【摘 要】
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随着全球环境污染加剧和石油供应逐渐短缺,汽车工业需要发展新的能源动力方式来满足人们的需求。由于纯电动汽车存在续航里程和充电限制问题,而燃料电池混合动力汽车因其排放无污染、长续航能力和清洁高效,被认为是理想的汽车发展方向。本文针对燃料电池客车的建模、仿真和能量管理策略问题,搭建了燃料电池单体的仿真模型,得到了其极化特性曲线,分析了温度、质子膜水含量和气体分压对燃料电池性能的影响;设计了燃料电池客车动
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2018YFB0106204）子课题“整车轻量化关键技术研究”；
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随着全球环境污染加剧和石油供应逐渐短缺,汽车工业需要发展新的能源动力方式来满足人们的需求。由于纯电动汽车存在续航里程和充电限制问题,而燃料电池混合动力汽车因其排放无污染、长续航能力和清洁高效,被认为是理想的汽车发展方向。本文针对燃料电池客车的建模、仿真和能量管理策略问题,搭建了燃料电池单体的仿真模型,得到了其极化特性曲线,分析了温度、质子膜水含量和气体分压对燃料电池性能的影响;设计了燃料电池客车动力系统,建立了驱动电机、动力电池等模型,搭建了燃料电池混合动力汽车的动力系统和整车仿真模型;完成了基于规则的ON/OFF控制策略和功率跟随控制策略的建模与仿真,并进行了两种控制策略的对比分析;以优化氢耗和保护电池为目标,提出了一种基于优化的考虑功率变化率的动态规划优化策略,并对三种策略进行对比分析,得到了具有良好经济性的优化动态规划策略。具体研究内容如下:1、分析了燃料电池的数学模型,在MATLAB/Simulink中搭建了燃料电池单体的仿真模型,通过与实验结果和理论极化特性曲线对比,验证了仿真模型的可靠性。完成了在不同温度、不同质子膜水含量和气体分压下仿真结果的对比分析,分析了三种因素对燃料电池性能的影响。2、根据燃料电池客车的参数指标计算出车辆各项参数,完成了燃料电池客车动力系统设计,完成了驱动电机选型和仿真模型建模,并对动力电池进行了理论分析和仿真建模,采用MATLAB/Simulink软件建立了燃料电池混合动力汽车的动力系统和整车仿真模型。3、分析了燃料电池混合动力客车能量管理策略中ON/OFF控制策略和功率跟随控制策略,在MATLAB/Simulink中分别搭建了两种策略的仿真模型,完成了在不同动力电池SOC（State of Charge）初始情况下两种策略的仿真分析。仿真结果表明,功率跟随策略具有较好的经济性。4、针对传统动态规划在复杂路况工作时,没有考虑燃料电池及动力电池功率变化率较大,影响燃料电池和动力电池寿命和效率的问题,提出了一种基于优化的考虑功率变化率的动态规划优化策略,使燃料电池汽车在满足氢耗经济性的同时,兼顾燃料电池与动力电池的耐久性。通过三种管理策略的仿真分析,验证了优化后的动态规划策略在氢耗上最小时,燃料电池的功率变化和动力电池SOC波动相对平稳,提高了燃料电池及动力电池的耐久性。论文研究为燃料电池混合动力汽车的设计提供了有益的参考。
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