燃料電池混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量利用效率優(yōu)化的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)采用可再生的能源(氫氣),以應(yīng)對當(dāng)前全球面臨的能源危機(jī),對未來環(huán)境保護(hù)有極其重要的發(fā)展意義。將燃料電池和蓄電池共同作為動(dòng)力源的混合動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用是一種基于1+1>2的理念。在該系統(tǒng)中,燃料電池作為主動(dòng)力源滿足負(fù)載平均功率的需求,而蓄電池及其管理系統(tǒng)起到“削峰填谷”的作用。
　　 本文主要研究負(fù)載在不同功率需求情況下,如何協(xié)調(diào)作為

2、動(dòng)力源的燃料電池、蓄電池的功率輸出比例從而優(yōu)化混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量利用效率。它包含了以下兩方面內(nèi)容:1.穩(wěn)態(tài)下,通過系統(tǒng)功率.效率圖量化并揭示系統(tǒng)最大輸出功率和最大能量利用效率間的關(guān)系；2.暫態(tài)下,研究如何構(gòu)造閉環(huán)控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)和變參數(shù)環(huán)境下的穩(wěn)定性。
　　 圍繞以上內(nèi)容,本文闡述了燃料電池蓄電池混合動(dòng)力系統(tǒng)的每個(gè)組成部分,分析了系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),推導(dǎo)了負(fù)載電流變化時(shí),作為動(dòng)力源的燃料電池和蓄電池的支路電流變化情況

3、。進(jìn)而以此為基礎(chǔ),分析了混合動(dòng)力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下不同的運(yùn)行模式及各模式下如何優(yōu)化能量利用效率,通過功率-效率圖的搭建揭示了系統(tǒng)最大輸出功率和最大效率不可能同時(shí)出現(xiàn)。隨后通過對混合動(dòng)力系統(tǒng)小信號(hào)模型的分析搭建了閉環(huán)控制系統(tǒng),并設(shè)計(jì)相應(yīng)的電流調(diào)節(jié)器以提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和變參數(shù)環(huán)境下的穩(wěn)定性。
　　 為了驗(yàn)證以上理論分析的正確性,在MATLAB／SIMULINK中構(gòu)建了仿真模型,仿真計(jì)算結(jié)果和理論分析結(jié)論是一致的。
　　 實(shí)驗(yàn)部

4、分,通過對純?nèi)剂想姵仉妱?dòng)自行車的改造,設(shè)計(jì)了基于UC3843的Boost升壓電路,搭建了純?nèi)剂想姵貏?dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)負(fù)載需求功率較為恒定時(shí),純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)系統(tǒng)可以滿足負(fù)載的功率需求；當(dāng)負(fù)載需求功率巨增時(shí),燃料電池輸出電壓波動(dòng)較大,動(dòng)態(tài)性能較差。針對純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能較弱的問題,在Nexa Training System中進(jìn)行了燃料電池蓄電池混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)下理論分析和仿真計(jì)算的正確性,并展示了