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原文传递燃料电池载货车动力系统能量利用率提高研究

论文题名：	燃料电池载货车动力系统能量利用率提高研究
关键词：	燃料电池汽车;悬架系统;能量回收;能量利用率
摘要：	燃料电池汽车通常是指动力系统由燃料电池与动力电池组成的“电-电”混合动力汽车，其中燃料电池为主要动力源，动力电池为辅助动力源。动力系统能量利用率的高低，直接影响了动力系统能耗量的大小，即整车等效氢耗量的大小和行驶里程的长短。提高动力系统能量利用率对燃料电池汽车的应用、推广和发展具有重要的意义。提高燃料汽车电池动力系统能量利用率，主要从减少系统能量消耗和能量回收利用两个方面进行研究。　　优化动力系统能量管理策略，可实现燃料电池系统和动力电池系统能量输出的有效控制，减少动力系统能量的消耗。电动空调系统作为燃料电池车辆重要的辅助系统之一，在制热时能耗较高，严重影响了动力系统能量利用率。因此，可从优化整车动力系统能量管理策略和开发有效利用动力系统余热的整车集成式热管理系统上进行研究，实现动力系统能耗的减少。　　在燃料电池汽车行驶过程中，制动系统和悬架系统会消耗掉大量能量，对制动能量和悬架系统振动能量进行回收与利用，能够提高动力系统能量利用率。由于制动能量回收技术已经广泛应用于燃料电池汽车领域，因此本文对悬架系统能量回收与利用展开深入研究。　　本文以燃料电池载货车为研究对象，以提高车辆动力系统能量利用率为研究目标，主要从优化整车动力系统能量管理策略，开发基于热泵的整车集成式热管理系统和利用压电材料回收悬架系统振动能量三个方面展开深入研究。主要研究内容如下：　　（1）燃料电池载货车动力系统拓扑结构与参数选型。基于目标车型整车设计要求，对驱动电机、燃料电池和动力电池进行参数匹配和选型，并进行燃料电池系统性能试验。通过Cruise软件，验证选型匹配结果的合理性。　　（2）燃料电池载货车动力系统能量管理策略优化。建立燃料电池载货车动力系统模型，设计模糊控制能量管理策略，实现对复合电源系统能量输出的控制。以整车动力系统能耗量最小为目标，利用多岛遗传算法，对模糊控制能量管理策略进行优化。通过仿真分析，验证优化后模糊控制策略的有效性和优化方法的可行性。　　（3）整车集成式热管理系统。通过对热泵空调系统性能分析，提出了一种基于热泵空调的集成式热管理系统，采用逻辑门限控制策略对系统的工作模式进行选择、切换，实现了对燃料电池、动力电池、驾驶室以及电机电气系统中热量的协同管理和对动力系统余热的有效利用，减少了空调系统制热时的能量消耗，提高了动力系统能量利用率。　　（4）压电馈能悬架系统研究。根据压电材料的发电特性和悬架系统振动特点，提出了一种新型馈能悬架系统设计方案。通过对压电馈能装置刚度和阻尼系数的等效，建立双-质量压电馈能悬架系统振动模型。试验和仿真结果分析了馈能悬架系统的馈能特性，并验证了模型的可信性。同时，提出了一种基于低摩擦损耗、非接触磁力作用、高效的压电馈能方法。通过对压电馈能悬架系统振动模型的分析，揭示了馈能装置功率的非线性变化规律。进一步分析了回收能量对动力系统能量、动力系统能量利用率和行驶里程的影响。搭建馈能装置试验台并进行试验分析，探究馈能装置的输出电压和馈能功率特性，验证磁力激励模型的可信性及其建模方法的可行性。
作者：	赵震
专业：	机械工程
导师：	王铁
授予学位：	博士
授予学位单位：	太原理工大学
学位年度：	2021