Methodologies for development of series-hybrid powertrains to non-road mobile machineries

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Suomela, Jussi, Prof., Aalto University, Department of Automation and Systems Technology, Finland
dc.contributor.author Liukkonen, Matti
dc.date.accessioned 2013-10-28T10:00:24Z
dc.date.available 2013-10-28T10:00:24Z
dc.date.issued 2013
dc.identifier.isbn 978-952-60-5365-3 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5366-0 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/11198
dc.description.abstract This dissertation is about the assessment and development methodologies of series-hybrid powertrains to non-road mobile machineries. The development and optimization of alternative powertrains require computational methodologies for different fidelity levels in order to maintain manageability and effectiveness of analyses. This dissertation uses a multi-stage modeling approach for a large-signal analysis of system-level designs. A small-signal approach is proposed for the stability assessments of DC-buses in power-electronics systems. The multi-stage modeling approach is used systematically for assessments of the diesel- electric powertrain with the power buffering by the active ultracapacitor. These assessments include design and validation of energy management algorithms for the powertrain. This energy management is described as the indirect power buffering, due to low-level controls of converters. The partial differential equations and the Monte Carlo method are used for error and sensitivity analyses of these assessments. Knowledge of achievable accuracies and restrictions of the multi-stage approach have been attained with experiments and assessments. The multi-stage modeling approach is used for evaluations of feasibilities and features of powertrain options in a non-road mobile machinery case. Mutual relations of the features of powertrain options, such as size, weight, cost, and efficiency, are concluded. This knowledge is a base for the choice between powertrain options, and enables optimization of the powertrain with respect to a single feature. The significance of this approach is on the management of the complex entity, i.e., the design of complete series-hybrid powertrains. A systematic approach for the dynamic modeling of DC-buses in power-electronics systems is introduced. This approach facilitates designs of load and source converter controllers in such a system. It can be used to derive the maximum lengths of the DC-bus cabling, as well as the minimum values and distribution of the DC-bus capacitances. en
dc.description.abstract Tämä väitöskirja käsittelee liikkuvien työkoneiden sarjahybridivoimansiirron analysointi- ja kehittämismenetelmiä. Eritasoisia laskentamenetelmiä tarvitaan vaihtoehtoisten voimansiirtojen kehittämiseen ja optimointiin, jotta laskennan hallittavuus ja tehokkuus säilyisivät. Tämä väitöskirja esittelee moniasteisen mallinnusmenetelmän sarjahybridivoimansiirron järjestelmätason vaihtoehtojen analysointia ja kehittämistä varten, sekä hyödyntää menetelmää systemaattisesti. Lisäksi tässä väitöskirjassa ehdotetaan systemaattista lähestymistapaa tehoelektroniikkajärjestelmissä käytettyjen tasajänniteväylien stabiiliustarkasteluun. Moniasteista mallinnusmenetelmää käytetään systemaattisesti aktiivisella ultrakondensaattorilla puskuroidun dieselsähköisen voimansiirron tarkasteluihin. Nämä tarkastelut koostuvat energianhallinta-algoritmien suunnittelusta ja toiminnan oikeellisuuden varmentamisesta mittauksilla. Laitetason säädinten valinnasta johtuen kyseistä energianhallintaa kuvataan tehon epäsuoraksi puskuroinniksi. Näiden tarkastelujen virhe- ja herkkyysarviointeihin käytetään osittaisdifferentiaaliyhtälöitä ja Monte Carlo -menetelmää, joilla analysoidaan teoreettisesti mallinnusmenetelmän tarkkuutta. Lisäksi vertailumittaukset lisäävät ymmärrystä mallinnusmenetelmän tarkkuudesta ja rajoitteista. Väitöskirjassa käytetään moniasteista mallinnusmenetelmää myös liikkuvan työkoneen vaihtoehtoisten sarjahybridivoimansiirtojen ominaisuuksien määrittämiseksi. Keskinäiset suhteet eri voimansiirtoratkaisujen koolle, painolle, hinnalle ja hyötysuhteelle esitetään erään liikkuvan työkoneen tapauksessa. Tarkastelulla saavutettu tieto mahdollistaa valinnan eri voimansiirtoratkaisujen välillä ja siten myös voimansiirron yksittäisen ominaisuuden optimoinnin. Esitelty mallinnusmenetelmä auttaa monimutkaisen järjestelmän suunnittelussa. Dynaaminen mallintaminen on oleellinen osa järjestelmien suunnittelussa. Sen vuoksi tässä väitöskirjassa ehdotetaan systemaattista lähestymistapaa tehoelektroniikkajärjestelmissä käytettyjen tasajänniteväylien stabiiliustarkasteluun. Kyseinen lähestymistapa helpottaa järjestelmän suuntaajien säädinten suunnittelua. Lähestymistapaa voidaan käyttää tasajänniteväylän kaapeleiden maksimipituuksien ja kapasitanssin suuruuden sekä jakautumisen määrittämiseksi. fi
dc.format.extent 137 + app. 77
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 157/2013
dc.relation.haspart [Publication 1]: J. Halme, M. Liukkonen, M. Heiska, and J. Suomela. Power bus control for series hybrid heavy-duty vehicles. World Electric Vehicle J., 3(1), May 2009.
dc.relation.haspart [Publication 2]: M. Liukkonen, A. Hentunen, J. Suomela, and J. Kyyrä. Low-pass filtered power-flow control in series hybrid electric vehicle. In Proc. 24th Elect. Veh. Symp., Stavanger, Norway, May 2009.
dc.relation.haspart [Publication 3]: M. Liukkonen, A. Hentunen, and J. Suomela. Validation of quasistatic series hybrid electric vehicle simulation model. In Proc. IEEE Veh. Power and Propulsion Conf.’10, Lille, France, Sept. 2010.
dc.relation.haspart [Publication 4]: M. Liukkonen, A. Hentunen, and J. Suomela. Analysis of the ultracapacitor module in power buffering. In Proc. 4th European Symp. on Super Capacitors and Applicat., Bordeaux, France, Oct. 2010.
dc.relation.haspart [Publication 5]: M. Liukkonen, A. Lajunen, and J. Suomela. Feasibility study of fuel cell-hybrid powertrains in non-road mobile machineries. Automation in Construction, 35(1):296-305, Nov. 2013.
dc.relation.haspart [Publication 6]: M. Liukkonen and J. Suomela. Design of an energy management scheme for a series-hybrid powertrain. In Proc. IEEE Transportation Electrification Conf. and Expo, Dearborn, MI, June 2012.
dc.relation.haspart [Publication 7]: M. Liukkonen, M. Hinkkanen, J. Kyyrä, and S. J. Ovaska. Modeling of multiport DC busses in power-electronic systems. In Proc. IEEE Int. Conf. on Ind. Tech., pp. 740−745, Cape Town, South Africa, Feb. 2013.
dc.subject.other Electrical engineering
dc.title Methodologies for development of series-hybrid powertrains to non-road mobile machineries en
dc.title Sarjahybridivoimansiirron kehittämismenetelmiä liikkuviin työkoneisiin fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Sähkötekniikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Electrical Engineering en
dc.subject.keyword DC-bus systems en
dc.subject.keyword diesel electric en
dc.subject.keyword energy buffering en
dc.subject.keyword fuel cell en
dc.subject.keyword mobile work machine en
dc.subject.keyword modeling en
dc.subject.keyword powertrain design en
dc.subject.keyword series hybrid en
dc.subject.keyword ultracapacitor en
dc.subject.keyword dieselsähköinen fi
dc.subject.keyword energian puskurointi fi
dc.subject.keyword liikkuva työkone fi
dc.subject.keyword mallintaminen fi
dc.subject.keyword polttokenno fi
dc.subject.keyword sarjahybridi fi
dc.subject.keyword tasajänniteväylä fi
dc.subject.keyword ultrakondensaattori fi
dc.subject.keyword voimansiirron suunnittelu fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5365-3
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Ovaska, Seppo J., Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering, Finland
dc.opn Wang, Fei, Prof., University of Tennessee, Knoxville, TN, United States
dc.rev Bouscayrol, Alain, Prof., University Lille1, France; Zane, Regan A., Prof., Utah State University, Department of Electrical and Computer Engineering, United States
dc.date.defence 2013-12-13


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account