燃料電池混合動力驅動系統(tǒng)能量利用效率優(yōu)化的研究.pdf

1、質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)采用可再生的能源(氫氣),以應對當前全球面臨的能源危機,對未來環(huán)境保護有極其重要的發(fā)展意義。將燃料電池和蓄電池共同作為動力源的混合動力系統(tǒng)的應用是一種基于1+1>2的理念。在該系統(tǒng)中,燃料電池作為主動力源滿足負載平均功率的需求,而蓄電池及其管理系統(tǒng)起到“削峰填谷”的作用。
　　 本文主要研究負載在不同功率需求情況下,如何協調作為

2、動力源的燃料電池、蓄電池的功率輸出比例從而優(yōu)化混合動力驅動系統(tǒng)能量利用效率。它包含了以下兩方面內容:1.穩(wěn)態(tài)下,通過系統(tǒng)功率.效率圖量化并揭示系統(tǒng)最大輸出功率和最大能量利用效率間的關系；2.暫態(tài)下,研究如何構造閉環(huán)控制系統(tǒng)以實現系統(tǒng)快速動態(tài)響應和變參數環(huán)境下的穩(wěn)定性。
　　 圍繞以上內容,本文闡述了燃料電池蓄電池混合動力系統(tǒng)的每個組成部分,分析了系統(tǒng)的拓撲結構,推導了負載電流變化時,作為動力源的燃料電池和蓄電池的支路電流變化情況

3、。進而以此為基礎,分析了混合動力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下不同的運行模式及各模式下如何優(yōu)化能量利用效率,通過功率-效率圖的搭建揭示了系統(tǒng)最大輸出功率和最大效率不可能同時出現。隨后通過對混合動力系統(tǒng)小信號模型的分析搭建了閉環(huán)控制系統(tǒng),并設計相應的電流調節(jié)器以提高系統(tǒng)動態(tài)響應特性和變參數環(huán)境下的穩(wěn)定性。
　　 為了驗證以上理論分析的正確性,在MATLAB／SIMULINK中構建了仿真模型,仿真計算結果和理論分析結論是一致的。
　　 實驗部

4、分,通過對純燃料電池電動自行車的改造,設計了基于UC3843的Boost升壓電路,搭建了純燃料電池動力驅動系統(tǒng)。實驗結果表明:當負載需求功率較為恒定時,純燃料電池驅動系統(tǒng)可以滿足負載的功率需求；當負載需求功率巨增時,燃料電池輸出電壓波動較大,動態(tài)性能較差。針對純燃料電池驅動系統(tǒng)動態(tài)性能較弱的問題,在Nexa Training System中進行了燃料電池蓄電池混合動力系統(tǒng)實驗。實驗結果驗證了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)下理論分析和仿真計算的正確性,并展示了