车载质子交换膜燃料电池建模与进气系统控制研究
发布时间：2021-02-06 16:53
受能源危机与环境污染的影响,开发利用清洁能源成为当前必须要面对的重要课题。燃料电池与传统能源相比,具有能量转换效率高、无污染、低噪音等优点。其中质子交换膜燃料电池工作温度低,启动时间短,在新能源汽车领域受到科研工作者的高度重视。目前质子交换膜燃料电池的建模最常见的是基于极化曲线建立的电化学稳态模型,但实际反应过程中燃料电池的温度、流量、压力等参数都是动态变化的,因此建立质子交换膜燃料电池系统动态模型对探究其反应过程与控制器的设计有重要的意义。质子交换膜燃料电池系统由多个相互耦合的子系统组成,整个系统具有复杂的非线性特性,协调各部分子系统的工作,设计相应的控制算法,是提升系统效率的关键措施。本文围绕上述问题,对车载质子交换膜燃料电池建模与进气系统研究开展了如下研究工作:（1）从燃料电池电化学反应机理出发,考虑电池内部气体与液态水的传递过程,结合机理与经验的建模方法。针对模型的动态响应特性与参数复杂特性,对系统提出合理的简化,基于MATLAB/Simulink软件建立了质子交换膜燃料电池系统动态模型。机理模型包括输出电压模型、阴极流场模型、阳极流场模型与膜水合模型;子系统模型由空气供应系统...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车载能源种类目前为了解决能源问题，太阳能、风能、潮汐能与氢能等清洁能源引起了行业的高度
吉林大学硕士学位论文2移动电源、船舶、汽车、机车等多个领域。图1.2不同车载能源温室气体排放燃料电池可以根据其电解质的不同，可分为固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）等[5]，不同类型燃料电池的对比如表1.1所示。表1.1不同燃料电池性能对比类型SOFCPEMFCDMFCPAFC电解质Y2O3,ZrO2固体高分子膜固体高分子膜H2PO4导电离子O2-H+H+H+催化剂钙钛聚合体铂铂铂燃料天然气、甲醇氢气甲醇天然气、甲醇工作温度500~1000℃80℃100℃180~200℃寿命7000h5000h1000h15000h质量比功率15~20300~10001~10100~220启动时间>10min<5s>10min>10min其中质子交换膜燃料电池可以满足汽车在不同工况下的行驶需求，功率密度大，工作温度低，常温下启动时间短，是最适合作为汽车动力源的燃料电池。PEMFC系统由不同
吉林大学硕士学位论文4氢罐总体积为122.4L，最高可承受70Mpa的压力，同时具备传统燃油车的加速性能与巡航里程，10s即可完成百公里加速[11]。图1.3丰田公司的Mirai与现代公司的ix35现代汽车第一款燃料电池汽车ix35FCV（图1.3）于2013年上市，配备了输出功率为95KW的燃料电池，辅助电源采用输出功率为24KW锂电池。的续航距离为594km，百公里加速时间小于12.5s，最高车速可达160km/h[12]。同时现代新款NEXO与2018年初上市，NEDC工况下最大续驶里程大于805km，百公里加速时间小于9.9s。图1.4雪佛兰Equinox氢燃料电池汽车和戴姆勒公司的GLCF-CELL雪佛兰Equinox（图1.4）氢燃料电池汽车采用通用公司研发的第四代氢燃料动力系统，燃料电池组由440块单体电池组成，最大输出功率可达93KW，百公里加速仅需12s，最高时速可达160km/h。戴姆勒公司在2017年车展推出了一款基于奔驰GLC的GLCF-CELL（图1.4）燃料电池汽车，在PEMFC系统的设计上最大化通用性，3min内即可将4.4kg的氢气充满到整个氢气罐中，续驶里程可达437km。上汽荣威950（图1.5）插电式氢燃料电池汽车是上汽自主研发的国内第四代燃料电池汽车，其动力系统由动力蓄电池与最大功率为30KW的燃料电池组成，其驱动电机功率为50kw，最大功率可达110kw。上汽FCV80（图1.5）是国内第一款用全新标准的燃料电池轻客，采用上汽新一代氢燃料电池系统与可插电锂离子动力电池的双动力源，搭载
【参考文献】：
期刊论文
[1]车用质子交换膜燃料电池空气供应系统自适应解耦控制方法研究[J]. 周苏,胡哲,谢非. 汽车工程. 2020(02)
[2]氢燃料电池车商业化 上汽MAXUS FCV80力拔头筹[J]. 何丹妮. 汽车与新动力. 2019(05)
[3]基于PFDL的阴极开放式PEMFC系统无模型自适应预测控制[J]. 刘璐,李奇,尹良震,王天宏,陈维荣. 中国电机工程学报. 2019(16)
[4]氢能与燃料电池发展现状及展望[J]. 邵志刚,衣宝廉. 中国科学院院刊. 2019(04)
[5]基于功率自适应分配的多堆燃料电池系统效率协调优化控制[J]. 朱亚男,李奇,黄文强,尚伟林,陈维荣,丁一. 中国电机工程学报. 2019(06)
[6]基于变论域模糊增量理论的质子交换膜燃料电池温度控制[J]. 谢雨岑,邹见效,彭超. 控制理论与应用. 2019(03)
[7]质子交换膜燃料电池建模与控制的综述[J]. 文泽军,闵凌云,谢翌,夏凌超,张财志. 电源技术. 2018(11)
[8]中国新能源汽车产业与技术发展现状及对策[J]. 马建,刘晓东,陈轶嵩,汪贵平,赵轩,贺伊琳,许世维,张凯,张一西. 中国公路学报. 2018(08)
[9]中国燃料电池汽车发展问题研究[J]. 刘宗巍,史天泽,郝瀚,赵福全. 汽车技术. 2018(01)
[10]质子交换膜燃料电池变载过程动态响应分析[J]. 曲炳旺,陈会翠,邢夏杰,章桐. 同济大学学报(自然科学版). 2017(S1)
博士论文
[1]基于过氧比的车载燃料电池系统控制技术[D]. 郭爱.西南交通大学 2015
[2]基于神经网络辨识模型的质子交换膜燃料电池系统建模与控制研究[D]. 王瑞敏.上海交通大学 2008
本文编号：3020780
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车载能源种类目前为了解决能源问题，太阳能、风能、潮汐能与氢能等清洁能源引起了行业的高度
吉林大学硕士学位论文2移动电源、船舶、汽车、机车等多个领域。图1.2不同车载能源温室气体排放燃料电池可以根据其电解质的不同，可分为固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）等[5]，不同类型燃料电池的对比如表1.1所示。表1.1不同燃料电池性能对比类型SOFCPEMFCDMFCPAFC电解质Y2O3,ZrO2固体高分子膜固体高分子膜H2PO4导电离子O2-H+H+H+催化剂钙钛聚合体铂铂铂燃料天然气、甲醇氢气甲醇天然气、甲醇工作温度500~1000℃80℃100℃180~200℃寿命7000h5000h1000h15000h质量比功率15~20300~10001~10100~220启动时间>10min<5s>10min>10min其中质子交换膜燃料电池可以满足汽车在不同工况下的行驶需求，功率密度大，工作温度低，常温下启动时间短，是最适合作为汽车动力源的燃料电池。PEMFC系统由不同
吉林大学硕士学位论文4氢罐总体积为122.4L，最高可承受70Mpa的压力，同时具备传统燃油车的加速性能与巡航里程，10s即可完成百公里加速[11]。图1.3丰田公司的Mirai与现代公司的ix35现代汽车第一款燃料电池汽车ix35FCV（图1.3）于2013年上市，配备了输出功率为95KW的燃料电池，辅助电源采用输出功率为24KW锂电池。的续航距离为594km，百公里加速时间小于12.5s，最高车速可达160km/h[12]。同时现代新款NEXO与2018年初上市，NEDC工况下最大续驶里程大于805km，百公里加速时间小于9.9s。图1.4雪佛兰Equinox氢燃料电池汽车和戴姆勒公司的GLCF-CELL雪佛兰Equinox（图1.4）氢燃料电池汽车采用通用公司研发的第四代氢燃料动力系统，燃料电池组由440块单体电池组成，最大输出功率可达93KW，百公里加速仅需12s，最高时速可达160km/h。戴姆勒公司在2017年车展推出了一款基于奔驰GLC的GLCF-CELL（图1.4）燃料电池汽车，在PEMFC系统的设计上最大化通用性，3min内即可将4.4kg的氢气充满到整个氢气罐中，续驶里程可达437km。上汽荣威950（图1.5）插电式氢燃料电池汽车是上汽自主研发的国内第四代燃料电池汽车，其动力系统由动力蓄电池与最大功率为30KW的燃料电池组成，其驱动电机功率为50kw，最大功率可达110kw。上汽FCV80（图1.5）是国内第一款用全新标准的燃料电池轻客，采用上汽新一代氢燃料电池系统与可插电锂离子动力电池的双动力源，搭载
【参考文献】：
期刊论文
[1]车用质子交换膜燃料电池空气供应系统自适应解耦控制方法研究[J]. 周苏,胡哲,谢非. 汽车工程. 2020(02)
[2]氢燃料电池车商业化 上汽MAXUS FCV80力拔头筹[J]. 何丹妮. 汽车与新动力. 2019(05)
[3]基于PFDL的阴极开放式PEMFC系统无模型自适应预测控制[J]. 刘璐,李奇,尹良震,王天宏,陈维荣. 中国电机工程学报. 2019(16)
[4]氢能与燃料电池发展现状及展望[J]. 邵志刚,衣宝廉. 中国科学院院刊. 2019(04)
[5]基于功率自适应分配的多堆燃料电池系统效率协调优化控制[J]. 朱亚男,李奇,黄文强,尚伟林,陈维荣,丁一. 中国电机工程学报. 2019(06)
[6]基于变论域模糊增量理论的质子交换膜燃料电池温度控制[J]. 谢雨岑,邹见效,彭超. 控制理论与应用. 2019(03)
[7]质子交换膜燃料电池建模与控制的综述[J]. 文泽军,闵凌云,谢翌,夏凌超,张财志. 电源技术. 2018(11)
[8]中国新能源汽车产业与技术发展现状及对策[J]. 马建,刘晓东,陈轶嵩,汪贵平,赵轩,贺伊琳,许世维,张凯,张一西. 中国公路学报. 2018(08)
[9]中国燃料电池汽车发展问题研究[J]. 刘宗巍,史天泽,郝瀚,赵福全. 汽车技术. 2018(01)
[10]质子交换膜燃料电池变载过程动态响应分析[J]. 曲炳旺,陈会翠,邢夏杰,章桐. 同济大学学报(自然科学版). 2017(S1)
博士论文
[1]基于过氧比的车载燃料电池系统控制技术[D]. 郭爱.西南交通大学 2015
[2]基于神经网络辨识模型的质子交换膜燃料电池系统建模与控制研究[D]. 王瑞敏.上海交通大学 2008
本文编号：3020780
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