甲醇重整制氢燃料电池混合动力系统自适应滑模控制研究

发布时间：2020-06-01 23:24

【摘要】：传统燃油汽车大量的生产与使用导致了化石能源的日益减少,对生态环境的污染也越来越严重。燃料电池汽车以其高效率、零排放的优势成为新能源汽车发展的重要方向之一。由锂电池作为辅助动力源的车载甲醇水蒸气重整在线制氢燃料电池混合动力系统,有助于弥补常用储氢式燃料电池的高压储氢密度低、瞬态功率响应慢、输出峰值功率有限且无法回收再生制动能量等不足。本文研究了甲醇重整制氢燃料电池/锂电池混合动力系统的建模与控制。利用锂电池能量密度高、循环寿命长、放电电流大的特性,结合甲醇重整制氢氢碳比高、成本低、安全性好的优势,解决高压储氢式燃料电池贮氢效率低、需求响应速度慢和能量单一流动等问题。为了使燃料电池尽可能地工作在高效稳定的工作区域,利用自适应反演滑模控制快速响应、抗干扰能力强的优点,设计基于状态机能量管理策略的自适应反演滑模电流与电压控制器,实现燃料电池电源的功率分配。本文首先依据甲醇重整制氢的反应机理,考虑水醇比、燃料流速和重整温度对甲醇重整反应过程的影响,在半经验模型的基础上利用氢选择透过性膜扩散方程和等效电路法建立甲醇重整制氢燃料电池模型;基于DC//DC变换器的工作原理以及锂电池的充放电特性,采用MATLAB/Simulink已有的库函数建立甲醇重整制氢燃料电池/锂电池混合动力系统模型。根据车辆动力学理论建立汽车纵向动力学模型并进行燃料电池混合动力系统的参数匹配。然后,在MATLAB/Simulink中建立甲醇重整制氢燃料电池/锂电池混合动力系统驱动模型,并进行了控制仿真与实验验证。利用自适应反演滑模控制理论,基于李雅普诺夫稳定性规则选择滑模面,设计干扰观测器并求解自适应控制律.,设计了基于状态机能量管理策略的电流控制器,实现了混合动力系统在不同汽车运行工况下驱动与制动的可持续性。仿真与实验结果表明,该控制器对燃料电池电流的追踪响应速度快,追踪精度高,抗干扰能力强,且混合动力系统在不同工况下燃料电池功率输出稳定、切换平滑,提高了燃料电池的耐久性。
【图文】：

图１－１技术路线图逡逑１．６课题来源逡逑本课题来源于福建省科技厅项目（项目号：２０１７Ｎ００１３）“基于农作废弃物逡逑气化调控的固体氧化物燃料电池研宄”和福建省自然科学基金面上项目（项目号：逡逑２０丨７Ｊ１０６９０）邋“车用变结构燃料电池复合电源的混杂建模及驱动／制动馈能协调控逡逑制”。逡逑７逡逑

的影响因素较为全面，如：各物质组分压强、水醇比、重整反应温度变化等，，其逡逑基本能够准确地模拟甲醇水蒸气重整制氢的反应过程中各物质组分的变化等。逡逑铜基催化剂上的甲醇重整制氢反应三速率模型工作原理如图２－１所示：逡逑９逡逑
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.7

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