燃料电池汽车混合动力系统构型研究

燃料电池汽车混合动力系统构型研究作者：秦孔建，高大威，卢青春，金振华，QinKongjian，GaoDawei，LuQingchun，JinZhenhua作者单位：清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室刊名：汽车技术英文刊名：AUTOMOBILETECHNOLOGY年，卷(期)：2005，(4)引用次数：8次参考文献(5条)1.WestbrookMHTheElectricCar:DevelopmentandFutureofBattery,HybridandFuel-Cellcars20012.DaisukeK.KazuyukiN.MorimasaHAStudyofFuelCellVehicles-R&DTrendSurveyandPowerSystemStructuralAnalysis20013.GoodarziGA.YumLHybridFuelCellSystemArchitecture20024.GaySE.GaoHW.EhsaniMFuelCellHybridDriveTrainCoifngurationsandMotorDriveSelection20025.BertoniL.GualousH.BouquainDHybridAuxiliaryPowerUnit(APU)forAutomotiveApplications2002相似文献(9条)1.会议论文高大威.卢青春.金振华燃料电池汽车混合动力系统控制模式的研究2004燃料电池汽车混合动力系统所采用的控制模式直接影响着燃料电池汽车的整车性能.本文利用作者基于Matlab/Simulink环境开发的仿真软件,对燃料电池汽车混合动力系统电压控制、电流控制和功率控制三种控制模式进行了研究,并给出了仿真结果.2.学位论文赵静娴燃料电池电动车双能源系统控制策略研究及仿真2008能源短缺和环境污染已成为当今世界的两大突出问题。燃料电池作为新型、清洁、高效能源，其研究越来越受到世界的关注。但由于目前质子交换膜燃料电池价格昂贵、冷启动性能差、后备功率不足等缺点限制了纯燃料电池汽车的发展。将传统的电动汽车中采用的蓄电池与现代的燃料电池结合起来构成的混合动力系统，可以实现双能源的优势互补，提高车辆的动力性能。动力系统是燃料电池汽车的核心部分，是决定燃料电池汽车整车性能的关键，因此对其进行研究具有非常重要的意义。本文以研发燃料电池电动汽车为背景，以混合动力能量管理系统作为研究对象，开展能量管理优化控制与动态仿真研究，其主要研究内容如下：(1)本文首先简要介绍了燃料电池电动车的背景知识，分析了不同驱动类型的特点和使用条件。(2)以能量混合型燃料电池混合动力城市客车为研究对象，介绍了双能源动力系统的结构，确定了动力系统主要部件的选型。(3)对能量源之一的质子交换膜燃料电池进行试验研究，为后面的仿真提供依据。(4)对比分析了燃料电池电动车现有的开关控制策略和功率跟随控制策略，并提出了平均功率控制策略和模糊制策略。(5)采用后向仿真法，基于Matlab/Simulink建立了燃料电池和蓄电池混合动力汽车动力系统主要部件和整车的仿真模型。仿真的结果验证了模型的正确性和控制策略的合理性，并且主要部件参数的选择满足整车动力性能的要求；分析比较了不同控制策略对蓄电池荷电状态(SOC)的影响。(6)在完成动力系统仿真的基础上，对燃料经济性进行了计算，结果表明燃料电池电动客车的燃料经济性优于传统的内燃机客车。3.会议论文吴加加.高大威.卢青春车用燃料电池混合动力系统试验平台2007车用燃料电池混合动力系统试验平台主要用于车用燃料电池混合动力系统的集成、控制、测试和评价等关键技术的试验研究。在该平台的开发过程中，主要的难点和重点问题包括电磁兼容性问题、氢电安全性问题、系统可靠性问题和工况复杂性问题，本文对这些问题进行了分析并总结了解决上述问题的针对性措施，实施效果表明，该系列措施较好地解决了以上重点和难点问题。试验平台工作稳定，在燃料电池城市客车项目研发过程中发挥了重要作用。4.学位论文王保华混合动力城市客车控制策略与试验研究2008节能、环保和安全是当今世界的三大主题。汽车是当今人们的主要交通方式之一，也是能源消耗大户。在我国，以北京市为例，2005年每年交通运输消耗石油占总消耗量的45％，产生的排放物占总排放量的70-80％，每年交通事故造成的人员伤亡占各大伤亡的首位。因此，有效地解决汽车燃烧和排放问题，对缓解能源造成的压力，改善汽车排放对城市和人们生存环境具有重要意义。如何提高汽车性能来降低能耗和排放是当今汽车技术研究的重要内容。十多年来，电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等解决上述问题的新的汽车技术成为人们研究的热点。与当今汽车技术水平相适应，发动机与电机混合驱动的混合动力汽车技术在改善汽车性能、降低汽车排放等方面效果明显，短期内有望成为低能耗、低排放汽车的替代技术。本文针对混合动力城市公交车结构和驾驶循环特点，首先确定了EQ6110HEV混合动力城市客车为并联式结构，并对混合动力系统参数进行了匹配，提出了利用正交试验设计方法，从基本正交优化和综合正交优化两个方面对混合动力系统总成、结构参数以及控制策略进行全面深入的优化。根据正交试验结果及其方差分析，明确了混合动力系统各部件参数对整车燃油经济性影响的主次关系，获得了混合动力系统部件参数与控制策略及其参数的最佳组合。其次，依据理论建模和试验数据建模相结合的方法，对发动机、电机、动力电池及附件系统等对汽车性能影响大的部件采取试验建模，对一般部件采取理论建模，建立了以发动机驱动为主、电机驱动为辅的并联混合动力客车仿真模型，并从循环油耗、发动机瞬态扭矩与瞬态比油耗等方面进行模型精度校验，仿真与试验结果偏差约3％，因此，仿真模型精度满足要求。第三，从使用、驾驶循环等方面详细分析了汽车性能的主要影响因素，提出并设计了兼顾燃油经济性和排放的扭矩均衡分配控制策略，并通过不同驾驶循环、不同控制策略的仿真结果与试验结果的对比分析，验证了扭矩均衡控制策略能有效地节约燃油6.7％。为了进一步提高混合动力汽车的性能，论文深入地探讨了控制策略的优化问题，提出了效率优先扭矩均衡分配控制策略，并设计了以汽车需求扭矩Tdrv和电池SOC为输入变量的模糊控制程序。仿真结果表明，效率优先扭矩均衡分配控制策略可使汽车的燃油经济性改善11.9％，并从不同汽车配置、不同驾驶循环等方面验证了该控制策略的有效性、适应性和强的抗干扰性。最后，论文阐述了混合动力汽车多能源控制系统设计与调试过程。利用设计的多能源控制器对EQ6110HEV并联混合动力系统各种工作模式进行了单独调试和联合调试，并通过台架试验和道路试验进一步验证了混合动力系统具备并联混合动力汽车的所有工作模式，各种模式工作正常，模式间切换平稳。根据设计的混合动力系统及控制策略，在不开空调的条件下，武汉实际城市公交驾驶循环油耗试验平均值为361/100km，与传统客车平均油耗42.91/100km相比，平均节油率达19.1％。若采用效率优先扭矩均衡分配控制策略，在同等条件下混合动力城市客车循环油耗仿真值为33.41/100km，节油率达27.3％，从而验证了EQ6110HEV并联混合动力城市客车系统结构合理、控制策略优良可靠，达到了预期的设计目标。5.期刊论文陈超.曹桂军.卢兰光.李建秋.欧阳明高.ChenChao.CaoGuijun.LuLanguang.LiJianqiu.OuyangMinggao功率混合型燃料电池汽车动力系统的恒压式能量分配算法-汽车工程2007,29(2)分析了功率混合型燃料电池汽车动力系统的特征,给出了功率混合型动力系统能量分配算法的实用设计原则,阐述了该型动力系统适用的恒压能量分配方式,并依据提出的设计原则进行了能量分配算法设计.在燃料电池城市客车清能3号的应用中,又提出一种分模式控制解决方案.实验证明,所设计的算法能综合考虑动力系统的部件安全性、动力性和经济性,具有一定的应用价值.6.学位论文田佳卿燃料电池轿车辅助动力源设计研究2005近二十多年来，全球能源短缺与环境污染已成为人类可持续发展要解决的核心问题，这两个问题都与汽车工业息息相关，使得汽车工程师们把目光投回到电动汽车上。在各类电动车中，又以燃料电池汽车被普遍认为是可以同时解决能源与排放问题的绿色环保汽车。然而，由于当前燃料电池发动机发展水平有限，故需要在汽车上为其配备一套辅助动力源，组成“电-电混合”系统，以满足整车动力性能要求，并在汽车制动回馈时吸收部分动能。比较各类储能装置，锂离子动力电池以其高比功率、无记忆效应及循环寿命较长等特点，被视为最具发展潜力的最适合混合动力系统的辅助动力源。本文主要研究了车用辅助动力源的设计。通过大量对电池的实践建立了锂离子电池的静态模型，并在此基础上结合超越燃料电池汽车开发实例，总结出一套从整车动力性能角度出发的电池设计选型流程。与动力锂离子电池组配套的电池管理系统则必须实时地向车辆管理系统传递关于电池的信息，包括电池所处的荷电状态、当前电池的充放电能力及电池的老化情况等。动态电池模型就为设计这样的电池管理系统提供了支持。本文以FreedomCAR电池测试手册[1]中的电池电路模型为基础，结合对电池试验数据的分析，改进了原电池电路模型，并总结了辨识电路模型中各个参数的方法，新模型的仿真结果更好地贴合了实际试验数据。实际的锂离子电池具有非线性的特点，本文在提出电池动态模型后，又初步分析了用线性电路模型来描述非线性实际电池的可行性，得出在中度荷电状态及小电流作用下，实际电池能较好地被电池模型替代的结论，并利用该结论改进了电池管理系统估算电池荷电状态的方法。最后，对本文中存在的不足及今后的工作方向作了简要的讨论。7.期刊论文韩玉敏.HanYumin丰田FCHV-4型燃料电池汽车的结构特性分析-上海汽车2007(1)丰田汽车公司开发的FCHV-4型采用燃料电池和辅助电池作为混合动力系统的能源,极大提高能源转换效率,使汽车具有良好的性能.燃料电池与牵引电机逆变器直接相连,与辅助电池和DC/DC器串联.该燃料电池汽车的效率为传统内燃机汽车的3倍.8.期刊论文张冰战.赵韩.张炳力.朱可.ZhangBingzhan.ZhaoHan.ZhangBingli.ZhuKe超级电容与燃料电池发动机混合动力系统测试研究-汽车技术2008(4)构建了包括混合动力系统、负载系统、数据采集系统及控制系统的超级电容与燃料电池混合动力系统测试平台,并对该系统进行了测试试验.测试结果表明,道路仿真软件RLS能有效模拟实际道路工况;超级电容可弥补燃料电池发动机的缺陷;CAN总线技术采集设备的使用提高了数据采集系统的可靠性.该混合动力系统测试平台为燃料电池汽车的开发提供了试验手段.9.学位论文张林并联混合动力汽车动力系统参数与控制策略设计及仿真2006随着石油资源的匮乏和大气环境的恶化，人们对节能和环保的呼声越来越高。为此各种各样的电动汽车(EV)脱颖而出。但是由于电池技术在提高其储能量方面没有实质性的突破，使得由蓄电池驱动的纯电动汽车的实用性受到了很大的限制。以氢为燃料的燃料电池汽车可能是未来高效清洁汽车的解决方案之一，但目前离实用还有很大的距离。而融合了传统内燃机(ICE，汽油机或柴油机)汽车和纯电动汽车优点的混合动力电动汽车(HEV)成为了缓解能源和环境危机的途径，是解决当前节能和环保问题切实可行的过渡方案。混合动力汽车配备了两套动力系统，即传统内燃机和电机-蓄电池系统。理论和实践证明，设计合理、控制精确的混合动力汽车可以大幅度提高汽车的燃油经济性和降低汽车的环境污染排放物，同时不牺牲汽车的动力性。但混合动力汽车的双动力源型式的结构大为复杂，特别是需要一套传统汽车所没有的控制系统。传统的汽车理论和设计方法不能适用于混合动力汽车。因此，急需发展一套完备的混合动力汽车的设计和控制方法，以支持混合动力汽车的产品开发。混合动力系统设计有机构参数匹配设计及控制策略设计两大关键性问题。设计的合理与否直接关系到能否满足混合动力汽车的动力性要求以及改