氢燃料电池轿车能源与动力系统优化匹配及控制策略研究

发布时间：2017-08-05 19:20

  本文关键词：氢燃料电池轿车能源与动力系统优化匹配及控制策略研究

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【摘要】：近些年以来,能源和环境方面的难题倍受各国人民和政府部门的密切关注。对于未来汽车动力源的发展来说,质子交换膜燃料电池因其零排放、高效和高功率密度等优点,被人们公认是最具有发展前景的未来动力源。通过对氢燃料电池轿车能源动力传动系统的优化和进一步对控制策略的研究可以有效提升整车的动力性和经济性,加快氢燃料电池轿车技术进步和推广应用。本文以某内燃机轿车改装而来的氢燃料电池轿车为研究对象,对能源动力传动系统和控制策略分别进行了建模仿真研究,主要研究成果如下:(1)对氢燃料电池轿车能源与动力传动系统的技术方案进行了选择。选定的方案为间接并联式混合驱动。根据汽车理论方面的知识对氢燃料电池轿车的能源与动力传动系统的参数进行了初步的设计,其中包括驱动电机、质子交换膜燃料电池(PEMFC)和锂离子电池等部件的参数。(2)对氢燃料电池轿车能源系统建模及优化匹配。首先对质子交换膜燃料电池和DC-DC转换器进行了建模仿真研究,仿真结果表明建立的DC-DC转换器模型能够起到很好稳压调压的作用。然后研究了锂离子电池的相关性能,进而搭建了其Simulink模型。最后在对能源系统混合度充分认识的基础上,本文基于能源系统成本最低为设计目标,对氢燃料电池轿车的双能源系统进行了匹配。(3)对氢燃料电池轿车传动系统进行优化匹配。首先基于MATLAB/Simulink软件对氢燃料电池轿车进行了整车建模,其中分别对永磁无刷直流电机、驾驶室、变速器、车轮等部件进行了建模。然后从燃料经济性和操作方便性考虑,将固定挡变速器的传动方案改为两挡变速器的传动方案,并对两挡变速器的传动比进行了优化匹配,其中优化目标为单个NEDC工况下的电机能量消耗最少,约束条件为满足整车动力性。(4)对氢燃料电池轿车能源系统控制策略进行了建模及仿真分析。首先建立了基于模糊控制策略的氢燃料电池轿车能源系统控制策略模型。然后对氢燃料电池轿车整车动力性模型进行了仿真,通过对结果的分析验证了模糊控制策略的控制性能。另外又根据相关理论建立了开关式和功率跟随式的控制策略模型,通过对NEDC循环氢耗量和续驶里程的仿真分析了三种控制策略的燃料经济性,这说明本文中提到的模糊控制策略是有效合理的。最后利用CRUISE软件搭建了氢燃料电池轿车整车仿真模型,进一步验证了本文中搭建的整车模型的正确性。
【关键词】：氢燃料电池轿车 动力匹配 模糊控制 仿真研究
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外发展现状10-14
• 1.2.1 国外FCEV发展现状10-12
• 1.2.2 国内FCEV发展现状12-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第二章 氢燃料电池轿车能源与动力传动系统初步设计16-30
• 2.1 氢燃料电池轿车能源与动力传动系统方案选择16-20
• 2.2 氢燃料电池轿车能源与动力传动系统参数初步设计20-29
• 2.2.1 电机参数的确定21-25
• 2.2.2 氢燃料电池堆参数的确定25-26
• 2.2.3 动力蓄电池参数的确定26-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 氢燃料电池轿车能源系统建模及匹配30-46
• 3.1 氢燃料电池堆和DC-DC变换器建模30-41
• 3.1.1 质子交换膜燃料电池堆模型建立30-35
• 3.1.2 DC-DC变换器模型35-37
• 3.1.3 PEMFC与DC-DC变换器模型的联合仿真37-38
• 3.1.4 燃料电池堆辅助系统38-41
• 3.2 磷酸铁锂电池建模41-44
• 3.2.1 磷酸铁锂电池的工作原理和性能指标41-42
• 3.2.2 磷酸铁锂电池的充放电特性42-43
• 3.2.3 磷酸铁锂电池的模型建立43-44
• 3.3 基于设计成本最低的能源系统匹配44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 氢燃料电池轿车传动系统优化匹配46-57
• 4.1 基于MATLAB/Simulink的FCEV整车模型建立46-50
• 4.1.1 驱动电机模型建立46-47
• 4.1.2 减速器模型建立47-48
• 4.1.3 车轮模型建立48-49
• 4.1.4 驾驶室模型建立49
• 4.1.5 整车动力学模型建立49-50
• 4.2 传动系统优化匹配及结果分析50-56
• 4.2.1 两挡传动系速比优化设计50-52
• 4.2.2 两挡传动系统整车仿真及结果分析52-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 氢燃料电池轿车能量管理策略建立与仿真分析57-76
• 5.1 氢燃料电池轿车能量管理策略建立57-64
• 5.2 氢燃料电池轿车整车模型仿真分析64-72
• 5.2.1 氢燃料电池轿车整车模型的建立64-65
• 5.2.2 模型仿真结果分析65-68
• 5.2.3 氢燃料电池轿车燃料经济性分析68-72
• 5.3 基于CRUISE软件的氢燃料电池轿车的整车仿真分析72-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 全文总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间研究成果81-82
• 致谢82

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5 陈少华;;汽车零排放绿色动力源——氢燃料电池的发展及应用分析研究[J];中国西部科技;2006年06期

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8 罗颢;;英国阿可拉剧院采用氢燃料电池供电[J];演艺设备与科技;2008年02期

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10 ;国产氢燃料电池客车“出征”北京车展[J];商用汽车新闻;2008年16期

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1 艾兴华;;氢燃料电池在电信企业应用前景分析[A];通信电源新技术论坛2011通信电源学术研讨会论文集[C];2011年

2 孙逢春;孙立清;白文杰;;氢燃料电池技术及其在汽车领域的应用现状[A];第三届全国氢能学术会议论文集[C];2001年

3 侯福平;;氢燃料电池供电技术在通信行业应用浅析[A];2012年中国通信能源会议论文集[C];2012年

4 孙逢春;孙立清;白文杰;;氢燃料电池技术及其在汽车领域的应用现状[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年

5 陈长聘;李寿权;陈昀;陈立新;王新华;;用于小型氢燃料电池氢源的金属氢化物储氢器[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年

6 毛宗强;;通向氢能经济的桥梁——从“浅氢”到“全氢”[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年

7 尹宝辉;;汽车新能源之氢动力[A];西南汽车信息：2011年上半年合刊[C];2011年

8 魏建良;王先友;王宏;杨顺毅;戴春岭;裴斧;;直接硼氢化钠-过氧化氢燃料电池阴极催化剂催化性能研究[A];中国化学会第26届学术年会新能源与能源化学分会场论文集[C];2008年

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1 本报记者 方笑菊;氢燃料电池欲实现跨越式发展需要产业链的整体完善[N];中国汽车报;2005年

2 记者 史晓菲;氢燃料有望进入新一代车用发动机[N];消费日报;2005年

3 杜华斌;氢燃料电池的商业化之路举步维艰[N];科技日报;2007年

4 刘鹏;首架氢燃料电池飞机试飞成功[N];中国石化报;2008年

5 彭;氢燃料手机浮出水面[N];电脑商报;2008年

6 张智丽;20辆氢燃料电池车服务奥运时速150公里[N];中国高新技术产业导报;2008年

7 建议承办单位：国家发改委、科技部;抓住机遇加速氢燃料电池产业化步伐[N];中华工商时报;2009年

8 马永刚;宜兴将崛起国家级氢燃料电池基地[N];中国有色金属报;2005年

9 ;关于大力扶持氢燃料电池技术发展的提案[N];中华工商时报;2010年

10 记者 过国忠 实习生 郭永峰;国家氢燃料电池产业化基地“落户”宜兴[N];科技日报;2005年

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1 王丽君;基于信号处理的氢燃料发动机优化控制[D];解放军信息工程大学;2010年

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1 井洪宇;基于氢燃料电池的电能变换系统研究[D];北京化工大学;2015年

2 温延兵;氢燃料电池轿车能源与动力系统优化匹配及控制策略研究[D];山东理工大学;2016年

3 谢锐;氢燃料电池发电DC-DC电能变换研究[D];北京化工大学;2012年

4 闫贯博;氢燃料电池发电DC-AC-DC电能变换研究[D];北京化工大学;2013年

5 孙绪旗;氢燃料电池汽车动力系统设计及建模仿真[D];武汉理工大学;2012年

6 朱佳慧;移动通信基站氢燃料电池备用供电系统研究[D];北京邮电大学;2013年

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