車載燃料電池混合動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與能量管理.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及對傳統(tǒng)能源需求的急劇增加，能源短缺、環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等問題日趨嚴(yán)重，因此開發(fā)和利用新能源已成為全世界范圍內(nèi)能源研究的必然趨勢。其中，氫燃料電池以其燃料來源豐富、功率密度高、高效環(huán)保等特點(diǎn)，正逐漸進(jìn)入人們的研究視線。目前，大功率燃料電池技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，具有性能優(yōu)良、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)的燃料電池混合動力機(jī)車也已成為一種極具潛力的新型軌道交通工具，受到了廣泛關(guān)注。
　　本文以燃料電池混合動力機(jī)車為背景，重點(diǎn)

2、對其核心部分的混合動力系統(tǒng)進(jìn)行了研究。根據(jù)機(jī)車的自身指標(biāo)和運(yùn)行需求，設(shè)計(jì)了一套車載燃料電池和蓄電池混合動力系統(tǒng)以及一種基于有限狀態(tài)機(jī)理論的能量管理策略，并進(jìn)行了仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　在充分對比典型混合動力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和不同連接形式優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確定了采用以間接連接形式的燃料電池和蓄電池混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(FC+B);綜合考慮機(jī)車運(yùn)行的動態(tài)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性，選用質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)為主電源，鋰離子蓄電池(Li-Ion)為

3、輔助電源。根據(jù)建立的機(jī)車動力學(xué)模型，對機(jī)車在勻速行駛、最大加速、最大爬坡三種運(yùn)行狀態(tài)下的牽引功率進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)最大牽引功率值確定燃料電池與蓄電池的輸出功率，完成燃料電池混合動力系統(tǒng)的參數(shù)匹配。
　　根據(jù)系統(tǒng)各模塊的性能參數(shù)，在Matlab/Simulink軟件中建立燃料電池、蓄電池、DC/DC變換器以及系統(tǒng)整體的仿真模型，為后續(xù)的仿真分析和能量管理策略研究提供了平臺。針對動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種基于有限狀態(tài)機(jī)理論的能量管理策略，將系統(tǒng)工

4、作模式按照蓄電池SOC的高、中、低劃分為3個(gè)一級模式，繼而根據(jù)需求功率、燃料電池輸出功率、蓄電池輸出功率三者的數(shù)值關(guān)系劃分為10個(gè)子模式，分別進(jìn)行能量管理與控制。
　　利用建立的仿真模型對所設(shè)計(jì)的能量管理策略進(jìn)行分析，并針對高SOC模式、中SOC模式、低SOC模式三種模式下的系統(tǒng)工作情況分別進(jìn)行了仿真。為進(jìn)一步驗(yàn)證能量管理策略的有效性，本文設(shè)計(jì)了一套燃料電池混合動力縮比實(shí)驗(yàn)平臺，通過縮比的模擬工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)