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燃料电池混合动力汽车能量管理控制策略研究
| 论文题名： | 燃料电池混合动力汽车能量管理控制策略研究 |
| 关键词： | 燃料电池汽车;能量管理;模糊逻辑;蜣螂优化算法 |
| 摘要： | 节能与新能源汽车是我国“双碳战略”中的重要发展方向。其中，燃料电池汽车因其零排放、高效率等优点被认为是具有发展前景的方向之一。但在现阶段的研究中，燃料电池的成本较高且关键技术还没有突破，如冷启动慢、制动能量无法回收、输出特性差等，目前主要采用燃料电池与其他动力源的混合动力系统解决以上问题。混合动力系统使得整车的功率分配和能量流变得更加复杂，因此，提出合理的能量管理控制策略才可以充分发挥混合动力系统的优势。本文以燃料电池混合动力汽车（FuelCellHybridElectricVehicle,FCHEV）为研究对象，将燃料电池作为主能量源，动力电池为辅助能量源，以混合动力系统的总氢耗量、电池寿命等问题作为研究目标对该混合动力汽车控制策略进行研究。 首先，对燃料电池混合动力汽车的动力系统传动方案进行设计，其次根据整车的动力性参数对动力系统中燃料电池、动力电池、驱动电机等元件进行选型与参数匹配，然后基于AVLCruise软件搭建动力系统模型和整车纵向动力学模型。 其次，提出了改进的模糊逻辑能量管理策略，设计的模糊控制器以整车需求功率和动力电池SOC为输入，燃料电池输出功率为输出。根据燃料电池和动力电池混合动力系统的特性，综合考虑低载工况下燃料电池寿命与效率问题，将开关控制策略加载到传统的模糊控制器中，并对模糊控制规则进行修正。在基于Matlab/Simulink仿真平台，加载NEDC和WLTP两种工况，仿真结果显示，改进的模糊控制能量管理策略比传统的模糊控制能量管理策略总等效氢耗分别降低了23.74％和12.36%，且SOC维持在合理范围内，有效地提高了整车的经济性和燃料电池的耐久性。 最后，针对模糊控制能量管理策略所存在误差和局限性，以降低氢耗量为目标，结合蜣螂优化算法进一步对模糊控制器的隶属度函数进行优化，搭建了优化目标函数和约束条件。对传统的模糊控制能量管理策略、改进的模糊控制能量管理策略以及基于蜣螂优化算法的模糊控制能量管理策略进行了仿真对比分析，在满足需求功率的前提下，实现燃料电池和动力电池间功率的合理分配，并将动力电池SOC维持在一定区间。结果表明：在WLTP工况下，基于蜣螂优化算法的模糊控制能量管理策略比传统的模糊控制能量管理策略和改进的模糊控制能量管理策略的总等效氢耗分别降低了13.47%和1.26%，更进一步地提高了整车的经济性。 |
| 作者： | 屠畅 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 苏铁熊;刘学平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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