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带超级电容的燃料电池电动汽车的优化配置和优化控制研究

作 者: 王慧云
导 师: 张承慧
学 校: 山东大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 燃料电池电动汽车 质子交换膜燃料电池 超级电容 控制策略 仿真分析
分类号: U469.722
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


汽车工业所带来的能源短缺与环境污染问题越来越受到世界各国政府的重视。燃料电池汽车与传统的内燃机汽车相比,具有高效无污染的突出优势,燃料电池汽车在成本和整体性能上,特别是行程和补充燃料时间上明显优于其他电池的电动汽车,并且燃料电池所用的燃料来源广泛,又可再生,并可实现无污染、零排放等环保标准。因此,燃料电池混合动力汽车成为世界电动汽车开发的热点和发展趋势。由于燃料电池系统的动态响应慢,在启动、急加速和爬陡坡时燃料电池的输出特性无法满足车辆的行驶要求,这就需要增加一套能量存储系统来弥补这一不足。超级电容组作为辅助能量源,可使燃料电池能很快达到工作温度,把燃料电池的大能量密度和超级电容的高功率密度结合起来,是较理想的混合动力模式,非常适合在轿车和城市公交车上使用。在需要比较大的辅助功率时,超级电容发挥主要作用,超级电容器快速放电,提供足够的功率。在汽车制动能量回收的过程中,超级电容回收较大的回馈功率,进而延长系统使用寿命,提高汽车动力系统的效率。本文制定了带超级电容的燃料电池电动汽车能源系统的控制策略,以某轻型车为原型,利用ADVISOR仿真软件对带超级电容的燃料电池电动汽车进行了参数匹配与系统的仿真分析。完成的主要研究工作如下:研究了电动汽车的行驶性能、燃料电池的基本知识、仿真软件MATLAB和ADVISOR的应用。在分析超级电容的机理、分类、特性的基础上,根据电动汽车的动力总成构型,对带超级电容的燃料电池电动汽车的参数进行配置。确定了带超级电容的燃料电池电动汽车驱动系统的连接形式,对整车的主要部件进行了建模,制定了带超级电容的燃料电池电动汽车的能量管理策略,分析了动态规划法的基本知识和电动汽车的优化问题。以轻型车为例,根据带超级电容的燃料电池电动汽车的能量管理策略,选择典型的工况通过MATLAB/ADVISOR软件,对动力总成选型、参数配置进行整车仿真试验。通过分析对比仿真结果,验证了能量管理策略的有效性,优化选出辅助能量源超级电容单体串联的数目,在保证动力性的条件下,提高了燃料的经济性。最后,总结了全文的工作并展望了将来可以开展的工作方向。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
符号说明  11-14
第一章 绪论  14-22
  1.1 本课题的研究背景和意义  14
  1.2 带超级电容燃料电池电动汽车的发展与现状  14-19
    1.2.1 国外燃料电池电动汽车的发展历史与现状  14-17
    1.2.2 我国燃料电池电动汽车的发展历史与现状  17-18
    1.2.3 超级电容器在混合能源电动汽车中的研发情况  18-19
  1.3 带超级电容的燃料电池电动汽车的优势  19-21
    1.3.1 燃料电池汽车的优点  19-20
    1.3.2 带超级电容的燃料电池汽车驱动系统的优点  20-21
  1.4 本文主要研究内容  21-22
第二章 燃料电池电动汽车的基本知识  22-36
  2.1 引言  22-23
  2.2 电动汽车的行驶性能  23-26
    2.2.1 电动汽车的驱动力与行驶阻力平衡  23-25
    2.2.2 电动汽车的功率平衡  25-26
  2.3 燃料电池的基本知识  26-28
    2.3.1 燃料电池的基本原理  26-27
    2.3.2 质子交换膜燃料电池  27-28
  2.4 ADVISOR仿真软件介绍  28-35
    2.4.1 MATLAB简介  28-30
    2.4.2 ADVISOR仿真软件简介  30-35
  2.5 小结  35-36
第三章 带超级电容的燃料电池电动汽车的优化配置  36-50
  3.1 引言  36
  3.2 超级电容的基本知识  36-41
    3.2.1 超级电容器的机理及特点  36-38
    3.2.2 超级电容的分类  38-39
    3.2.3 超级电容的特性  39-41
  3.3 带超级电容的燃料电池电动汽车的动力总成构型  41-45
    3.3.1 带超级电容的燃料电池电动汽车的结构与功能  41-43
    3.3.2 主DC/DC转换器  43-44
    3.3.3 超级电容双向DC/DC转换器  44-45
  3.4 带超级电容的燃料电池电动汽车的优化配置方法  45-49
    3.4.1 带超级电容的燃料电池电动汽车的总体模型  45-46
    3.4.2 模型主要参数的选择及确定  46-49
  3.5 小结  49-50
第四章 带超级电容的燃料电池电动汽车的能量管理策略  50-73
  4.1 引言  50-51
  4.2 带超级电容的燃料电池电动汽车部件的仿真模型  51-57
    4.2.1 车辆部件及其建模  51-52
    4.2.2 感应电动机及其控制器模型  52-56
    4.2.3 超级电容的建模  56-57
  4.3 带超级电容的燃料电池电动汽车的能量管理策略  57-66
    4.3.1 带超级电容的燃料电池电动汽车能量管理策略  57-59
    4.3.2 带超级电容的燃料电池电动汽车的能量管理策略仿真模型  59-64
    4.3.3 带超级电容的燃料电池电动汽车控制策略的优化  64-66
  4.4 仿真与结果  66-71
    4.4.1 配置参数的优化  66-67
    4.4.2 仿真结果的分析  67-71
  4.5 小结  71-73
第五章 总结与展望  73-74
  5.1 总结  73
  5.2 对于未来的展望  73-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
读研期间发表的论文和参与的科研项目  79-80
学位论文评阅及答辩情况表  80

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 各种汽车 > 各种能源汽车 > 电动汽车 > 电池车
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