燃料电池电动汽车动力系统匹配及仿真研究

论文摘要

伴随着世界环境污染和能源危机问题的日益凸显,内燃机汽车在经过百年发展后,虽然在安全、节能、环保、舒适和价廉等方面取得了重大的进展,但其不得不面临石油资源日益枯竭的现状。据调查,汽车每年消耗的石油约为90亿桶,科学家预言已探明的石油资源将在下个世纪初用完。面临可持续发展,大气环保和地球温室效应的挑战,以及噪声方面的限制。低排放、无污染的清洁汽车倍受各汽车生产大国的关注。纯电动、混合动力汽车应运而生。燃料电池汽车以其接近零排放、能量转化效率相对较高、噪声小的等特点,成为了各大汽车公司研究的热点之一。本文首先介绍燃料电池汽车的结构及分类。分析各类型的优缺点后,选定燃料电池与蓄电池组成的混合动力汽车（FC+B）为研究对象。FC+B型燃料电池汽车可以解决燃料电池系统的动态相应慢,启动、急加速和爬陡坡时燃料电池的输出特性无法满足车辆的行驶要求的问题。在行驶过程中,蓄电池可以长时间提供足够的辅助能量,特别在汽车制动能量回收的过程中,回收回馈功率,进而延长系统使用时间,提高汽车动力系统的效率。本文在对燃料电池混合动力汽车驱动系统中的主要部件分别进行比较后,确定了燃料电池、动力电池、电机的类型。针对燃料电池混合动力汽车车用动力源的特性要求进行了质子交换膜燃料电池、驱动电机的试验研究。试验结果表明,所选用的部件完全满足车辆动力性能的要求。同时,为减少氢气消耗量,采用基于整车需求功率和蓄电池SOC为控制参数的模糊控制策略。采用后向仿真方法在Matlab/Simulink软件平台上建立整车仿真模型,制定了燃料电池-蓄电池组成的能量源系统的控制策略,以某国产经济型两厢轿车为原型,利用ADVISOR2002仿真软件对燃料电池-蓄电池混合动力汽车进行动力系统的仿真分析与参数匹配。并设定特定的工况进行仿真研究。仿真结果表明:在特定的仿真工况下,采用模糊控制策略的燃料电池混合动力汽车的动力性能完全满足起初设定的动力要求,与近几年国外知名厂家研发的燃料电池汽车比较,动力性能相近,整车燃料效率得到提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外燃料电池电动汽车的发展现状
• 1.2.1 国外发展情况
• 1.2.2 国内发展情况
• 1.3 燃料电池电动汽车分类及特点分析
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 燃料电池电动汽车（FCEV）混合能源动力性分析
• 2.1 燃料电池
• 2.1.1 燃料电池工作原理、分类及特性分析
• 2.1.1.1 工作原理
• 2.1.1.2 分类及特性分析
• 2.1.2 国内外车用燃料电池发展情况
• 2.1.2.1 国外发展情况
• 2.1.2.2 国内发展情况
• 2.1.3 质子交换膜燃料电池性能试验研究
• 2.1.3.1 试验目的
• 2.1.3.2 试验设备
• 2.1.3.3 试验内容
• 2.1.3.4 试验结果分析
• 2.2 辅助能源及特性分析
• 2.2.1 车用蓄电池分类及对比分析
• 2.2.2 锂离子电池的特性分析
• 2.3 驱动电机系统及动力性分析
• 2.3.1 驱动电机及其控制器
• 2.3.2 永磁同步电机特性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 燃料电池电动汽车（FCEV）能量管理策略
• 3.1 能量管理策略分析
• 3.2 传统能量管理策略
• 3.2.1 开关模式控制策略
• 3.2.2 功率跟随控制策略
• 3.3 模糊控制策略
• 3.3.1 模糊控制策略介绍
• 3.3.2 FCEV模糊控制策略建模
• 3.4 本章小结
• 第四章 燃料电池电动汽车（FCEV）混合动力系统建模及仿真分析
• 4.1 仿真车型混合动力匹配及建模
• 4.1.1 基本车型的选型及建模
• 4.1.2 驱动电机的选型及建模
• 4.1.3 燃料电池的选型及建模
• 4.1.4 锂离子蓄电池的选型及建模
• 4.1.5 整车传动系速比的选择
• 4.2 仿真分析
• 4.2.1 仿真方法
• 4.2.2 仿真软件ADVISOR介绍
• 4.2.3 仿真工况
• 4.3 仿真结果分析
• 4.3.1 仿真数据分析
• 4.3.2 模糊控制策略与On/Off控制策略仿真对比分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结及展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 全文展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录