燃料電池汽車混合動力系統(tǒng)及其能量管理研究

【摘要】：隨著全世界汽車的廣泛應(yīng)用,汽車保有量持續(xù)增長引起的石油資源消耗遞增和環(huán)境污染問題亟待解決,以環(huán)保節(jié)能為終極目標(biāo)的燃料電池電動汽車開始備受矚目。由于燃料電池輸出特性偏軟、動態(tài)響應(yīng)差、不能回收制動能量等缺點(diǎn),通常與超級電容或蓄電池等輔助能源混合使用。因此混合動力系統(tǒng)研究已成為燃料電池電動汽車研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。論文主要研究工作概括如下:首先,比較目前三種混合動力系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),論述了蓄電池和超級電容共同協(xié)調(diào)燃料電池提供車輛能量的必要性。設(shè)計一種適用于混合動力系統(tǒng)的三輸入DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),采用脈沖單元和緩沖單元組合的方法構(gòu)建一種新型三端口變換器,替代傳統(tǒng)的多個單輸入變換器作為輔助能源連接于直流母線的中間環(huán)節(jié),簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。與燃料電池系統(tǒng)并聯(lián)于直流母線,構(gòu)成本文混合動力系統(tǒng)中使用的三輸入DC-DC變換器,詳細(xì)分析不同路況下混合動力系統(tǒng)工作模式。其次,依據(jù)文中車輛動力性要求確定動力源總功率。改變混合度和?系數(shù)調(diào)節(jié)動力源總功率在三個能量源間分配比例的分別進(jìn)行仿真實(shí)驗,統(tǒng)計分析不同分配方案下車輛動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果,確定最優(yōu)混合動力系統(tǒng)動力源功率分配方案。最后,目前能量管理策略較少考慮頻繁變化功率對燃料電池和蓄電池的沖擊。本文將小波變換與模糊邏輯應(yīng)用于混合動力系統(tǒng)能量管理策略中,對系統(tǒng)中能量流動進(jìn)行動態(tài)管理。能量管理策略采用小波變換對負(fù)載功率需求信號進(jìn)行實(shí)時處理,依據(jù)變化頻率劃分功率需求信號進(jìn)行能量分配,不僅滿足車輛負(fù)載所需功率,而且減免需求功率瞬態(tài)變化對燃料電池和蓄電池的不良影響?；谀：刂茖ο到y(tǒng)中能量進(jìn)行管理,通過對蓄電池、超級電容充放電合理有效的管理,確保蓄電池和超級電容SOC值在設(shè)定的范圍,改善系統(tǒng)性能,延長燃料電池、蓄電池使用壽命,減少燃料消耗。在Matlab/Simulink中建立系統(tǒng)仿真模型,驗證該能量管理策略的正確性和有效性。制作實(shí)驗裝置驗證混合動力系統(tǒng)中三輸入DC-DC變換器在車輛不同工作模式下工作狀態(tài)切換的可行性和理論分析的正確性。 【關(guān)鍵詞】：燃料電池 混合動力系統(tǒng) 多端口DC-DC變換器 能量管理
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U469.7;TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 燃料電池汽車混合動力系統(tǒng)研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 燃料電池汽車混合動力系統(tǒng)能量管理策略研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 混合動力汽車的主要技術(shù)15-16
• 1.4 研究內(nèi)容16-18
• 第2章 燃料電池汽車混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計18-38
• 2.1 燃料電池汽車混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2 燃料電池汽車混合動力系統(tǒng)能量源19-26
• 2.2.1 燃料電池19-22
• 2.2.2 超級電容22-24
• 2.2.3 蓄電池24-26
• 2.3 混合動力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)26-29
• 2.4 峰值功率系統(tǒng)研究29-37
• 2.4.1 多端口DC-DC變換器的構(gòu)成29-31
• 2.4.2 三端口DC-DC變換器的工作原理31-37
• 2.5 小結(jié)37-38
• 第3章 燃料電池汽車混合動力系統(tǒng)參數(shù)匹配38-48
• 3.1 燃料電池汽車性能要求38
• 3.2 車輛受力分析38-40
• 3.3 燃料電池汽車動力性分析40-42
• 3.4 燃料電池汽車動力源功率設(shè)計要求42-44
• 3.5 基于混合度的燃料電池汽車混合動力系統(tǒng)參數(shù)匹配44-47
• 3.6 小結(jié)47-48
• 第4章 燃料電池汽車混合動力系統(tǒng)能量管理策略48-77
• 4.1 能量管理的必要性和目標(biāo)48-49
• 4.2 基于小波變換和模糊控制的能量管理策略49-57
• 4.2.1 小波變換50-53
• 4.2.2 模糊控制53-57
• 4.3 系統(tǒng)仿真57-70
• 4.4 三輸入DC-DC變換器硬件實(shí)驗70-76
• 4.4.1 三輸入DC-DC變換器主電路參數(shù)設(shè)計70-71
• 4.4.2 控制電路設(shè)計71-73
• 4.4.3 硬件實(shí)驗結(jié)果73-76
• 4.5 結(jié)論76-77
• 第5章 總結(jié)與展望77-79
• 5.1 本論文工作總結(jié)77-78
• 5.2 工作展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-82
• 致謝82-83
• 個人簡歷、攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果83

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