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手把手教你学simulink实例--Simulink在电动汽车能量回收与再利用系统效率评估仿真中的应用

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Simulink在电动汽车能量回收与再利用系统效率评估仿真中的应用

1. 背景介绍

1.1 项目背景

2. 系统建模与仿真

2.1 能量回收与再利用系统组成

2.2 能量流建模

2.2.1 动能计算

2.2.2 回收能量计算

2.2.3 能量损失分析

2.3 回收效率计算

2.4 系统性能分析

3. Simulink仿真模型

3.1 创建Simulink模型

3.2 添加模块

3.2.1 能量流建模模块

3.2.2 回收效率计算模块

3.2.3 系统性能分析模块

3.3 连接模块

3.4 设置仿真参数

4. 示例代码片段

5. 结束语

Simulink在电动汽车能量回收与再利用系统效率评估仿真中的应用

1. 背景介绍
1.1 项目背景

ER&RS作为一种先进的技术手段，在提升电动汽车的能效与续航里程方面发挥着关键作用。制动能量回收（RBS）能够将车辆在减速过程中的动能转化为电能并储存在电池中这一操作有助于减少能源浪费。

在评估ER&RS效率的过程中，在基于MATLAB/Simulink平台的建模与仿真对研究具有重要意义的基础上展开分析。Simulink提供了功能强大的动态系统建模工具，在能够模拟复杂的能量转换与流动过程的同时，并为其优化设计提供数据支持依据。

本项目致力于搭建一个全面且系统的能源管理与优化方案仿真平台；该平台主要包含以下三个核心功能：一是对电动汽车的能量流动进行动态模拟；二是对能量回收技术进行量化分析；三是对整体系统的效能进行综合评估。

2. 系统建模与仿真
2.1 能量回收与再利用系统组成

电动汽车的能量回收与再利用系统主要由以下部分组成：

  1. 电机及控制器用于将动能转换为电能。
  2. **电池管理系统（BMS）**处理电池充放电操作。
  3. 逆变器完成直流转交流转换。
  4. 制动系统平衡调节机械制动与再生制动的比例。
2.2 能量流建模
2.2.1 动能计算

车辆在减速过程中，动能可以通过以下公式计算：

E_{\text{kinetic}} = \frac{1}{2} m v^2Ekinetic​=21​mv2

其中：

  • mm：车辆质量。
  • vv：车辆速度。
2.2.2 回收能量计算

能量回收主要由电机的能量转化效率以及电池组的充能效率所决定。假设电机的能量转化效率为ηmotor，则系统的总能量回收率η_total可表示为：
\eta_{\text{total}} = \eta_{\text{motor}} \times \eta_{\text{battery}}

E recovered equals the product of E kinetic, eta motor, and eta battery

2.2.3 能量损失分析

在能量回收过程中，可能存在以下能量损失：

  1. 电动机消耗 包括铜损（电阻引起的能量损失）、铁损（磁滞现象的能量消耗）以及其他杂散损失。
  2. 逆变器消耗 主要由功率器件开关环节的能量损失和导通过程的能量消耗构成。
  3. 电池消耗 包括充放电过程中产生的温升以及化学反应所导致的能量损失。
2.3 回收效率计算

回收效率定义为实际回收能量与初始动能的比值：

η表示能量恢复效率，在总动能中被恢复的部分占比为\frac{E_{\text{recovered}}}{E_{\text{kinetic}}} \cdot 100\%

此外还可以深入分析系统的整体效率并考察能量流动过程中各项损耗

2.4 系统性能分析

系统性能分析模块旨在评估能量回收与再利用系统的效率，并提供改进方案。主要分析指标包括以下几项关键数据：

  1. 能量回收率 表征系统能量回收能力的参数。
  2. 电池老化趋势 频繁的充放电循环可能导致电池提前进入衰退阶段。
  3. 经济效益评估 综合评估能量回收带来的续航提升与其系统成本增加之间的关系。
3. Simulink仿真模型
3.1 创建Simulink模型
  1. 启动MATLAB程序并生成一个新的Simulink模型文件。
  2. 指定模型名称为EV_Energy_Recovery_System。
复制代码

Matlab

深色版本

复制代码 
 modelName = 'EV_Energy_Recovery_System';

    
 new_system(modelName);
    
 open_system(modelName);
3.2 添加模块
3.2.1 能量流建模模块

定义动能计算和回收能量计算模型。

复制代码

Matlab

深色版本

复制代码 
 add_block('simulink/User-Defined Functions/Matlab Function', [modelName '/Kinetic_Energy']);

    
 set_param([modelName '/Kinetic_Energy'], 'Mask', 'on');
    
 set_param([modelName '/Kinetic_Energy'], 'MaskDisplay', 'Kinetic Energy');
    
  
    
 % 在Matlab Function中定义动能计算模型
    
 function [energy] = fcn(mass, velocity)
    
     energy = 0.5 * mass * velocity^2;
    
 end
    
  
    
 add_block('simulink/User-Defined Functions/Matlab Function', [modelName '/Recovered_Energy']);
    
 set_param([modelName '/Recovered_Energy'], 'Mask', 'on');
    
 set_param([modelName '/Recovered_Energy'], 'MaskDisplay', 'Recovered Energy');
    
  
    
 % 在Matlab Function中定义回收能量计算模型
    
 function [energy_recovered] = fcn(energy_kinetic, efficiency_motor, efficiency_battery)
    
     energy_recovered = energy_kinetic * efficiency_motor * efficiency_battery;
    
 end
3.2.2 回收效率计算模块

定义回收效率计算模型。

复制代码

Matlab

深色版本

复制代码 
 add_block('simulink/User-Defined Functions/Matlab Function', [modelName '/Recovery_Efficiency']);

    
 set_param([modelName '/Recovery_Efficiency'], 'Mask', 'on');
    
 set_param([modelName '/Recovery_Efficiency'], 'MaskDisplay', 'Recovery Efficiency');
    
  
    
 % 在Matlab Function中定义回收效率计算模型
    
 function [efficiency] = fcn(energy_recovered, energy_kinetic)
    
     efficiency = (energy_recovered / energy_kinetic) * 100;
    
 end
3.2.3 系统性能分析模块

定义系统性能分析模型。

复制代码

Matlab

深色版本

复制代码 
 add_block('simulink/User-Defined Functions/Matlab Function', [modelName '/System_Performance']);

    
 set_param([modelName '/System_Performance'], 'Mask', 'on');
    
 set_param([modelName '/System_Performance'], 'MaskDisplay', 'System Performance');
    
  
    
 % 在Matlab Function中定义系统性能分析模型
    
 function [performance_metrics] = fcn(efficiency_recovery, battery_lifespan, cost_analysis)
    
     performance_metrics = [efficiency_recovery, battery_lifespan, cost_analysis];
    
 end
3.3 连接模块

将各个模块按照系统框图连接起来。

复制代码

Matlab

深色版本

复制代码 
 % 连接动能计算模块到回收能量计算模块

    
 add_line(modelName, '/Kinetic_Energy/1', '/Recovered_Energy/1', 'autorouting', 'on');
    
  
    
 % 连接回收能量计算模块到回收效率计算模块
    
 add_line(modelName, '/Recovered_Energy/1', '/Recovery_Efficiency/1', 'autorouting', 'on');
    
  
    
 % 连接回收效率计算模块到系统性能分析模块
    
 add_line(modelName, '/Recovery_Efficiency/1', '/System_Performance/1', 'autorouting', 'on');
3.4 设置仿真参数

设置仿真时间为60秒。

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Matlab

深色版本

复制代码 
 set_param(modelName, 'StopTime', '60'); % 设置仿真时间为60秒

    
 save_system(modelName); % 保存模型
4. 示例代码片段

下面完整地是一个基于Simulink的电动汽车能量回收与再利用系统效率评估仿真过程：该仿真包括三个主要部分——首先是对系统的建模与仿真流程设计和实现；其次是对系统运行过程中能量回收与再利用机制的具体模拟；最后是对整个系统的效率评估方法进行了详细阐述。

复制代码

Matlab

深色版本

复制代码 
 % Step 1: Define model name and create a new system

    
 modelName = 'EV_Energy_Recovery_System';
    
 new_system(modelName);
    
 open_system(modelName);
    
  
    
 % Step 2: Add Kinetic Energy Module
    
 add_block('simulink/User-Defined Functions/Matlab Function', [modelName '/Kinetic_Energy']);
    
 set_param([modelName '/Kinetic_Energy'], 'Mask', 'on');
    
 set_param([modelName '/Kinetic_Energy'], 'MaskDisplay', 'Kinetic Energy');
    
  
    
 % 在Matlab Function中定义动能计算模型
    
 function [energy] = fcn(mass, velocity)
    
     energy = 0.5 * mass * velocity^2;
    
 end
    
  
    
 % Step 3: Add Recovered Energy Module
    
 add_block('simulink/User-Defined Functions/Matlab Function', [modelName '/Recovered_Energy']);
    
 set_param([modelName '/Recovered_Energy'], 'Mask', 'on');
    
 set_param([modelName '/Recovered_Energy'], 'MaskDisplay', 'Recovered Energy');
    
  
    
 % 在Matlab Function中定义回收能量计算模型
    
 function [energy_recovered] = fcn(energy_kinetic, efficiency_motor, efficiency_battery)
    
     energy_recovered = energy_kinetic * efficiency_motor * efficiency_battery;
    
 end
    
  
    
 % Step 4: Add Recovery Efficiency Module
    
 add_block('simulink/User-Defined Functions/Matlab Function', [modelName '/Recovery_Efficiency']);
    
 set_param([modelName '/Recovery_Efficiency'], 'Mask', 'on');
    
 set_param([modelName '/Recovery_Efficiency'], 'MaskDisplay', 'Recovery Efficiency');
    
  
    
 % 在Matlab Function中定义回收效率计算模型
    
 function [efficiency] = fcn(energy_recovered, energy_kinetic)
    
     efficiency = (energy_recovered / energy_kinetic) * 100;
    
 end
    
  
    
 % Step 5: Add System Performance Module
    
 add_block('simulink/User-Defined Functions/Matlab Function', [modelName '/System_Performance']);
    
 set_param([modelName '/System_Performance'], 'Mask', 'on');
    
 set_param([modelName '/System_Performance'], 'MaskDisplay', 'System Performance');
    
  
    
 % 在Matlab Function中定义系统性能分析模型
    
 function [performance_metrics] = fcn(efficiency_recovery, battery_lifespan, cost_analysis)
    
     performance_metrics = [efficiency_recovery, battery_lifespan, cost_analysis];
    
 end
    
  
    
 % Step 6: Connect Blocks
    
 add_line(modelName, '/Kinetic_Energy/1', '/Recovered_Energy/1', 'autorouting', 'on');
    
 add_line(modelName, '/Recovered_Energy/1', '/Recovery_Efficiency/1', 'autorouting', 'on');
    
 add_line(modelName, '/Recovery_Efficiency/1', '/System_Performance/1', 'autorouting', 'on');
    
  
    
 % Step 7: Set Simulation Parameters
    
 set_param(modelName, 'StopTime', '60');
    
 save_system(modelName);
5. 结束语

本项目文档旨在全面阐述电动汽车能量回收与再利用系统效率评估仿真模型的具体搭建过程及其实现细节。文中详细讲解了采用Simulink平台搭建系统模型的技术要点，并成功实现了相关的功能模块开发工作。通过这一实例,我们希望能够帮助读者更好地理解并掌握相关的技术要点,以期为实际工程问题的解决提供有益的参考建议。在此基础上,我们建议可以根据具体的应用需求进行相应的优化和扩展方案设计,以达到更好的应用效果

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