燃料电池轻型客车能量管理系统研究与设计

论文摘要

能源枯竭和环境污染已经成为当前社会急需解决的问题,燃料电池电动汽车以其独特的节能环保优势引起了越来越多国家的重视。如何有效合理地分配、管理燃料电池电动汽车的能量流,提高车辆的动力性能和工作效率是一个关键问题。本文以燃料电池轻型客车为研究对象,开展对整车能量管理系统的设计和研究,主要研究内容如下：在分析燃料电池性能的基础上,基于自主研发的60kW燃料电池发动机,提出了燃料电池-锂离子电池混合供电方案,确定了锂电池的电压、容量等主要技术参数。分析比较国内外几种主流的动力拓扑结构,在此基础之上提出一种燃料电池通过DC/DC与动力电池并联的拓扑结构,最后对该拓扑结构的能量流向进行了分析。以PIC18LF4580单片机为控制器的核心,设计了燃料电池轻型客车能量管理系统的硬件系统,它包括接口模块设计、电源模块设计和通讯模块设计。接口模块设计包括数字量输入输出模块、数模和模数转换模块、频率信号采集模块和温度采集模块的设计；电源模块设计即为控制芯片和各个接口模块的供电电源设计；通讯模块设计即为数据采集系统和CAN通讯网络的设计。根据整车能量管理系统的控制目标,分析了影响整车能量分配的两个因素,制定了一种多模型的能量管理策略,并提出了基于模糊监督控制的多模型切换算法,最后详细分析了该控制策略的实现方法。整个系统在实际调试中运行稳定,形成了一套适合燃料电池轻型客车的能量管理策略。通过道路行驶实验,获得了满意的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究意义及课题来源
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 燃料电池电动汽车的发展
• 1.3.2 整车能量管理研究现状分析
• 1.3.3 多模型自适应控制研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 燃料电池轻型客车混合动力系统结构分析
• 2.1 燃料电池轻型客车的能源组成
• 2.1.1 主能源
• 2.1.2 辅助能源
• 2.2 燃料电池轻型客车的基本动力结构
• 2.2.1 燃料电池和动力电池直接并联
• 2.2.2 动力电池通过DC/DC与燃料电池并联
• 2.2.3 燃料电池通过DC/DC与动力电池并联
• 2.3 燃料电池轻型客车整车能量流向分析
• 2.3.1 锂电池单独驱动
• 2.3.2 燃料电池单独驱动
• 2.3.3 燃料电池和锂电池混合驱动
• 2.3.4 再生制动给锂电池充电
• 2.4 燃料电池轻型客车能量管理系统
• 2.5 本章小结
• 第3章 燃料电池轻型客车能量管理系统硬件设计
• 3.1 硬件总体设计
• 3.2 整车能量管理系统接口模块设计
• 3.2.1 数字量输入输出模块
• 3.2.2 AD和DA转换模块
• 3.2.3 频率信号采集模块
• 3.2.4 温度采集模块
• 3.3 整车能量管理系统电源模块设计
• 3.4 整车能量管理系统通讯模块设计
• 3.4.1 无线通讯模块接口设计
• 3.4.2 CAN通讯模块接口设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 燃料电池轻型客车多模式能量管理策略研究
• 4.1 整车能量管理系统控制目标
• 4.2 影响整车能量分配的因素
• 4.2.1 整车需求功率
• 4.2.2 锂电池SOC值
• 4.3 基于模糊切换的多模型能量管理策略研究
• 4.3.1 能量分配的多模型控制策略
• 4.3.2 基于模糊监督控制的多模型切换原则
• 4.4 多模型能量管理策略软件整体设计流程
• 4.5 本章小结
• 第5章 燃料电池轻型客车实际路况测试与数据分析
• 5.1 实验测试环境介绍
• 5.2 燃料电池轻型客车多模型能量分配实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 全文总结及展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢