叉车质子交换膜燃料电池混合动力系统构建与仿真

发布时间：2020-04-29 21:38

【摘要】：随着我国国民经济的发展,物流业也在蓬勃发展,装卸搬运作业作为物流运输中的关键一环,对物流系统的作业效率影响很大。常用的装运搬卸设备有各类叉车、堆高机、起重机、输送分拣机等,目前此类设备的动力主要是内燃机和蓄电池。但是以内燃机和蓄电池为动力的传统叉车存在排气污染、噪声以及废旧电池污染等问题,在能源紧缺、倡导可持续发展的当今世界,高效、无噪声、无污染的燃料电池叉车逐渐崭露头角,成为美、日巨头企业及众多学者研究热点。本文利用合力CDD10-070电动叉车的参数,设计了以质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)为主动力源,锂离子蓄电池(Li-Ion)为辅助电源的混合动力拓扑结构,并进行了参数匹配。作为混合动力系统的主动力源,PEMFC是一个涉及多个学科领域的复杂系统,其输出特性受到多种因素的影响。因此本文建立了考虑双电层电容作用的质子交换膜燃料电池(PEMFC)电压动态模型,利用研制的风冷自增湿DXFC-200质子交换膜燃料电池和燃料电池测试系统,证明了模型的准确性和稳定性,并在Matlab/Simulink平台上进行仿真。在单因素纵向分析的基础上,进一步运用正交实验进行多因素横向比较,结果表明,工作温度对电池输出特性影响更显著。在完成混合动力系统拓扑结构设计、动力源匹配以及对主动力源—PEMFC输出特性详细研究的基础上,在Matlab/Simulink中建立了 PEMFC、锂离子蓄电池、DC/DC变换器、叉车负载和功率跟随式能量管理策略的模型。针对混合动力系统提出了功率跟随式的能量管理策略,实测了叉车不同工况下的功率需求情况,利用所建模型以及实测工况进行仿真分析,验证了所匹配动力源以及能量管理策略的有效性。最后在建模仿真的基础上,搭建了一套PEMFC混合动力系统缩比实验平台,并利用电子负载模拟叉车工况进行实验验证。结果表明:功率跟随式能量管理策略可以有效实现PEMFC和蓄电池功率的合理分配,满足负载功率需求。
【图文】：

优点,燃料电池系统,车辆运行,动力源

２．１．１纯燃料电池动力系统（ＦＣ）逡逑纯燃料电池动力系统（ＦＣ）只有唯一的动力源一燃料电池，由其提供车辆运行所需逡逑的全部功率，ＦＣ动力系统结构如图２－１所示。逡逑燃料电池系统逦ＤＣ／ＤＣ变换器逡逑图２－１纯燃料电池动力系统（ＦＣ）结构逡逑该结构的优点如下：逡逑（１）

蓄电池,燃料电池,混合动力系统,混合型

逡逑动力源的混合动力系统受到越来越多的青睐，其动力系统结构如图２－２所示：逡逑燃料电池系统逦？邋ＤＣ／ＤＣ变换器，，、逡逑蓄电池逡逑图２－２燃料电池／蓄电池混合动力系统（ＦＣ＋Ｂ）结构逡逑根据燃料电池和蓄电池的主辅不同，燃料电池和蓄电池混合动力系统（ＦＣ＋Ｂ）又逡逑分为能量混合型和功率混合型两大类。能量混合型以蓄电池作为主动力源，燃料电池作逡逑为辅助动力源。能量混合型动力系统由于需要较大功率的蓄电池，导致整车质量增加，逡逑空间局促。在燃料电池技术研发的早期，由于燃料电池功率较小多采用能量混合型，随逡逑着燃料电池技术的不断突破和发展，以燃料电池为主动力源、蓄电池为辅助动力源的功逡逑率混合型逐渐占据主导地位。功率混合型动力系统中蓄电池主要用来回收制动产生的能逡逑量，只需要在整车功率需求较大时提供不足的功率，对蓄电池容量需求减少，因而整车逡逑质量减轻、动力性提高［６２］。逡逑如图２－２
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM911.4

【参考文献】