液氢燃料电池汽车动力系统及能量管理策略研究

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随着现阶段的汽车工业不断发展,在能源危机与碳排放超标的背景下,新能源汽车已逐渐进入大众的视野。其中燃料电池汽车以零污染、零排放、高续航的优点,竞相成为各个国家发展研究的重要目标。由于液氢相对于气氢更是具有超高密度、高安全性,使得液氢燃料电池汽车的应用研究十分广泛。本文首先对现有的液氢燃料电池汽车的动力系统进行优化设计。液氢燃料电池汽车长时间停放之后,由于液氢不可避免的升温升压,需要对液氢储罐进行降压泄漏,此举会造成一定的能源浪费和安全隐患。故改进的动力系统重新设计了布置结构,并且增加了备用气罐和制冷机进行分层管控:汽车正常行驶时,液氢储罐对燃料电池堆进行供氢,备用气罐与制冷机不工作;汽车停放期间,根据泄氢量的大小调控备用气罐与制冷机的开闭。结果表明:改进的动力系统有效的解决了长时间停放的氢气泄漏问题,有效提高了液氢燃料电池汽车的安全性和经济性。其次,基于不同工况下对液氢燃料电池汽车的能量管理策略进行研究。根据液氢燃料电池汽车的拓扑结构建立各个模块的物理模型并进行参数匹配。最终使用基于MATLAB/SIMULINK的二次开发软件ADVISOR进行液氢燃料电池汽车仿真模型的建立。最后针对模糊控制的专家经验单一、控制细节不完善的特点,提出了基于功率差值的双模糊控制策略:再增加一个模糊控制器以扩充燃料电池的运行范围以及将需求功率优化为需求功率与最优功率的差值。利用MATLAB/SIMULINK建立该结构模型,并导入ADVISOR中进行仿真和分析。在典型工况NEDC结果表明下,基于功率差值的双模糊控制策略在百公里氢耗量(L/100k M)方面相比模糊控制综合下降了20%;燃料电池的启动频率降低为1次且运行温度控制效果明显;蓄电池的SOC控制区间在0.4-0.8之间弹性波动。对比工况UDDS结果也与其相仿,得到了类似的优化结果。此结论表明基于功率差值的双模糊控制策略有效延长了燃料电池的寿命,平衡了动力电池的动力性,同时也降低了整车的能量消耗。
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