車載燃料電池混合動力系統(tǒng)設計與能量管理.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟的迅速發(fā)展以及對傳統(tǒng)能源需求的急劇增加，能源短缺、環(huán)境污染、溫室效應等問題日趨嚴重，因此開發(fā)和利用新能源已成為全世界范圍內(nèi)能源研究的必然趨勢。其中，氫燃料電池以其燃料來源豐富、功率密度高、高效環(huán)保等特點，正逐漸進入人們的研究視線。目前，大功率燃料電池技術取得了突破性進展，具有性能優(yōu)良、環(huán)境友好等優(yōu)點的燃料電池混合動力機車也已成為一種極具潛力的新型軌道交通工具，受到了廣泛關注。
　　本文以燃料電池混合動力機車為背景，重點

2、對其核心部分的混合動力系統(tǒng)進行了研究。根據(jù)機車的自身指標和運行需求，設計了一套車載燃料電池和蓄電池混合動力系統(tǒng)以及一種基于有限狀態(tài)機理論的能量管理策略，并進行了仿真分析與實驗驗證。
　　在充分對比典型混合動力系統(tǒng)拓撲結構和不同連接形式優(yōu)缺點的基礎上，確定了采用以間接連接形式的燃料電池和蓄電池混合動力系統(tǒng)結構(FC+B);綜合考慮機車運行的動態(tài)特點和經(jīng)濟性，選用質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)為主電源，鋰離子蓄電池(Li-Ion)為

3、輔助電源。根據(jù)建立的機車動力學模型，對機車在勻速行駛、最大加速、最大爬坡三種運行狀態(tài)下的牽引功率進行計算，根據(jù)最大牽引功率值確定燃料電池與蓄電池的輸出功率，完成燃料電池混合動力系統(tǒng)的參數(shù)匹配。
　　根據(jù)系統(tǒng)各模塊的性能參數(shù)，在Matlab/Simulink軟件中建立燃料電池、蓄電池、DC/DC變換器以及系統(tǒng)整體的仿真模型，為后續(xù)的仿真分析和能量管理策略研究提供了平臺。針對動力系統(tǒng)設計了一種基于有限狀態(tài)機理論的能量管理策略，將系統(tǒng)工

4、作模式按照蓄電池SOC的高、中、低劃分為3個一級模式，繼而根據(jù)需求功率、燃料電池輸出功率、蓄電池輸出功率三者的數(shù)值關系劃分為10個子模式，分別進行能量管理與控制。
　　利用建立的仿真模型對所設計的能量管理策略進行分析，并針對高SOC模式、中SOC模式、低SOC模式三種模式下的系統(tǒng)工作情況分別進行了仿真。為進一步驗證能量管理策略的有效性，本文設計了一套燃料電池混合動力縮比實驗平臺，通過縮比的模擬工況進行實驗驗證，并將實驗結果與仿真結