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原文传递燃料电池动态响应控制参数在线优化的燃料电池汽车能量管理策略

论文题名：	燃料电池动态响应控制参数在线优化的燃料电池汽车能量管理策略
关键词：	电动汽车;燃料电池;参数优化;能量管理
摘要：	燃料电池汽车具有无污染、零排放等优点，是新能源汽车发展的重要方向之一，对于实现我国“2030碳达峰”和“2060碳中和”的重大战略目标有着重要的价值和意义。能量管理策略是燃料电池汽车的核心技术之一，显著影响燃料电池汽车动力性、经济性、安全性和耐久性。然而，现有燃料电池汽车能量管理策略大多沿用油电式混合动力汽车能量管理策略，侧重于考察燃料电池与动力电池的功率分配问题，忽略燃料电池功率输出时的动态响应过程，导致燃料电池汽车能量管理策略与实际情况脱节，燃料电池汽车经济性不能充分发挥。为解决现有燃料电池汽车能量管理策略的不足，本文构建燃料电池动态响应模型及整车模型，分析以燃料电池工作点数量及功率响应速度为代表的动态响应控制参数对整车氢气消耗的影响规律，在此基础上提出动态响应控制参数在线优化方法，用来完善燃料电池汽车能量管理策略以调整燃料电池动态响应过程，从而充分发挥燃料电池汽车经济性，研究内容如下：　　燃料电池动态响应模型及燃料电池汽车整车模型构建。以某款燃料电池厢式货车为研究对象，介绍燃料电池汽车结构与工作原理；构建燃料电池动态响应模型，包括基于气体质量流动连续性方程构建燃料电池空气供给系统以及氢气供给系统模型，依据燃料电池极化特性和各部分压降损失构建燃料电池电压模型，考虑DC/DC转换器功率损耗建立燃料电池功率模型；另建立燃料电池汽车正向仿真其它主要部分模型，包括驾驶员模型、动力电池模型、驱动电机模型以及整车动力学模型，与燃料电池动态响应模型合并成燃料电池汽车整车仿真模型。　　燃料电池动态响应控制参数对整车氢气消耗影响分析。搭建燃料电池实验台架，进行不同工作点数量及功率响应速度下的燃料电池动态响应特性实验研究；基于动态规划算法的全局最优性，构建考虑燃料电池工作点数量及功率响应速度的动态规划算法，基于此分别在城市、城郊、高速工况下探究不同工作点数量及功率响应速度对整车氢气消耗的影响。结果表明：工作点数量分别设定为3、9、30、90时，工作点数量越多整车氢气消耗量越少且减少程度越来越小；功率响应速度分别设定在5kW/s、10kW/s、15kW/s、20kW/s时，功率响应速度越快整车氢气消耗量越少且减少程度越来越小；比较城市、城郊、高速工况，工况越复杂工作点数量和功率响应速度对整车氢气消耗的影响越大。　　燃料电池动态响应控制参数在线优化的能量管理策略。基于燃料电池动态响应控制参数对整车氢气消耗的影响规律，提出燃料电池最佳动态响应控制参数的离线获取方法；探究行驶工况的特征参数与最佳工作点数量及最佳功率响应速度的映射关系，建立燃料电池最佳动态响应控制参数的在线预测模型，制定燃料电池动态响应控制参数在线优化（WP,RS-ADAPTIVE）的能量管理策略，并搭建硬件在环仿真平台验证其优越性。结果表明：在NEDC和CHTC-HT工况下，相比于工作点数量及功率响应速度固定（WP,RS-FIXED）的能量管理策略，本文提出的能量管理策略下整车氢气消耗量分别减少1.45%、1.53%，距离理论上最优的不考虑工作点数量及功率响应速度（WP,RS-NOLIMIT）的能量管理策略，整车氢气消耗的差距仅有0.41%、0.47%。
作者：	程善
专业：	车辆工程
导师：	胡东海
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022