CN110758116A

CN110758116A - 电动车辆节能寻优切换点确定方法和运行方法

Info

Publication number: CN110758116A
Application number: CN201911064018.7A
Authority: CN
Inventors: 姚福来
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2020-02-07
Also published as: CN117183768A; WO2021088550A1

Abstract

一种电动车辆节能寻优切换点确定方法和运行方法。在多驱动电动机共同驱动的车辆中，有k台配备相同调速器和相同传动装置的相同型号的驱动电动机构成机组A，在车辆运行速度V_s下，记录机组A中第1台驱动电动机的输出转矩M₁和调速器输入功率P₁，得出1台驱动电动机运行的M_A‑P_A工作曲线w₁，取M_A＝mM₁和P_A＝mP₁，得到m台运行驱动电动机运行在相同输出转矩下的工作曲线w_m，工作曲线w_m‑1和工作曲线w_m的相交点，为m‑1台驱动电动机运行与m台驱动电动机运行在车辆运行速度V_s下的最佳切换点。

Description

电动车辆节能寻优切换点确定方法和运行方法

所属技术领域本发明涉及电动车辆的节电运行方法，尤其是电动车辆节能寻优切换点确定方法和运行方法。

背景技术配置1个以上驱动电动机的电动汽车、高速列车和地铁列车，每天都消耗大量的电能，这些车辆的节能高效运行，意义重大。这些车辆在运行中，驱动电动机转速与车辆的运行速度按照一定的关系进行运转，驱动电动机运行台数的多少和负荷的分配方法，决定着这些车辆的整体运行能效高低，决定着这些车辆节能品质的高低。

城市中单人开车上下班的人群很庞大，常规的电动汽车由1台电动机驱动，常处于极低负荷运行状态，再加上天气、路况和频繁启停等问题，能源浪费严重，把1个驱动电动机的动力用2-4个驱动电动机代替，通过优化可以实现更节能的运行，预计可以缓解这些问题造成的能源浪费，并提高电动汽车的续航里程，有望成为未来电动汽车的主流方向。高速列车，一般由多个电动机共同驱动，由于客流变化大、运行速度快，再加上天气、风阻、上下坡因素的影响，负荷轻重变化很大，驱动电动机之间的优化控制，可以提高整体运行能效降低运行能耗。目前，得到大力发展的城市轨道交通——地铁，很多也是由2-3个电动机驱动的，这些驱动电动机的优化运行，也会对降低地铁能耗产生显著的影响。

目前公知的用于这些车辆的设计是按照常规设计规范进行的，而设计规范并没有保证多台驱动电动机实现最节电运行的设备配备方法和量化节能的设计手段，驱动电动机和对应的调速器在调速过程中由于阻力和速度的变化其运行效率也是变化的，电动机出厂资料中不提供电动机在不同转速不同负荷率下的效率变化曲线，调速驱动器厂家也不提供不同频率不同负荷率下的效率变化曲线，基于这些因素，要确定这些车辆调速运行后的最佳节电运行方式是非常困难的。

中国发明专利ZL201010265930.1给出了通用设备负荷调节和数量控制方法，是该领域里程碑式的发明，但是该专利并没有给出如何确定和获取驱动电动机之间运行数量最佳切换点的方法。

发明内容为了给出多驱动电动机的电动汽车、高速列车和地铁列车在工程上确定驱动电动机运行台数最佳切换点的寻找方法和最佳运行方法，本发明提供一种电动车辆节能寻优切换点确定方法和运行方法，可以方便地在工程中直接进行应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在k+k1台驱动电动机共同驱动的一个电动车辆中，有k台配备相同型号调速器和相同型号传动装置的相同型号驱动电动机构成的机组A，k为大于1的整数，有k1台其它型号的驱动电动机，k1≥0，车辆运行在速度V_s下，机组A所有驱动电动机输出的总转矩为M_A，机组A中所有调速器的总输入功率为P_A，指定机组A中任意一台驱动电动机为第1台驱动电动机，机组A中第i台驱动电动机输出的转矩为M_i，第i台驱动电动机对应的调速器的输入功率为P_i，M_A＝M₁+M₂+…+M_k，P_A＝P₁+P₂+…+P_k，对于机组A，以V_s速度下得出的M_A ^φV_s ^λP_A ^μ-βM_A ^δV_s ^ξP_A ^σ曲线作为工作曲线w，工作曲线可以称为工作方程或工作函数，求取机组A的最佳切换点以及最佳运行方法，φ、λ、μ、β、δ、ξ和σ是系数，β≠0，φ和μ不能同时等于0，φ和δ不能同时等于0，σ和δ不能同时等于0，σ和μ不能同时等于0；在电动车辆运行速度V_s下，记录机组A中第1台驱动电动机的输出转矩M₁以及对应M₁的调速器输入功率P₁，M_1Max(V_s)≥M₁≥0，M_1Max(V_s)为电动车辆运行在速度V_s下第1台驱动电动机的最高输出转矩；M_A＝M₁，P_A＝P₁，得出1台驱动电动机运行的工作曲线w₁；取M_A＝(m-1)M₁和P_A＝(m-1)P₁，m为正整数，k≥m≥2，得到m-1台驱动电动机运行在相同输出转矩下的工作曲线w_m-1，M₁＝M₂＝…＝M_m-1，P₁＝P₂＝…＝P_m-1；取M_A＝mM₁和P_A＝mP₁，m为正整数，k≥m≥2，得到m台驱动电动机运行在相同输出转矩下的工作曲线w_m，M₁＝M₂＝…＝M_m，P₁＝P₂＝…＝P_m；工作曲线w_m-1和工作曲线w_m的相交点，为m-1台驱动电动机运行与m台驱动电动机运行在电动车辆运行速度V_s下的最佳切换点，最佳切换点处M_A＝M_m-1，m和P_A＝P_m-1，m，在相交点，m-1台运行的驱动电动机的效率和m台运行的驱动电动机的效率相同，称为“等效切换”；如果工作曲线w_m-1和工作曲线w_m没有相交点，则m-1台运行的驱动电动机与m台运行的驱动电动机的切换点为m-1运行的驱动电动机都运行在最高输出转矩M_1Max(V_s)点；M_m-1，m为用机组A的总输出转矩表示的最佳切换点，P_m-1，m为用机组A中所有调速器的总输入功率表示的最佳切换点；m＝2时，最佳切换点为M_A＝M_1，2和P_A＝P_1，2，m＝k时，最佳切换点为M_A＝M_k-1，k和P_A＝P_k-1，k；m-1台驱动电动机运行时，保持M₁＝M₂＝…＝M_m-1，P₁＝P₂＝…＝P_m-1；m台驱动电动机运行时，保持M₁＝M₂＝…＝M_m，P₁＝P₂＝…＝P_m，即运行中的相同型号的驱动电动机保持相同的负荷，称为“同机同荷”；在工程应用中，取M_m-1，m和P_m-1，m中的任意一个作为机组A运行的最佳切换点，工程中无法找到绝对相等的两个现场工艺数值，只能找到最佳切换点附近的近似值，仪表本身也有误差，如果电动车辆要求驱动电动机启停间隔有时间限制时，应避免驱动电动机运行台数在最佳切换点附近频繁切换，综合考虑各种因素，实际切换点的数值为最佳切换点附近一个范围内的数值，在机组A中，驱动电动机运行台数从m-1增加到m时，实际切换点取为最佳切换点的数值乘以(1+θ)，0.15≥θ≥0，驱动电动机运行台数从m减少为m-1时，实际切换点取为最佳切换点的数值乘以(1-ε)，0.15≥ε≥0；也就是用最佳切换点附近的数值作为实际切换点数值，大于实际切换点数值时增加驱动电动机运行台数，小于实际切换点数值时减少驱动电动机运行台数，在实际切换点时维持或切换驱动电动机的运行台数，这些实际切换点是近似最佳切换点；对于不同的电动车辆运行速度V_s，用同样的方法，得出不同的最佳切换点和不同的实际切换点。

当δ＝1，ξ＝1，σ＝-1和β＝β₁时，βM_A ^δV_s ^ξP_A ^σ＝β₁M_AV_s/P_A，β₁M_AV_s/P_A代表机组A的运行效率η(V_s)，β₁为系数，机组A在车辆运行速度V_s下，采用最佳切换点进行驱动电动机运行台数的切换，M_A≥M_1，2时，机组A的运行效率η(V_s)≥β₁M_1，2V_s/P_1，2，机组A运行在高效区。

本发明的有益效果是先得出1台驱动电动机运行在车辆速度V_s下的工作曲线，直接画出2台驱动电动机运行到k台驱动电动机运行的所有工作曲线，通过这些工作曲线的相交点得出在车辆速度V_s下的最佳切换点，这一方法在工程中很容易实现，按照这些最佳切换点进行驱动电动机运行台数的切换和调速控制，就可以保证机组A运行在高效状态下。

附图说明下面结合附图和实施例，对本发明进一步说明。

图1是k＝3时用M_A-P_A曲线作为工作曲线得出最佳切换点和最佳负荷分配方法的实施例。

图2是k＝3时用M_A-M_A/P_A曲线作为工作曲线得出最佳切换点和最佳负荷分配方法的实施例。

具体实施方式在图1中，3台驱动电动机共同驱动的一个地铁列车，3台配备相同调速器相同传动装置的相同型号驱动电动机构成机组A，有0台其它型号的驱动电动机，地铁列车运行在速度V_s下，机组A输出的总转矩为M_A，机组A中所有调速器的总输入功率为P_A，指定机组A中任意一台驱动电动机为第1台驱动电动机，机组A中第i台驱动电动机输出的转矩为M_i，第i台驱动电动机对应的调速器的输入功率为P_i，M_A＝M₁+M₂+M₃，P_A＝P₁+P₂+P₃，取φ＝1，λ＝0，μ＝0，β＝1，δ＝0，ξ＝0，σ＝1，M_A ^φV_s ^λP_A ^μ-βM_A ^δV_s ^ξP_A ^σ变成M_A-P_A，M_A-P_A作为工作曲线w，在地铁列车运行速度V_s下，记录机组A中第1台驱动电动机的输出转矩M₁以及对应M₁的调速器输入功率P₁，M_1Max(V_s)≥M₁≥0，M_1Max(V_s)为地铁列车运行在速度V_s下第1台驱动电动机的最高输出转矩；M_A＝M₁，P_A＝P₁，得出1台驱动电动机运行的工作曲线w₁；取M_A＝2M₁和P_A＝2P₁，得到2台运行驱动电动机运行在相同输出转矩下的工作曲线w₂，保持M₁＝M₂，则P₁＝P₂；取M_A＝3M₁和P_A＝3P₁，得到3台运行驱动电动机运行在相同输出转矩下的工作曲线w₃，保持M₁＝M₂＝M₃，则P₁＝P₂＝P₃；工作曲线w₁和工作曲线w₂的相交点为C点，C点为1台驱动电动机运行与2台驱动电动机运行在机车运行速度V_s下的最佳切换点，最佳切换点处M_A＝M_1，2和P_A＝P_1，2；工作曲线w₂和工作曲线w₃的相交点为D点，D点为2台驱动电动机运行与3台驱动电动机运行在机车运行速度V_s下的最佳切换点，最佳切换点处M_A＝M_2，3和P_A＝P_2，3；选P_1，2和P_2，3作为机组A运行的最佳切换点；在工程应用中，工艺要求驱动电动机启停间隔有时间限制时，为避免驱动电动机运行台数在最佳切换点附近频繁切换，切换点的数值为最佳切换点附近一个范围内的数值，地铁列车运行在速度V_s下，驱动电动机运行台数从1增加到2时，切换点取为P_1，2(1+0.1)，驱动电动机运行台数从2减少为1时，切换点取为P_1，2(1-0.1)，驱动电动机运行台数从2增加到3时，切换点取为P_2，3(1+0.1)，驱动电动机运行台数从3减少为2时，切换点取为P_2，3(1-0.1)；也就是用最佳切换点附近的数值作为实际切换点数值，在实际切换点时维持驱动电动机运行台数，大于切换点数值时增加驱动电动机运行台数，小于切换点数值时减少驱动电动机运行台数，这些实际切换点是近似最佳切换点；1.1P_1，2≥P_A≥0时保持1台驱动电动机运行，P_A＞1.1P_1，2时切换到2台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂，1.1P_2，3≥P_A≥1.1P_1，2时保持2台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂，P_A＞1.1P_2，3时切换到3台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂＝M₃；P_A≥0.9P_2，3时保持3台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂＝M₃，0.9P_2，3＞P_A时切换到2台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂，1.1P_2，3≥P_A≥1.1P_1，2时用2台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂，0.9P_1，2＞P_A时切换到1台驱动电动机运行，1.1P_1，2≥P_A≥0时保持1台驱动电动机运行，对于不同的地铁列车运行速度V_s，用同样的方法，得出不同的最佳切换点和不同的实际切换点。

在图2中，3台驱动电动机共同驱动的一个电动汽车，3台配备相同调速器相同传动装置的相同型号驱动电动机构成机组A，其它型号的驱动电动机为0台，电动汽车运行在速度V_s下，机组A输出的总转矩为M_A，机组A中所有调速器的总输入功率为P_A，指定机组A中任意一台驱动电动机为第1台驱动电动机，机组A中第i台驱动电动机输出的转矩为M_i，第i台驱动电动机对应的调速器的输入功率为P_i，M_A＝M₁+M₂+M₃，P_A＝P₁+P₂+P₃，取φ＝1，λ＝0，μ＝0，β＝1，δ＝1，ξ＝0，σ＝-1，M_A ^φV_s ^λP_A ^μ-βM_A ^δV_s ^ξP_A ^σ成为M_A-M_A/P_A，M_A-M_A/P_A作为工作曲线w，在电动汽车运行速度V_s下，记录机组A中第1台驱动电动机的输出转矩M₁以及对应M₁的调速器输入功率P₁，M_1Max(V_s)≥M₁≥0，M_1Max(V_s)为电动汽车运行在速度V_s下第1台驱动电动机的最高输出转矩；M_A＝M₁，P_A＝P₁，得出1台驱动电动机运行的工作曲线y₁；取M_A＝2M₁和P_A＝2P₁，得到2台运行驱动电动机运行在相同输出转矩下的工作曲线y₂，保持M₁＝M₂，则P₁＝P₂；取M_A＝3M₁和P_A＝3P₁，得到3台运行驱动电动机运行在相同输出转矩下的工作曲线y₃，保持M₁＝M₂＝M₃，则P₁＝P₂＝P₃；工作曲线y₁和工作曲线y₂的相交点为C点，C点为1台驱动电动机运行与2台驱动电动机运行在电动汽车运行速度V_s下的最佳切换点，最佳切换点处M_A＝M_1，2；工作曲线y₂和工作曲线y₃的相交点为D点，D点为2台驱动电动机运行与3台驱动电动机运行在电动汽车运行速度V_s下的最佳切换点，最佳切换点处M_A＝M_2，3；在工程应用中，工艺要求驱动电动机启停间隔有时间限制时，为避免驱动电动机运行台数在最佳切换点附近频繁切换，实际切换点的数值为最佳切换点附近一个范围内的数值，驱动电动机运行台数从1增加到2时，实际切换点取为M_1，2(1+0.1)，驱动电动机运行台数从2减少为1时，实际切换点取为M_1，2(1-0.1)，驱动电动机运行台数从2增加到3时，实际切换点取为M_2，3(1+0.1)，驱动电动机运行台数从3减少为2时，实际切换点取为M_2，3(1-0.1)；也就是用最佳切换点附近的数值作为实际切换点数值，在实际切换点时维持驱动电动机运行台数，大于切换点数值时增加驱动电动机运行台数，小于切换点数值时减少驱动电动机运行台数，这些实际切换点是近似最佳切换点；1.1M_1，2≥M_A≥0时保持1台驱动电动机运行，M_A＞1.1M_1，2时切换到2台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂，1.1M_2，3≥M_A≥1.1M_1，2时保持2台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂，M_A＞1.1M_2，3时切换到3台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂＝M₃；M_A≥0.9M_2，3时保持3台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂＝M₃，0.9M_2，3＞M_A时切换到2台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂，1.1M_2，3≥M_A≥1.1M_1，2时用2台驱动电动机运行，且保持M₁＝M₂，0.9M_1，2＞M_A时切换到1台驱动电动机运行，1.1M_1，2≥M_A≥0时保持1台驱动电动机运行；对于不同的电动汽车运行速度V_s，用同样的方法，得出不同的最佳切换点和不同的实际切换点。

熟悉本领域的技术人员应该认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出许多修改，如使用其它字母进行描述，改变术语的名称，改变的驱动电动机的台数，改变所用数据的点数和形式，乘以或除以一个常数或一个系数，改变表达式的结构，如用M_A/V_s-P_A作为工作曲线，因为V_s取值为恒定，工作曲线与M_A-P_A相似，等等，显然，本领域的技术人员不脱离本发明的构思可以以其它形式实施本发明，因而，其它的实施例也在本发明权利要求的范围内。

Claims

1.一种电动车辆节能寻优切换点确定方法和运行方法，在k+k1台驱动电动机共同驱动的一个电动车辆中，有k台配备相同型号调速器和相同型号传动装置的相同型号驱动电动机构成的机组A，k为大于1的整数，有k1台其它型号的驱动电动机，k1≥0，车辆运行在速度V_s下，机组A所有驱动电动机输出的总转矩为M_A，机组A中所有调速器的总输入功率为P_A，指定机组A中任意一台驱动电动机为第1台驱动电动机，机组A中第i台驱动电动机输出的转矩为M_i，第i台驱动电动机对应的调速器的输入功率为P_i，M_A＝M₁+M₂+…+M_k，P_A＝P₁+P₂+…+P_k，其特征是：对于机组A，以V_s速度下得出的M_A ^φV_s ^λP_A ^μ-βM_A ^δV_s ^ξP_A ^σ曲线作为工作曲线w，求取机组A的最佳切换点以及最佳运行方法，φ、λ、μ、β、δ、ξ和σ是系数，β≠0，φ和μ不能同时等于0，φ和δ不能同时等于0，σ和δ不能同时等于0，σ和μ不能同时等于0。

2.根据权利要求1所述的电动车辆节能寻优切换点确定方法和运行方法，其特征是：在电动车辆运行速度V_s下，记录机组A中第1台驱动电动机的输出转矩M₁以及对应M₁的调速器输入功率P₁，M_1Max(V_s)≥M₁≥0，M_1Max(V_s)为电动车辆运行在速度V_s下第1台驱动电动机的最高输出转矩；M_A＝M₁，P_A＝P₁，得出1台驱动电动机运行的工作曲线w₁；取M_A＝(m-1)M₁和P_A＝(m-1)P₁，m为正整数，k≥m≥2，得到m-1台驱动电动机运行在相同输出转矩下的工作曲线w_m-1，M₁＝M₂＝…＝M_m-1，P₁＝P₂＝…＝P_m-1；取M_A＝mM₁和P_A＝mP₁，m为正整数，k≥m≥2，得到m台驱动电动机运行在相同输出转矩下的工作曲线w_m，M₁＝M₂＝…＝M_m，P₁＝P₂＝…＝P_m；工作曲线w_m-1和工作曲线w_m的相交点，为m-1台驱动电动机运行与m台驱动电动机运行在电动车辆运行速度V_s下的最佳切换点，最佳切换点处M_A＝M_m-1，m和P_A＝P_m-1，m，在相交点，m-1台运行的驱动电动机的效率和m台运行的驱动电动机的效率相同，称为“等效切换”；如果工作曲线w_m-1和工作曲线w_m没有相交点，则m-1台运行的驱动电动机与m台运行的驱动电动机的切换点为m-1运行的驱动电动机都运行在最高输出转矩M_1Max(V_s)点；M_m-1，m为用机组A的总输出转矩表示的最佳切换点，P_m-1，m为用机组A中所有调速器的总输入功率表示的最佳切换点；m＝2时，最佳切换点为M_A＝M_1，2和P_A＝P_1，2，m＝k时，最佳切换点为M_A＝M_k-1，k和P_A＝P_k-1，k；m-1台驱动电动机运行时，保持M₁＝M₂＝…＝M_m-1，P₁＝P₂＝…＝P_m-1；m台驱动电动机运行时，保持M₁＝M₂＝…＝M_m，P₁＝P₂＝…＝P_m，即运行中的相同型号的驱动电动机保持相同的负荷，称为“同机同荷”。

3.根据权利要求2所述的电动车辆节能寻优切换点确定方法和运行方法，其特征是：工程应用中，取M_m-1，m和P_m-1，m中的任意一个作为机组A运行的最佳切换点；机组A中的驱动电动机运行台数从m-1增加到m时，实际切换点取为最佳切换点的数值乘以(1+θ)，0.15≥θ≥0，驱动电动机运行台数从m减少为m-1时，实际切换点取为最佳切换点的数值乘以(1-ε)，0.15≥ε≥0。

4.根据权利要求1所述的电动车辆节能寻优切换点确定方法和运行方法，其特征是：β₁M_AV_s/P_A代表机组A的运行效率η(V_s)，β₁为系数，机组A在车辆运行速度V_s下，采用最佳切换点进行驱动电动机运行台数的切换，M_A≥M_1，2时，机组A的运行效率η(V_s)≥β1M_1，2V_s/P_1，2。