Energy management strategy for a hybrid electric vehicle

Abstract

In the conventional mine loader powertrain, in-combustion engine is connected to the wheels through a torque converter, transmission and driveline. It means that the in-combustion engine operating point is determined by the machine speed, load and selected gear. This leads to the situation where, in-combustion engine is mostly operating at a non-optimal operating point. By decoupling the diesel from the wheels, it is possible to more freely select the diesel operation points. This thesis aims to develop and implement a supervisory control strategy for the series hybrid diesel electric loader. The main target for the solution is to flatten diesel power fluctuation, downsize the diesel and improve the fuel economy. The Quasi steady state simulation model was used in the thesis to compare supervisory control strategies. The model was verified based on measurements from a similar prototype machine with electric powertrain. The most suitable supervisory control strategy, based on the simulations, was implemented to the electronic control unit for further testing the powertrain. This thesis proposed a solution, which does not require heavy calculation, it improved fuel economy, flattened diesel power fluctuation and is possible to implement in existing control units.

Perinteisessä kaivoskoneen voimansiirrossa, polttomoottori on kytketty momentinmuuntimen, vaihteiston ja akseleiden välityksellä renkaisiin. Tämä tarkoittaa, että polttomoottorin toimintapiste määräytyy ajonopeuden, kuormituksen ja välityssuhteen perusteella. Tästä johtuen polttomoottori toimiii suurimman osan ajasta heikomman hyötysuhteen alueella. Poistamalla polttomoottorin ja renkaiden väliltä mekaaninen yhteys on polttomoottorin toimintapiste mahdollista valita vapaammin. Työn tarkoituksena oli kehittää energianhallintastrategia sarjahybridi pyöräkuormaajaan. Tavoite oli tasoittaa polttomoottorin tehonvaihteluita, pienentää polttomoottorin iskutilavuutta ja parantaa polttoainetaloutta. Pysyvän tilan simulointimallia hyödynnettiin energianhallintastrategioiden vertailuun. Simulointimalli verifioitiin perustuen aikaisemman prototyyppikoneen mittauksiin. Siimulointien perusteella valittiin sopivin strategia, mikä ohjelmoitiin koneessa käytettävään ohjausjärjestelmälogiikkaan. Työn tuloksena ehdotetaan strategiaa, joka ei vaadi raskasta laskentaa, parantaa polttoainetaloutta, tasoittaa polttomoottorin kuormituspiikkejä ja on mahdollista toteuttaa olemassa olevaan elektroniikkaan.