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原文传递燃料电池混合电动汽车能量管理策略与驱动控制研究

论文题名：	燃料电池混合电动汽车能量管理策略与驱动控制研究
关键词：	燃料电池混合电动汽车;驱动控制;荷电状态;能量管理策略
摘要：	传统能源匮乏和环境污染等问题日趋严重，以及新能源利用技术的日益完善，使得新能源汽车引起了人们的广泛关注，其中，由于燃料电池车具有清洁环保、低噪声、高能量转换率等优点，使得它成为了理想的研究目标。　　现有燃料电池汽车中，存在燃料电池动态响应慢、直流变换器电流跟踪效果较差、电机电流环会影响转速环控制以及多能源系统功率分配复杂、氢消耗较多等问题。本文针对上述问题，选择了由燃料电池、电池和超级电容构成的多能源拓扑结构；设计了一种基于数据驱动的无模型连续快速终端滑模控制器（MFCFTSMC）以控制直流变换器；设计了一种转速环连续快速终端滑模控制与电流环基于数据驱动的无模型非奇异终端滑模控制的协同控制方法（CFTSMC-MFNTSMC）来控制电机；设计了一种基于氢消耗优化的状态机策略以降低能源系统的氢消耗。本文的具体研究内容如下：　　（1）燃料电池/电池/超级电容混合电动汽车建模。首先，为提高系统的动态响应速度，选择了燃料电池/电池/超级电容三能源拓扑结构。其次，在MATLAB/Simulink中搭建了燃料电池混合电动汽车的前向仿真模型。　　（2）基于数据驱动的无模型连续快速终端滑模控制器设计。为提高直流变换器的电流跟踪性能和维持电压稳定，设计了一种基于数据驱动的无模型连续快速终端滑模控制器（MFCFTSMC）。首先，对直流变换器的工作原理进行了分析，并对元件参数进行了设计。其次，设计了MFCFTSMC，通过Lyapunov理论证明了MFCFTSMC的鲁棒性。最后，仿真结果表明，所提出的MFCFTSMC方法具有有效性。　　（3）转速环连续快速终端滑模控制与电流环非奇异终端滑模控制的协同控制设计。为提高电机转速的稳定性并降低电流环对转速环的影响，设计了一种转速环连续快速终端滑模控制与电流环非奇异终端滑模控制的协同控制（CFTSMC-MFNTSMC）方法。首先，介绍了永磁同步电机在各种坐标系下的数学模型。其次，设计了基于高阶快速滑模观测器的CFTSMC和基于数据驱动的MFNTSMC，并利用Lyapunov理论证明了所提出的CFTSMC-MFNTSMC的稳定性。最后，通过与传统PI-PI控制方法和CFTSMC-PI控制的比较，验证了所提出CFTSMC-MFNTSMC具有更好的转速和电流稳定性。　　（4）基于氢消耗优化的状态机能量管理策略设计。为降低能源系统的氢消耗，设计了一种基于氢消耗优化的状态机策略。首先，获得了燃料电池的最优输出功率。其次，考虑到电池荷电状态（SOC）的变化，根据负载功率的大小对燃料电池的参考输出功率进行了分配。最后，在新欧洲驾驶循环工况下进行验证，结果表明，与状态机策略和等效消耗最小化策略相比，所提出能量管理策略在降低能源系统的氢消耗和控制电池SOC变化方面都有较好的效果。
作者：	王聪聪
专业：	电气工程
导师：	王浩平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京理工大学
学位年度：	2021