基于ADVISOR的纯电动清扫车动力系统的仿真研究

马春生，王 宽，纪清鑫

（长安大学工程机械学院，陕西 西安 710064）

随着社会的发展、进步，节能减排得到人们的重视，纯电动清扫车以其优越的性能和零排放得到人们的认可。这种全新的车型可一次完成地面清扫、马路道牙边清扫、马路道牙清洗及清扫后对地面的洒水等工作，适用于各种气候和不同干燥路面的清扫作业[1-2]。

相对于传统清扫车，纯电动清扫车具有以下的优点：

（1）排放零，污染小。纯电动清扫车一点力系统作为系统能量源，所以没有排放，污染也仅仅只是电池废弃后带来的污染，纯电动清扫车自身污染很小。

（2）舒适性好，振动小，噪声低。电动清扫车行使和作业都采用电机驱动，传动效率更高，能源利用率跟高，其产生的振动比传统发动机更小，同时纯电动产生的噪音更低，驾驶员更舒适。

本文通过以路面清扫车作为研究对象，基于ADVISOR软件，建立纯电动清扫车的动力系统模型，通过对单一电源和复合电源控制策略的建立和对比，研究不同控制策略下对纯电动清扫车节能方面的影响，为纯电动清扫车后续的研究提供一定的借鉴。

1 清扫车工况分析

清扫车作为城市道路清扫机械，由于其特性，其运行工况需要进行划分，包括作业工况和普通行驶工况。清扫车作业时为了更好地进行路面清扫，进而清扫车的行驶速度需要缓慢。

由于清扫车在作业工况时，其行驶速度虽然有一定的波动，但总体上还是趋向一个平均车速。结合实文献资料，本文对纯电动清扫车工作工况进行制定，如图1所示。作业工况包的最高速度为25 km/h，时长为6 200 s.

图1 纯电动清扫车作业工况

2 纯电动清扫车建模

本文基于的模型建立ADVISOR软件进行，选择ADVISOR软件中的EV模型为基础模型[3]。

2.1 单一电源建模

单一电源的的建立参考EV模型，在EV模型的基础上添加工作装置部分。

2.2 复合电源建模

（1）基础模型建立。复合电源的建模重点在于复合电源部分，包括超级电容、蓄电池和DC/DC的连接，其中最重要的部分是复合电源控制策略的定制[4]。复合电源模型如图2所示。率Pav-时，此时纯电动清扫车制动回收产生的能量由蓄电池单独回收。即：若Preq＜0，Preq＞Pav-，则

图2 复合电源模型

（2）复合电源控制策略的定制。本文设定纯电动清扫车在正常工作和制动时电机的需求功率存在正负值，功率需求值为Preq.当纯电动清扫车处于工作模式时，动力系统向电机供电，此时Preq符号为“+”时；当纯电动清扫车处于制动回收时，动力系统通过电机对能量进行回收，此时Preq符号为“-”。其中Pav+/Pav-是输出/回收平均功率（Pav+值为正，Pav-值为负），Pc/Pb是超级电容/蓄电池提供的功率，SOCc/SOCc min/SOCc max是超级电容荷电状态与最大/小值[5]。

纯电动清扫车动力系统为电机供电时的控制策略：

当电机的功率需求Preq为正且小于输出平均功率Pav+时，此时蓄电池单独供电。即：若Preq＞0，Preq ＜ Pav+，则 Pb=Preq，Pc=0；

当电机的需求功率Preq为正且大于输出平均功率Pav+时，要根据超级电容的荷电状态SOCc的状态进行分析，假如超级电容的荷电状态SOCc大于其最小值SOCc min时，此蓄电池和超级电容配合放电为电机供电。即：若 Preq ＞0，Preq ＞ Pav+，SOCc＞SOCc min，则 Pb=Pav+，Pc=Preq-Pb；

当电机的需求功率Preq为正且大于输出平均功率Pav+时，要根据超级电容的荷电状态SOCc的状态进行分析，假如超级电容的荷电状态SOCc小于其最小值SOCc min时。即：若Preq＞0，Preq＞Pav+，SOCc＜SOCc min，则 Pb=Preq，Pc=0.

(1）纯电动清扫车动力系统从电机回收电能时的控制策略：

当电机的功率需求Preq为负且大于回收平均功Pb=Preq，Pc=0；

当电机的需求功率Preq为负且其小于回收平均功率Pav-时，要根据超级电容的荷电状态SOCc的状态进行分析，假如超级电容的荷电状态SOCc小于其最大值SOCc max时，此蓄电池和超级电容配合回收电机产生的能量。即：若Preq＜0，Preq＜Pav-，SOCc＜SOCc max，则 Pb=Pav-，Pc=Preq-Pb；

当电机的需求功率Preq为负且其小于回收平均功率Pav-时，要根据超级电容的荷电状态SOCc的状态进行分析，假如超级电容的荷电状态SOCc大于其最大值SOCc max时，此蓄电池和超级电容配合回收电机产生的电能，此时蓄电池单独吸收制动回收产生的能量。即：若 Preq ＜0，Preq ＜ Pav-，SOCc＞SOCc max，则 Pb=Preq，Pc=0.

3 纯电动清扫车动力系统仿真

3.1 仿真参数设定

本文的仿真是基于ADVISOR软件进行的，对ADVISOR软件进行参数调节，仿真模型参数如表1所示。

表1 仿真模型参数表

3.2 仿真结果

（1）单一电源

单一电源能源功率需求仿真结果：若纯电动清扫车的动力系统只是单一的蓄电池，那么电机所需的功率都将由电池来提供，如图3可知，其存在很多的峰值功率，对蓄电池是一种伤害，会造成蓄电池寿命降低。

图3 单一电源功率需求

（2）复合电源

复合电源功率需求仿真结果：若纯电动清扫车的动力系统采用复合电源，在电机需求功率是，超级电容和蓄电池通过上文中制定的控制策略进行相应的能量分配，如图4所示。图5为电机需求的功率通过控制策略分配后，需要复合电源各部分输出的功率，由于本文设定的功率阀值为15 kW，所以电池的功率输出均在15 kW，不高于15 kW的功率都由蓄电池来提供；需要超级电容输出的功率，在功率需求超过15 kW时，超级电容提供超出15 kW的功率。

图4 复合电源功率需求

3.3 对比分析

复合电源相对于单一电源，能很好地保护动力系统，由于在实际工作中，电机需要动力系统输出高峰值当功率，若此时采用单一的蓄电池，会造成电流过大，对蓄电池造成损伤，减少蓄电池的使用寿命；而复合电源恰好对电机的需求功率削峰填谷，这样使得复合电源中的超级电容短时间内提供峰值功率，将蓄电池需要提供的功率削到设定阀值一下，此时蓄电池的峰值电流会在一定的阀值以下，这样既使得电池的输出电流平均，进而保护电池的寿命，又很好地发挥了超级电池高比能量的特点。

4 结束语

本文过对纯电动清扫车的行驶性能进行分析，其中包括对现在的纯电动清扫车的发展及与传统清扫车相比的优点；结合实际情况，对纯电动的清扫车的作业工况进行分析，然后在ADVISOR软件中制定一整个循环工况。之后对单一动力源和复合动力源进行建模，通过对两种模型的仿真分析，得出对于纯动力清扫车来说，复合动力系统相对于单一蓄电池具有很多的优点，是一个很好的发展趋势。