礎模型建立。復合電源的建模重點在于復合電源部分，包括超級電容、蓄電池和DC/DC的連接，其中最重要的部分是復合電源控制策略的定制[4]。復合電源模型如圖2所示。率Pav-時，此時純電動清掃車制動回收產生的能量由蓄電池單獨回收。即：若Preq＜0，Preq＞Pav-，則

圖2 復合電源模型

（2）復合電源控制策略的定制。本文設定純電動清掃車在正常工作和制動時電機的需求功率存在正負值，功率需求值為Preq.當純電動清掃車處于工作模式時，動力系統向電機供電，此時Preq符號為“+”時；當純電動清掃車處于制動回收時，動力系統通過電機對能量進行回收，此時Preq符號為“-”。其中Pav+/Pav-是輸出/回收平均功率（Pav+值為正，Pav-值為負），Pc/Pb是超級電容/蓄電池提供的功率，SOCc/SOCc min/SOCc max是超級電容荷電狀態與最大/小值[5]。

純電動清掃車動力系統為電機供電時的控制策略：

當電機的功率需求Preq為正且小于輸出平均功率Pav+時，此時蓄電池單獨供電。即：若Preq＞0，Preq ＜ Pav+，則 Pb=Preq，Pc=0；

當電機的需求功率Preq為正且大于輸出平均功率Pav+時，要根據超級電容的荷電狀態SOCc的狀態進行分析，假如超級電容的荷電狀態SOCc大于其最小值SOCc min時，此蓄電池和超級電容配合放電為電機供電。即：若 Preq ＞0，Preq ＞ Pav+，SOCc＞SOCc min，則 Pb=Pav+，Pc=Preq-Pb；

當電機的需求功率Preq為正且大于輸出平均功率Pav+時，要根據超級電容的荷電狀態SOCc的狀態進行分析，假如超級電容的荷電狀態SOCc小于其最小值SOCc min時。即：若Preq＞0，Preq＞Pav+，SOCc＜SOCc min，則 Pb=Preq，Pc=0.

(1）純電動清掃車動力系統從電機回收電能時的控制策略：

當電機的功率需求Preq為負且大于回收平均功Pb=Preq，Pc=0；

當電機的需求功率Preq為負且其小于回收平均功率Pav-時，要根據超級電容的荷電狀態SOCc的狀態進行分析，假如超級電容的荷電狀態SOCc小于其最大值SOCc max時，此蓄電池和超級電容配合回收電機產生的能量。即：若Preq＜0，Preq＜Pav-，SOCc＜SOCc max，則 Pb=Pav-，Pc=Preq-Pb；

當電機的需求功率Preq為負且其小于回收平均功率Pav-時，要根據超級電容的荷電狀態SOCc的狀態進行分析，假如超級電容的荷電狀態SOCc大于其最大值SOCc max時，此蓄電池和超級電容配合回收電機產生的電能，此時蓄電池單獨吸收制動回收產生的能量。即：若 Preq ＜0，Preq ＜ Pav-，SOCc＞SOCc max，則 Pb=Preq，Pc=0.

3 純電動清掃車動力系統仿真

3.1 仿真參數設定

本文的仿真是基于ADVISOR軟件進行的，對ADVISOR軟件進行參數調節，仿真模型參數如表1所示。

表1 仿真模型參數表

3.2 仿真結果

（1）單一電源

單一電源能源功率需求仿真結果：若純電動清掃車的動力系統只是單一的蓄電池，那么電機所需的功率都將由電池來提供，如圖3可知，其存在很多的峰值功率，對蓄電池是一種傷害，會造成蓄電池壽命降低。

圖3 單一電源功率需求

（2）復合電源

復合電源功率需求仿真結果：若純電動清掃車的動力系統采用復合電源，在電機需求功率是，超級電容和蓄電池通過上文中制定的控制策略進行相應的能量分配，如圖4所示。圖5為電機需求的功率通過控制策略分配后，需要復合電源各部分輸出的功率，由于本文設定的功率閥值為15 kW，所以電池的功率輸出均在15 kW，不高于15 kW的功率都由蓄電池來提供；需要超級電容輸出的功率，在功率需求超過15 kW時，超級電容提供超出15 kW的功率。

圖4 復合電源功率需求

3.3 對比分析

復合電源相對于單一電源，能很好地保護動力系統，由于在實際工作中，電機需要動力系統輸出高峰值當功率，若此時采用單一的蓄電池，會造成電流過大，對蓄電池造成損傷，減少蓄電池的使用壽命；而復合電源恰好對電機的需求功率削峰填谷，這樣使得復合電源中的超級電容短時間內提供峰值功率，將蓄電池需要提供的功率削到設定閥值一下，此時蓄電池的峰值電流會在一定的閥值以下，這樣既使得電池的輸出電流平均，進而保護電池的壽命，又很好地發揮了超級電池高比能量的特點。

4 結束語

本文過對純電動清掃車的行駛性能進行分析，其中包括對現在的純電動清掃車的發展及與傳統清掃車相比的優點；結合實際情況，對純電動的清掃車的作業工況進行分析，然后在ADVISOR軟件中制定一整個循環工況。之后對單一動力源和復合動力源進行建模，通過對兩種模型的仿真分析，得出對于純動力清掃車來說，復合動力系統相對于單一蓄電池具有很多的優點，是一個很好的發展趨勢。