燃料电池空气供给系统控制及能量管理策略研究
发布时间：2021-12-10 22:25
目前制约燃料电池汽车大规模商业化的主要原因是成本高,成本可分为制造成本和使用成本,降低制造成本有赖于制造工艺的改进以及廉价材料的开发应用,而降低使用成本则需要良好的动力系统配置以及高效的控制系统。燃料电池汽车控制系统中,空气供给控制系统与能量管理系统最为重要且密切相关,对燃料电池汽车成本和性能起着关键性的作用,本文对两者进行了整体性的研究,旨在提高系统使用寿命和运行效率,从而降低使用成本。本文围绕空气供给控制系统方面,在Matlab/Simulink中建立了燃料电池系统模型,其中包括电堆模型和辅助系统（BOP）模型,辅助系统模型以空气供给系统模型为主。本文将“双电层”效应考虑在内,提高了电堆模型精度;将空压机DC/DC考虑在内,利用SimPowerSystems工具箱建立了适合于整车动力系统电气仿真的燃料电池系统模型;设计了一种基于最优氧气过量比的开环+PI并行控制系统,然后结合空气供给控制系统与能量管理系统的耦合关系对控制系统进行进一步优化,提出将燃料电池实际输出电流作为反馈信号引入控制系统之中,构成开环+双闭环式的控制系统结构。仿真结果表明系统动态性能得到了改善,“氧气匮乏”得到了...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 燃料电池汽车发展现状
1.2.2 燃料电池建模研究现状
1.2.3 空气供给系统控制研究现状
1.2.4 能量管理研究现状
1.3 主要研究内容
第二章 燃料电池电堆建模
2.1 燃料电池工作原理
2.2 燃料电池电堆模型
2.2.1 电压模型
2.2.2 阴极模型
2.2.3 膜水传递模型
2.2.4 阳极模型
2.2.5 电堆效率
2.3 本章小结
第三章 空气供给系统控制
3.1 空气供给系统建模
3.1.1 空气供给系统模型
3.1.2 其他辅助系统模型
3.2 空气供给系统控制策略
3.2.2 基于最优氧气过量比的开环控制
3.2.3 开环+PI并行控制
3.3 实际过程仿真与分析
3.4 基于实际电流反馈的控制优化
3.5 控制系统效率分析
3.6 本章小结
第四章 能量管理策略
4.1 整车动力系统建模
4.1.1 DC/DC模型
4.1.2 动力电池模型
4.1.3 电机及驱动系统模型
4.1.4 汽车纵向动力学模型
4.2 能量管理策略整体设计
4.2.1 设计指标
4.2.2 状态划分
4.2.3 控制策略流程
4.3 控制策略
4.3.1 需求功率计算模块
4.3.2 动力电池管理模块
4.3.3 燃料电池管理模块
4.3.4 电机功率控制模块
4.4 仿真与分析
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外氢燃料电池汽车发展状况与未来展望[J]. 储鑫,周劲松,刘东华,周康宁. 汽车实用技术. 2019(04)
[2]质子交换膜燃料电池关键材料的研究现状与进展[J]. 贾双珠,李会勇,李长安,解田,周静. 化工新型材料. 2019(02)
[3]质子交换膜燃料电池铂电催化剂的稳定策略[J]. 何大平,木士春. 电化学. 2018(06)
[4]车用燃料电池系统耐久性研究[J]. 王克勇,石伟玉,王仁芳,刘佳,侯中军. 电化学. 2018(06)
[5]低温质子交换膜燃料电池自增湿膜电极研究进展[J]. 池滨,叶跃坤,江世杰,廖世军. 电化学. 2018(06)
[6]氢燃料电池汽车发展趋势分析[J]. 郜昊强,宋业建. 汽车零部件. 2018(12)
[7]氢燃料电池的制氢技术与储氢系统研究[J]. 谭乐乐. 交通节能与环保. 2018(06)
[8]基于灰色预测的空冷型PEMFC发电系统实时最优温度无模型自适应控制[J]. 尹良震,刘璐,李奇,陈维荣. 电力自动化设备. 2017(12)
[9]上汽大通燃料电池商用车FCV80 开启产业化进程[J]. 若妍. 汽车与配件. 2017(33)
[10]氢燃料电池的研究进展[J]. 胡庆松. 汽车实用技术. 2017(21)
博士论文
[1]影响燃料电池寿命的动态响应分析及经济性评价[D]. 陈会翠.清华大学 2015
[2]质子交换膜燃料电池系统建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]车用燃料电池发电系统氢气回路控制[D]. 洪凌.浙江大学 2017
[2]燃料电池汽车混合动力系统及其能量管理研究[D]. 陈禹.湘潭大学 2015
[3]车用燃料电池发动机控制系统研究[D]. 方川.清华大学 2014
[4]燃料电池DC-DC变换器建模与控制[D]. 沈烨烨.浙江大学 2014
[5]质子交换膜燃料电池供气系统控制策略研究[D]. 张浩琛.兰州理工大学 2013
[6]质子交换膜燃料电池控制策略研究[D]. 朱星光.西南交通大学 2013
[7]燃料电池气体供给系统控制研究[D]. 肖坤.武汉理工大学 2013
[8]燃料电池监控系统的构建与控制算法研究[D]. 林焕新.华南理工大学 2011
本文编号：3533500
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 燃料电池汽车发展现状
1.2.2 燃料电池建模研究现状
1.2.3 空气供给系统控制研究现状
1.2.4 能量管理研究现状
1.3 主要研究内容
第二章 燃料电池电堆建模
2.1 燃料电池工作原理
2.2 燃料电池电堆模型
2.2.1 电压模型
2.2.2 阴极模型
2.2.3 膜水传递模型
2.2.4 阳极模型
2.2.5 电堆效率
2.3 本章小结
第三章 空气供给系统控制
3.1 空气供给系统建模
3.1.1 空气供给系统模型
3.1.2 其他辅助系统模型
3.2 空气供给系统控制策略
3.2.2 基于最优氧气过量比的开环控制
3.2.3 开环+PI并行控制
3.3 实际过程仿真与分析
3.4 基于实际电流反馈的控制优化
3.5 控制系统效率分析
3.6 本章小结
第四章 能量管理策略
4.1 整车动力系统建模
4.1.1 DC/DC模型
4.1.2 动力电池模型
4.1.3 电机及驱动系统模型
4.1.4 汽车纵向动力学模型
4.2 能量管理策略整体设计
4.2.1 设计指标
4.2.2 状态划分
4.2.3 控制策略流程
4.3 控制策略
4.3.1 需求功率计算模块
4.3.2 动力电池管理模块
4.3.3 燃料电池管理模块
4.3.4 电机功率控制模块
4.4 仿真与分析
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外氢燃料电池汽车发展状况与未来展望[J]. 储鑫,周劲松,刘东华,周康宁. 汽车实用技术. 2019(04)
[2]质子交换膜燃料电池关键材料的研究现状与进展[J]. 贾双珠,李会勇,李长安,解田,周静. 化工新型材料. 2019(02)
[3]质子交换膜燃料电池铂电催化剂的稳定策略[J]. 何大平,木士春. 电化学. 2018(06)
[4]车用燃料电池系统耐久性研究[J]. 王克勇,石伟玉,王仁芳,刘佳,侯中军. 电化学. 2018(06)
[5]低温质子交换膜燃料电池自增湿膜电极研究进展[J]. 池滨,叶跃坤,江世杰,廖世军. 电化学. 2018(06)
[6]氢燃料电池汽车发展趋势分析[J]. 郜昊强,宋业建. 汽车零部件. 2018(12)
[7]氢燃料电池的制氢技术与储氢系统研究[J]. 谭乐乐. 交通节能与环保. 2018(06)
[8]基于灰色预测的空冷型PEMFC发电系统实时最优温度无模型自适应控制[J]. 尹良震,刘璐,李奇,陈维荣. 电力自动化设备. 2017(12)
[9]上汽大通燃料电池商用车FCV80 开启产业化进程[J]. 若妍. 汽车与配件. 2017(33)
[10]氢燃料电池的研究进展[J]. 胡庆松. 汽车实用技术. 2017(21)
博士论文
[1]影响燃料电池寿命的动态响应分析及经济性评价[D]. 陈会翠.清华大学 2015
[2]质子交换膜燃料电池系统建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]车用燃料电池发电系统氢气回路控制[D]. 洪凌.浙江大学 2017
[2]燃料电池汽车混合动力系统及其能量管理研究[D]. 陈禹.湘潭大学 2015
[3]车用燃料电池发动机控制系统研究[D]. 方川.清华大学 2014
[4]燃料电池DC-DC变换器建模与控制[D]. 沈烨烨.浙江大学 2014
[5]质子交换膜燃料电池供气系统控制策略研究[D]. 张浩琛.兰州理工大学 2013
[6]质子交换膜燃料电池控制策略研究[D]. 朱星光.西南交通大学 2013
[7]燃料电池气体供给系统控制研究[D]. 肖坤.武汉理工大学 2013
[8]燃料电池监控系统的构建与控制算法研究[D]. 林焕新.华南理工大学 2011
本文编号：3533500
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/glzh/3533500.html
