车用燃料电池系统控制策略研究

分类号密级车用燃料电池系统控制策略研究研究生姓名：周洋指导教师姓名、职称：郭淑英教授级高级工程师学科专业：电气工程研究方向：复杂机电系统的信息集成和调控制湖南工业大学二〇一六年六月七日分类号密级车用燃料电池系统控制策略研究Researchoncontrolstrategyofvehiclefuelcellsystem研究生姓名：周洋指导教师姓名、职称：郭淑英教授级高级工程师学科专业：电气工程研究方向：复杂机电系统的信息集成和调控制论文答辩日期答辩委员会主席湖南工业大学二〇一六年六月七日湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：年月日湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：导师签名：日期：年月日I摘要在汽车工业中，燃料电池电动汽车(FuelCellElectricVehicle,简称FCEV)是解决能源紧缺与环境污染的根本出路，本文以燃料电池电动汽车为研究对象，深入地对燃料电池发动机控制系统展开研究，以高性能的Freescale16位嵌入式MCU为控制核心，采用CANBUS通讯、建立合理的控制策略，开发了一种新型的燃料电池发动机控制系统。主要研究内容如下：首先,根据燃料电池发动机所要达到的性能指标，研究了燃料电池发动机控制系统的总体结构以及传感器系统进行分析。以微处理器MC9S12DG128B为核心，进行燃料电池发动机控制系统的硬件设计。完成硬件平台、接口模块设计，并使该硬件系统具有一定的抗干扰能力。其次，对燃料电池工作状态的进行分析，然后对各个工作状态进行软件流程的分块设计与系统功能模块软件流程设计。在软件程序中，采取了数字滤波技术，以提高系统采样数据的可靠性。采用CANoe进行燃料电池发动机与整车控制器通讯仿真，验证通讯设计满足实际性能指标要求。最后，完成燃料电池汽车发动机控制策略的研究。由于冷却水循环系统是燃料电池发动机的难点及重点，分别采用PID控制和Fuzzy-PID控制对冷却水温度进行控制，进行仿真实验研究，验证了冷却水循环系统设计方案、控制算法和控制策略的正确性，对研究燃料电池电动汽车发动机控制系统有一定的借鉴意义。关键词：燃料电池发动机；MCU；CAN；PID控制；Fuzzy-PID控制IIABSTRACTInautomotiveindustry,thefuelcellelectricvehicle(FCEV)isthebasicwaytosolveenergyandenvironmentalpollution.Inthispaper,FCEVisfortheresearchofthePEMFCenginecontrolsystemisdeeplylaunched,whichtakethehighperformanceFreesale16bitsembeddedmicroprocessorsasthecore,adoptingCANBUScommunication,establishingreasonablecontrolstrategy.AnewkindofFuelCellenginecontrolsystemwillbedeveloped.Themainresearchcontentsarepresentedasfollows：First,accordingtotheperformancewhichFuelCellenginemustreach,theoverallstructureoftheFuelCellElectricVehicleisstudiedaswellasthesensorsystem.EnginehardwaresystemofcontrolsystemwiththeembeddedmicroprocessorMC9S12DG128Basthecoreisrealized.Hardwareplatformandinterfacemodulehavebeensetup.Atthesametime,theFuelCellenginecontrolsystemisofacertainanti-interferecapability.Secondly,onthebasisofvehicleenergycontrol,theworkingconditionsofFuelCellsisanalysed,SoftwareProcessaredesignedforthestatusofvariousworkoftheFuelCellengineandfunctionmodules.Inthesoftwareprogram,adigitalfiltertechnologyistakentoenhancethereliabilityofthesystem.CANoeusedtoFuelCellengineandvehiclecontrollercommunicationssimulation,throughwhich,designofCANBUScommunicationisverifiedtomeetrequirementsoftheactualperformance.Finally,controlstrategyresearchofFuelCellengineiscompleted.becausethecoolingwatercirculationsystemofthefuelcellengineisdifficulttocontrolandkeytosystem,RespectivelyPIDcontrolandFuzzy-PIDcontrolareappliedtocontrolofthecoolingwaterIIItemperature.Experimentalsimulationhavingbeendone,itisvertifiedthatthecoolingwatercirculationcontrolsystemdesign,controlalgorithmsandtheaccuracyofcontrolstrategyareaccurate.ThatisareferenceforresearchonFuelCellElectricVehicleenginecontrolsystem.Keywords:fuelcellelectricvehicleengine;MCU;CAN;PIDcontrol;Fuzzy-PIDcontrolIV目录摘要................................................................................................................................................IABSTRACT.....................................................................................................................................II第一章绪论...................................................................................................................................11.1引言.....................................................................................................................................11.2国内外发展现状.................................................................................................................11.3课题研究的意义及来源.....................................................................................................51.4主要研究内容.....................................................................................................................5第二章汽车复合电源发动机系统的结构...................................................................................72.1燃料电池电动汽车的组成.................................................................................................72.2燃料电池发动机系统的组成.............................................................................................72.2.1燃料电池电堆..........................................................................................................72.2.2氢气供给系统..........................................................................................................92.2.3电功率测量系统....................................................................................................112.2.4报警系统................................................................................................................112.2.5通讯系统................................................................................................................122.2.6控制器....................................................................................................................122.3燃料电池发动机传感器系统....................................................................