燃料电池汽车混合动力系统设计研究
发布时间：2021-02-18 10:36
随着传统石化燃料供应的制约和环境保护压力的升级,新能源汽车应运而生。不同于纯电动汽车使用单一动力电池作为能源供应,燃料电池汽车一般采用燃料电池和动力电池混合供能的方式。由于燃料电池在储能质量密度和能源转化效率方面的优势,燃料汽车因此具备动力系统质量轻和高效能的优点。我国燃料电池汽车研发还处于起步阶段,本文主要对燃料电池汽车混合动力系统的配置优化、建模仿真、能量管理策略和控制器设计展开研究。首先,提出一种以燃料电池混合动力系统成本和重量为优化目标,以满足燃料电池汽车的性能为约束条件的配置优化方法。采用了多目标粒子群优化算法对等效优化命题进行求解,得到了目标函数Pareto前沿。其次,从系统的顶层模型架构出发,依次建立了燃料电池机理模型,动力电池等效电路模型和DC/DC变换器拟合效率模型。再次,设计了基于改进随机动态规划的能量管理策略,并在ADVISOR仿真平台下和基于确定规则的能量管理策略进行对比,结果显示随机动态规划策略能够提高燃料电池发电效率和延长燃料电池汽车续驶里程。然后,研发了基于汽车级微处理器S32K144的系统控制器和搭建了燃料电池发电系统平台和电-电混合动力系统平台,并进行...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２上汽集团ＭＡＸＵＳ氢燃料电池轻型客车?图１．３宇通ＺＫ６１２５ＦＣＥＶＧ５燃料电池客车??
，所以不能进??行能量制动回收。??动力电池或超级电容相比于燃料电池具有较好的功率密度，但是能量密度比燃料电池??高。因此，将燃料电池与动力电池或超级电容构成混合动力系统能有效减少燃料电池的动??态负荷，延长燃料电池寿命并提高燃料电池汽车的燃料经济性。??根据选用的混合能源装置的不同，燃料电池混合动力系统的构型主要有三种，分别是??“燃料电池＋动力电池”、“燃料电池＋超级电容”和“燃料电池＋动力电池＋超级电容”。本??文研究的构型是“燃料电池＋动力电池”，此类构型的动力系统一般有如图２．１所示的四种??拓扑结构［９］。??ｌ＾ｉａｌ—卜防倒麵：—￥—ＫＢｉｒｌ?｜燃篇池｜—ｈ防倒麵：—ｙ—ｉｇｎｍ??动力电池Ｉ?双４？［?＾＞３电池…??ａ）?ｂ）??＾￣￣￣￣—?＾叫—ｙ￣ｆｎ？??ｉ动力电池Ｉ?双｜，，丨动力电池－??ｃ）?ｄ）??图２．１燃料电池混合动力系统结构??以上四种拓扑结构的主要区别在于两种动力源有无ＤＣ／ＤＣ变换器，考虑到燃料电池??只能放电，如果电流反向会对燃料电池造成损伤，所以与燃料电池相连的是单向ＤＣ／ＤＣ??变换器。与动力电池相连的ＤＣ／ＤＣ变换器是双向的，用于控制其充放电过程。??８??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Simulink的三元锂电池建模与仿真研究[J]. 陈元丽,赵振东,陈素娟. 南京工程学院学报(自然科学版). 2019(03)
[2]基于PMP的机车用燃料电池混合动力系统能量管理策略[J]. 洪志湖,李奇,陈维荣. 中国电机工程学报. 2019(13)
[3]一种改进型锂离子电池SOC估算方法[J]. 史永胜,史禄培,魏浩,于淼杰. 电子器件. 2019(01)
[4]燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法[J]. 王天宏,李奇,韩莹,洪志湖,刘涛,陈维荣. 中国电机工程学报. 2018(14)
[5]燃料电池客车电-电混合动力系统的应用[J]. 周毅鹏. 机电技术. 2018(01)
[6]燃料电池混合动力汽车动力系统匹配与优化研究[J]. 魏跃远,詹文章,林逸. 汽车工程. 2008(10)
[7]串联式燃料电池混合动力汽车零部件选型和匹配优化研究[J]. 万亮,张俊智,王丽芳,廖承林. 汽车工程. 2008(09)
[8]燃料电池汽车动力总成结构配置及参数优化匹配[J]. 贠海涛,万钢,孙泽昌. 汽车工程. 2006(08)
[9]燃料电池混合动力轿车控制策略与参数优化[J]. 王登峰,王金龙,贾迎春,陈静. 江苏大学学报(自然科学版). 2005(04)
博士论文
[1]车用质子交换膜燃料电池及其混合动力系统性能研究[D]. 王金龙.吉林大学 2007
硕士论文
[1]电—电混合燃料电池汽车动力系统设计与优化研究[D]. 涂雄.重庆交通大学 2013
[2]氢燃料电池汽车动力系统设计及建模仿真[D]. 孙绪旗.武汉理工大学 2012
本文编号：3039442
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２上汽集团ＭＡＸＵＳ氢燃料电池轻型客车?图１．３宇通ＺＫ６１２５ＦＣＥＶＧ５燃料电池客车??
，所以不能进??行能量制动回收。??动力电池或超级电容相比于燃料电池具有较好的功率密度，但是能量密度比燃料电池??高。因此，将燃料电池与动力电池或超级电容构成混合动力系统能有效减少燃料电池的动??态负荷，延长燃料电池寿命并提高燃料电池汽车的燃料经济性。??根据选用的混合能源装置的不同，燃料电池混合动力系统的构型主要有三种，分别是??“燃料电池＋动力电池”、“燃料电池＋超级电容”和“燃料电池＋动力电池＋超级电容”。本??文研究的构型是“燃料电池＋动力电池”，此类构型的动力系统一般有如图２．１所示的四种??拓扑结构［９］。??ｌ＾ｉａｌ—卜防倒麵：—￥—ＫＢｉｒｌ?｜燃篇池｜—ｈ防倒麵：—ｙ—ｉｇｎｍ??动力电池Ｉ?双４？［?＾＞３电池…??ａ）?ｂ）??＾￣￣￣￣—?＾叫—ｙ￣ｆｎ？??ｉ动力电池Ｉ?双｜，，丨动力电池－??ｃ）?ｄ）??图２．１燃料电池混合动力系统结构??以上四种拓扑结构的主要区别在于两种动力源有无ＤＣ／ＤＣ变换器，考虑到燃料电池??只能放电，如果电流反向会对燃料电池造成损伤，所以与燃料电池相连的是单向ＤＣ／ＤＣ??变换器。与动力电池相连的ＤＣ／ＤＣ变换器是双向的，用于控制其充放电过程。??８??
．１３％?２１０＾?８５．８／？爐—??表２．５储氢罐参数??＿?雄体罐体容ｆ?ｆｉｌｍ压强?储１１量?成本??４８／ｔｇ?４０１?侧ｐａ?１．０６８知?Ｓ００ＲＭＢ??在ＭａＵａｂ下编写程序实现目标函数计算，约束条件判断和基于自适应档案网络的多??目标粒子群优化算法。设置粒子群算法中的惯量因子《为０．７，加速因子Ｃ，、￣为２，种??群个体数为２００，迭代次数为５０，运行粒子群优化算法求解多目标优化函数的Ｐａｒｅｔｏ解，??得到目标函数的Ｐａｒｅｔｏ前沿如图２．２所示。部分档案中的非支配解见表２．６。??２０００?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??１８００?－?、??ａ，１６００?＇?＃?？??１４００?＊?－??參??１２００?－?＃?？??？?？??１０００??＇?１?１?１?１?１???２．１５?２．２?２．２５?２．３?２．３５?２．４?２．４５?２．５??成本／ＲＭＢ?ｘ１〇５??图２．２成本函数和质景函数Ｐａｒｅｔｏ前沿??表２．６基于自适应档案网络的多目标粒子群优化箄法结果（部分）??粒子编号?１?２?３?４５６７８??燃料电池功率／ｗ?１８７３６?１１４６２?１６４９７?１２９０６?１７９８９?１００００?１５２２１?１６０９６??氢气罐数目?５?３?４?４５４４４??动力电池单电池个数?６２８?１２４３?８０６?１１５７?６９２?１３７１?９０６?８５１??动力系统总重量１０７７?１６２６?１２１４?１５８７?１１４４?１８０９?１３１９?１２６３??动力系统总成本／／
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Simulink的三元锂电池建模与仿真研究[J]. 陈元丽,赵振东,陈素娟. 南京工程学院学报(自然科学版). 2019(03)
[2]基于PMP的机车用燃料电池混合动力系统能量管理策略[J]. 洪志湖,李奇,陈维荣. 中国电机工程学报. 2019(13)
[3]一种改进型锂离子电池SOC估算方法[J]. 史永胜,史禄培,魏浩,于淼杰. 电子器件. 2019(01)
[4]燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法[J]. 王天宏,李奇,韩莹,洪志湖,刘涛,陈维荣. 中国电机工程学报. 2018(14)
[5]燃料电池客车电-电混合动力系统的应用[J]. 周毅鹏. 机电技术. 2018(01)
[6]燃料电池混合动力汽车动力系统匹配与优化研究[J]. 魏跃远,詹文章,林逸. 汽车工程. 2008(10)
[7]串联式燃料电池混合动力汽车零部件选型和匹配优化研究[J]. 万亮,张俊智,王丽芳,廖承林. 汽车工程. 2008(09)
[8]燃料电池汽车动力总成结构配置及参数优化匹配[J]. 贠海涛,万钢,孙泽昌. 汽车工程. 2006(08)
[9]燃料电池混合动力轿车控制策略与参数优化[J]. 王登峰,王金龙,贾迎春,陈静. 江苏大学学报(自然科学版). 2005(04)
博士论文
[1]车用质子交换膜燃料电池及其混合动力系统性能研究[D]. 王金龙.吉林大学 2007
硕士论文
[1]电—电混合燃料电池汽车动力系统设计与优化研究[D]. 涂雄.重庆交通大学 2013
[2]氢燃料电池汽车动力系统设计及建模仿真[D]. 孙绪旗.武汉理工大学 2012
本文编号：3039442
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