Operation of electric hybrid drive systems in varied driving conditions

• Autorzy: Pielecha I. , Cieślik W. , Szałek A.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2018.1.3

Warianty tytułu

PL

Eksploatacja elektrycznych układów napędowych pojazdów hybrydowych w zróżnicowanych warunkach ruchu

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Hybrid vehicles allow an increase in the powertrain efficiency thanks to their design. One such factor is the use of increased voltage supplying electric motors to the voltage supplying the high voltage battery. The battery voltage is increased several times in the inverter (boost) system to increase the final electric power supplied to the electric motor. The article presents the possibilities of using such a voltage boost in urban and non-urban driving conditions. The tests were performed on the latest generations of parallel hybrid drive systems in Lexus NX 300h and Toyota RAV4 hybrid vehicles. It has been shown that the boost system is used in about 30–40% of the urban drive distance (up to 20% of the driving time). The power supply voltage boost of the electric motors of both vehicles is used throughout the entire engine speed range of these machines at high torque values. Research has shown that the maximum voltage gain – approximately three times (up to 650 V) – is within the maximum torque range of the electric motors and allows for doubling the torque generated by the drive.

PL

Pojazdy z napędem hybrydowym dzięki swojej konstrukcji, pozwalają na zwiększenie sprawności układu napędowego. Jednym z takich czynników jest stosowanie zwiększonego napięcia zasilającego silniki elektryczne w stosunku do napięcia zasilającego akumulator wysokonapięciowy. Napięcie akumulatora zostaje zwiększone kilkukrotnie w układzie inwertera (boost) w celu zwiększenia końcowej mocy elektrycznej doprowadzonej do silnika elektrycznego. W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania takiego wzmocnienia napięcia w warunkach jazdy miejskiej i pozamiejskiej. W badaniach wykorzystano najnowsze generacje układów napędu hybrydowego równoległego w pojazdach Lexus NX 300h oraz Toyota RAV4 hybrid. Wykazano, że układ wzmocnienia napięcia w warunkach miejskich wykorzystany jest w około 30–40% dystansu (do 20% czasu jazdy). Wzmocnienie napięcia zasilającego maszyny elektryczne obu pojazdów wykorzystane jest w całym zakresie prędkości obrotowej tych maszyn przy dużych wartościach momentu obrotowego. Badania wykazały, że maksymalne wzmocnienie napięcia – około trzykrotne (do wartości 650 V) – występuje w zakresie maksymalnego momentu obrotowego silników elektrycznych i pozwala na ponad 2-krotne zwiększenie generowanego momentu obrotowego układu napędowego.

Słowa kluczowe

EN

electric motor; current generator; hybrid drive; voltage boost; energy flow; high voltage battery

PL

silnik elektryczny; generator prądu; napęd hybrydowy; wzmocnienie napięcia; przepływ energii; akumulator wysokonapięciowy

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 20, no. 1
• Strony: 16--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pielecha I.

• Institute of Combustion Engines and Transport Poznan University of Technology ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland

autor

Cieślik W.

• Institute of Combustion Engines and Transport Poznan University of Technology ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland

autor

Szałek A.

• Toyota Motor Poland ul. Konstruktorska 5, 02-673 Warszawa, Poland

Bibliografia

• 1. Hu X, Jiang J, Egardt B, Cao D. Advanced power-source integration in hybrid electric vehicles: multicriteria optimization approach. IEEE Transactions on Industrial Electronics 2015; 62 (12): 7847–7858, http://dx.doi.org/10.1109/TIE.2015.2463770.
• 2. Hu X, Moura S J, Murgovski N, Egardt B, Cao D. Integrated optimization of battery sizing, charging, and power management in plugin hybrid electric vehicles. IEEE Transactions on Control Systems Technology 2016; 24 (3): 1036–1043, http://dx.doi.org/10.1109/TCST.2015.2476799.
• 3. Kasprzyk L. Modelling and analysis of dynamic states of the lead-acid batteries in electric vehicles. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2017; 19 (2): 229–236, http://dx.doi.org/10.17531/ein.2017.2.10.
• 4. Li L, Wang X, Xiong R, He K, Li X. AMT downshifting strategy design of HEV during regenerative braking process for energy conservation. Applied Energy 2016; 183: 914–925, http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.09.031.
• 5. Merkisz J, Pielecha I. Układy mechaniczne napędu hybrydowego. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2015.
• 6. Michel P, Charlet A, Colin G, Chamaillard Y, Bloch G, Nouillant C. Optimizing fuel consumption and pollutant emissions of gasoline-HEV with catalytic converter. Control Engineering Practice 2017; 61: 198–205, http://dx.doi.org/10.1016/j.conengprac.2015.12.010.
• 7. Navamani J D, Vijayakumar K, Jegatheesan R. Non-isolated high gain DC-DC converter by quadratic boost converter and voltage multiplier cell. Ain Shams Engineering Journal 2016, in press, http://dx.doi.org/10.1016/j.asej.2016.09.007.
• 8. Pielecha J, Merkisz J, Markowski J, Jasinski R. Analysis of passenger car emission factors in RDE tests. E3S Web of Conferences 10, UNSP 00073 (2016), http://dx.doi.org/10.1051/e3sconf/20161000073.
• 9. Stroe N, Colin G, Ben-Cherif K, Olaru S, Chamaillard Y. Towards a generic control-oriented model for HEV predictive energy management. IFAC 2016; 49 (11): 259–264, http://dx.doi.org/1.1016/j.ifacol.2016.08.039.
• 10. Tani A, Camara M B, Dakyo B, Azzouz Y. DC/DC and DC/AC converters control for hybrid electric vehicles energy management-ultracapacitors and fuel cell. IEEE Transactions on Industrial Informatics 2013; 9 (2): 686–696, http://dx.doi.org/10.1109/TII.2012.2225632.
• 11. Wei Z, Xu J, Halim D. HEV power management control strategy for urban driving. Applied Energy 2017; 194: 705–714, http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.10.023.
• 12. Wei Z, Xu Z, Halim D. Study of HEV power management control strategy based on driving pattern recognition. Energy Procedia 2016; 88: 847–853, http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2016.06.062.
• 13. Zhu L, Yu F R, Ning B, Tang T. Optimal charging control for plug-in electric vehicles in smart microgrids fueled by renewable energy sources. International Journal of Green Energy 2013; 10 (9): 924–943, http://dx.doi.org/10.1080/15435075.2012.727364.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).