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原文传递增程式燃料电池汽车低温热管理控制策略研究

论文题名：	增程式燃料电池汽车低温热管理控制策略研究
关键词：	增程式燃料电池汽车;低温热管理;控制策略;PMP原理
摘要：	为应对全球范围内日益严峻的环境污染与能源紧缺问题，我国政府于2020年明确提出“碳达峰”、“碳中和”重大战略目标，坚定绿色可持续的高质量发展之路。加快发展新能源汽车是交通领域贯彻落实国家“双碳”战略的重要举措。而燃料电池汽车作为新能源汽车的主要组成部分，凭借其零污染、高效率、长续航等优势成为行业研究人员的关注焦点，被认为是新能源汽车的重要发展方向之一。　　本文依托吉林省科技厅重大科技专项“燃料电池集成与控制关键技术开发”，以增程式燃料电池汽车为研究对象，针对其热管理系统综合能耗高、低温环境下工作效率低等痛点问题，围绕热管理系统结构设计与低温控制算法开发两个方面开展研究工作，旨在构建环境适用性广、能量利用率高、能够降低车辆动力源寿命衰减的热管理系统及其控制策略。在系统结构设计方面，完成了车辆动力总成的参数匹配及优化，设计了具有余热回收功能的集成式热管理系统；在控制算法开发方面，提出了基于庞特里亚金极小值原理（PMP）的动力源温度轨迹优化方法，设计了基于模糊PID的低温热管理控制策略。研究结果表明，本文所构建的燃料电池汽车热管理系统及其低温控制策略在提升车辆燃料经济性方面具有良好的性能表现。论文具体研究内容如下：　　首先，从燃料电池汽车动力总成构型入手，选取适用于增程式燃料电池汽车的“燃料电池+动力电池”动力总成架构。针对车辆基本参数及动力经济性要求，完成对动力总成部件的选型与参数匹配。通过仿真试验方法对所匹配的参数进行了性能验证与优化，为后续热管理系统的设计提供参数依据。　　其次，对热管理系统重要组成部件进行温度特性研究。考虑燃料电池、动力电池、乘员舱等关键总成工作条件下的温度需求，对整车热管理系统进行集成化设计，并制定了基于逻辑门限值的工作模式切换方法。搭建AMESim一维仿真平台，为热管理系统低温控制算法开发提供模型支撑。　　再次，通过理论研究与物理试验相结合的方式，建立了燃料电池-动力电池复合动力源温升模型与动力电池寿命衰减模型。在此基础上针对制热能耗与动力电池寿命衰减的严寒环境下动力源温度轨迹优化问题，基于PMP极小值原理对温度轨迹进行求解，并通过离线仿真获取动力源升温过程的最优温度轨迹，为后续在线控制策略开发提供了数据支持。　　最后，基于所设计的热管理系统结构与优化获得的动力源温度轨迹，进行综合考虑乘员舱温度、动力源温度以及电机余热利用的低温控制策略设计。结合热管理系统结构设计方案与所开发的控制算法，完成了AMESim-Simulink联合仿真平台搭建并进行了热管理系统低温控制策略仿真研究。仿真试验结果表明，应用所优化的动力源温度轨迹及其在线控制策略可实现整车低温热管理过程中乘员舱升温时间的大幅缩短与制热能耗的大幅降低。仿真结果对比分析表明，与线性温度参考轨迹相比，基于最优动力源温度轨迹所设计的低温控制策略可实现PTC能耗降低7.3%，电池电耗与寿命折损的综合成本节约2.8%。　　综上，本文设计了一种适用于增程式燃料电池汽车的热管理系统结构方案，提出并验证了一种基于复合动力源温度轨迹规划的燃料电池汽车低温热管理控制策略，对于促进提升燃料电池汽车热管理关键技术研究和产品化工程技术应用具有参考价值。
作者：	王鹏宇
专业：	车辆工程
导师：	闵海涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023