燃料电池汽车混合动力系统及其能量管理研究

【摘要】：随着全世界汽车的广泛应用,汽车保有量持续增长引起的石油资源消耗递增和环境污染问题亟待解决,以环保节能为终极目标的燃料电池电动汽车开始备受瞩目。由于燃料电池输出特性偏软、动态响应差、不能回收制动能量等缺点,通常与超级电容或蓄电池等辅助能源混合使用。因此混合动力系统研究已成为燃料电池电动汽车研究领域的热点问题。论文主要研究工作概括如下:首先,比较目前三种混合动力系统的优缺点,论述了蓄电池和超级电容共同协调燃料电池提供车辆能量的必要性。设计一种适用于混合动力系统的三输入DC-DC变换器拓扑结构,采用脉冲单元和缓冲单元组合的方法构建一种新型三端口变换器,替代传统的多个单输入变换器作为辅助能源连接于直流母线的中间环节,简化系统结构。与燃料电池系统并联于直流母线,构成本文混合动力系统中使用的三输入DC-DC变换器,详细分析不同路况下混合动力系统工作模式。其次,依据文中车辆动力性要求确定动力源总功率。改变混合度和?系数调节动力源总功率在三个能量源间分配比例的分别进行仿真实验,统计分析不同分配方案下车辆动力性和燃料经济性仿真结果,确定最优混合动力系统动力源功率分配方案。最后,目前能量管理策略较少考虑频繁变化功率对燃料电池和蓄电池的冲击。本文将小波变换与模糊逻辑应用于混合动力系统能量管理策略中,对系统中能量流动进行动态管理。能量管理策略采用小波变换对负载功率需求信号进行实时处理,依据变化频率划分功率需求信号进行能量分配,不仅满足车辆负载所需功率,而且减免需求功率瞬态变化对燃料电池和蓄电池的不良影响。基于模糊控制对系统中能量进行管理,通过对蓄电池、超级电容充放电合理有效的管理,确保蓄电池和超级电容SOC值在设定的范围,改善系统性能,延长燃料电池、蓄电池使用寿命,减少燃料消耗。在Matlab/Simulink中建立系统仿真模型,验证该能量管理策略的正确性和有效性。制作实验装置验证混合动力系统中三输入DC-DC变换器在车辆不同工作模式下工作状态切换的可行性和理论分析的正确性。 【关键词】：燃料电池 混合动力系统 多端口DC-DC变换器 能量管理
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.7;TM911.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 燃料电池汽车混合动力系统研究现状10-14
• 1.2.2 燃料电池汽车混合动力系统能量管理策略研究现状14-15
• 1.3 混合动力汽车的主要技术15-16
• 1.4 研究内容16-18
• 第2章 燃料电池汽车混合动力系统结构设计18-38
• 2.1 燃料电池汽车混合动力系统结构18-19
• 2.2 燃料电池汽车混合动力系统能量源19-26
• 2.2.1 燃料电池19-22
• 2.2.2 超级电容22-24
• 2.2.3 蓄电池24-26
• 2.3 混合动力系统拓扑结构26-29
• 2.4 峰值功率系统研究29-37
• 2.4.1 多端口DC-DC变换器的构成29-31
• 2.4.2 三端口DC-DC变换器的工作原理31-37
• 2.5 小结37-38
• 第3章 燃料电池汽车混合动力系统参数匹配38-48
• 3.1 燃料电池汽车性能要求38
• 3.2 车辆受力分析38-40
• 3.3 燃料电池汽车动力性分析40-42
• 3.4 燃料电池汽车动力源功率设计要求42-44
• 3.5 基于混合度的燃料电池汽车混合动力系统参数匹配44-47
• 3.6 小结47-48
• 第4章 燃料电池汽车混合动力系统能量管理策略48-77
• 4.1 能量管理的必要性和目标48-49
• 4.2 基于小波变换和模糊控制的能量管理策略49-57
• 4.2.1 小波变换50-53
• 4.2.2 模糊控制53-57
• 4.3 系统仿真57-70
• 4.4 三输入DC-DC变换器硬件实验70-76
• 4.4.1 三输入DC-DC变换器主电路参数设计70-71
• 4.4.2 控制电路设计71-73
• 4.4.3 硬件实验结果73-76
• 4.5 结论76-77
• 第5章 总结与展望77-79
• 5.1 本论文工作总结77-78
• 5.2 工作展望78-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 个人简历、攻读硕士学位期间所发表的学术论文与研究成果83

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