車載制氫式燃料電池電動汽車混合動力系統(tǒng)設(shè)計與研究

【摘要】：汽車是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)最具有影響的成就之一,汽車產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代世界經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一,為現(xiàn)代社會的發(fā)展,在滿足人類需求上做出了重大貢獻(xiàn)。然而,隨著大量汽車的使用,已經(jīng)并將持續(xù)引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境與人類生存問題。 燃料電池電動汽車具有很多優(yōu)點(diǎn),有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。但?如果在燃料電池車上僅安裝燃料電池同樣會出現(xiàn)很多問題,比如電源設(shè)備體積大且沉重,起動時間長,功率響應(yīng)慢,在急加速和低速行駛時效率低下等等。 結(jié)合不同類型電動汽車的優(yōu)點(diǎn),本課題燃料電池電動汽車的設(shè)計方案,較為有效地解決了氫氣的儲運(yùn)問題,滿足了燃料電池汽車對能量回收、功率和動態(tài)特性的特殊要求。有別于儲氫式燃料電池汽車,此方案省去了加氫過程,采用車載制氫,去掉了高壓儲氫裝置,采用燃料電池作為主動力電源驅(qū)動電機(jī),鋰電池作為輔助電源,進(jìn)行驅(qū)動加速和能量回收。 本文對燃料電池電動汽車的動力和控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計,根據(jù)燃料電池、鋰電池和電動汽車的特性,設(shè)計適用于車載制氫式燃料電池電動汽車的混合動力系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上試制了電驅(qū)動系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、電能變換器等主要系統(tǒng)的樣機(jī)及控制板。 在基于MATLAB/Simulink環(huán)境的ADVISOR仿真平臺上,搭建混合動力驅(qū)動模型和純?nèi)剂想姵仳?qū)動模型,并進(jìn)行仿真和對比分析。結(jié)果顯示混合動力驅(qū)動模型中燃料電池和鋰電池分別在高效率及安全運(yùn)行區(qū)域工作,且燃料電池輸出功率波動較小,提高了能源利用效率,延長了燃料電池使用壽命。同時可對鋰電池充放電進(jìn)行有效管理,保證了充電安全,同樣延長了鋰電池的使用壽命。 【關(guān)鍵詞】：燃料電池 電動汽車 混合動力 車載制氫 ADVISOR
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 研究背景及意義8-10
• 1.2 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 燃料電池技術(shù)的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.3 國外燃料電池汽車的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.4 我國燃料電池汽車技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本課題研究目標(biāo)及內(nèi)容15-17
• 1.4 本章小結(jié)17-18
• 第2章 制氫式燃料電池電動汽車結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計18-36
• 2.1 車載制氫式燃料電池電動汽車的基本結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2 車載制氫系統(tǒng)選用19-21
• 2.2.1 甲醇水蒸氣重整制氫19-20
• 2.2.2 甲醇部分氧化重整制氫20
• 2.2.3 甲醇自熱重整制氫20-21
• 2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)、工作原理及性能分析21-26
• 2.3.1 質(zhì)子交換膜燃料電池的特點(diǎn)及工作原理21-23
• 2.3.2 膜電極23
• 2.3.3 催化劑23-24
• 2.3.4 雙極板24
• 2.3.5 質(zhì)子交換膜燃料電池的水管理和熱管理24-25
• 2.3.6 質(zhì)子交換膜燃料電池的性能分析25-26
• 2.4 DC/DC電能變換器分析及選用26-29
• 2.4.1 DC/DC變換器的功能及類型26-27
• 2.4.2 雙向升降壓型DC/DC電能變換器結(jié)構(gòu)、原理及工作模式分析27-29
• 2.5 驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)29-32
• 2.5.1 驅(qū)動電機(jī)的主要類型29-30
• 2.5.2 永磁無刷直流電機(jī)驅(qū)動控制策略30-32
• 2.6 輔助電池及其管理系統(tǒng)32-35
• 2.6.1 峰值電源的類型及選用32
• 2.6.2 鋰電池的充放電特性32
• 2.6.3 電池管理系統(tǒng)功能設(shè)計32-35
• 2.7 再生制動系統(tǒng)35
• 2.8 本章小結(jié)35-36
• 第3章 燃料電池電動汽車混合動力系統(tǒng)設(shè)計36-50
• 3.1 混合動力系統(tǒng)電力耦合驅(qū)動模式分析36-40
• 3.1.1 純?nèi)剂想姵叵到y(tǒng)驅(qū)動模式36-37
• 3.1.2 動力電池組和燃料電池系統(tǒng)混合驅(qū)動模式37-38
• 3.1.3 超級電容器和燃料電池系統(tǒng)混合驅(qū)動模式38
• 3.1.4 輔助電池、超級電容器和燃料電池系統(tǒng)混合驅(qū)動模式38-40
• 3.2 F+B電力耦合驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行模式及控制策略40-44
• 3.2.1 F+B模式電力耦合驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計40-41
• 3.2.2 F+B模式電力耦合驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)行模式41
• 3.2.3 F+B模式電力耦合驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略41-44
• 3.3 混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計44-49
• 3.3.1 設(shè)計要求44-45
• 3.3.2 驅(qū)動電機(jī)功率設(shè)計45-47
• 3.3.3 燃料電池系統(tǒng)功率設(shè)計47
• 3.3.4 鋰電池組功率及能量容量設(shè)計47-48
• 3.3.5 傳動比設(shè)計48-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第4章 混合動力驅(qū)動系統(tǒng)建模與仿真分析50-61
• 4.1 電動汽車建模仿真的基本原理和仿真軟件簡介50-51
• 4.2 燃料電池電動汽車系統(tǒng)建模51-52
• 4.2.1 主要系統(tǒng)模型51-52
• 4.2.2 燃料電池電動汽車整車模型52
• 4.3 仿真工況及分析52-60
• 4.3.1 仿真工況52-54
• 4.3.2 仿真結(jié)果與分析54-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第5章 總結(jié)與展望61-62
• 5.1 全文工作總結(jié)61
• 5.2 后續(xù)工作展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文66-67
• 致謝67

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