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质子交换膜电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是一种以氢气为燃料的新型发电设备。它不受卡诺循环的限制,能够在较宽的电压范围内运行,并且副产物只有水,因此具有替代化石能源的潜力。但受到膜电极材料的发展水平限制,面对叉车复杂多变的功率需求时会出现难以跟随强变载和无法回收制动能量的问题,因此在实际运行中常常与储能元件组合构成混合动力系统。本文首先基于现有叉车的技术指标,对混合动力系统的进行了选型设计。由于叉车工况多变,因此本文设计了一种基于极限工况的测试方法,获得了叉车的循环工况;研究四种基本的混合动力系统的拓扑结构各自的优劣性;研究对比了四种能量管理策略的控制原理和适用性后,设计了基于状态的能量管理策略(Energy Management Strategy,EMS)的控制方案,通过划分锂电池的荷电状态(State of Charge,SOC)与负载需求功率区间实现对燃料电池的输出功率控制;同时以优化区间划分合理性为目标,设计了模糊逻辑EMS,并利用Mamdani和Sugeno两种方法进行去模糊化得到两种燃料电池输出功率控制方式。然后,针对通常评价指标参照量较多、结果不直观的问题,本文设计了一种基于混合动力系统剩余价值的评价函数。该函数主要包括三个部分:基于运行工况的燃料电池剩余寿命、基于循环寿命的锂电池剩余寿命和燃料电池系统的氢耗量,并通过初始价值与运行成本进行参照量的统一;在此基础上,对混合动力系统和评价函数进行建模与仿真实验,分析对比了上述三种策略在叉车极限工况下对系统剩余价值的影响。最后,为了验证所涉及的能量管理策略的有效性,以叉车运行时的功率和能量需求为标准,对PEMFC系统、供氢系统和电池组进行了选型和参数计算,搭建了PEMFC/钛酸锂电池混合动力测试平台;以STM32为能量管理器硬件载体,设计了混合动力系统的软件流程,包括对各个设备的通讯、参数检测和传输以及EMS的算法流程,并通过设计阶跃功率测试试验验证了能量管理器的硬件功能;同时,针对实验时原EMS算法会导致PEMFC产生突变的输出功率问题,增加了对电堆输出变化率的约束条件,由此改进了原EMS的控制方案和算法流程;最后通过设计叉车极限工况等比缩减模拟实验,验证了改进的EMS在延长电堆寿命方面更具优越性。