车用燃料电池电源系统的功率控制算法设计

摘要

随着能源危机与环境问题的日益严峻，新能源电动车的开发备受世界瞩目，以质子交换膜燃料电池系统为动力源的燃料电池汽车以其独特的环保优势得到了广泛的重视。纯燃料电池系统由于其输出特性偏软、动态响应慢的特性，它通常与蓄电池或者超级电容等辅助电源组成电电混合的电源系统。本文以车用燃料电池电源系统为研究对象，设计了基于直流电压下垂控制和模糊逻辑的功率控制策略，并针对不同的工况，通过仿真证明了它的有效性。本文的主要研究内容如下：
　　首先，分析了电动汽车电源系统中常用能源的特性，进而确定了多能源的混合方式与电源系统结构，并针对目标车型，匹配了动力电源系统的关键参数。针对本文所选用的电源系统结构，分析了电源系统的工作模式。
　　接着，针对选用的动力电源系统结构，确定了燃料电池侧与蓄电池侧的DC/DC变换器拓扑，并详细阐述了各变换器的工作原理，进一步，根据电源系统的关键技术指标完成了DC/DC变换器的参数设计。在此基础上，推导了各变换器的平均值模型和交流小信号动态模型，并针对燃料电池与蓄电池的特性，设计了各变换器的控制器参数。
　　最后，制定了电源系统的功率控制策略的目标：保证燃料电池的效率和耐久性、维持蓄电池合理的SOC、维持母线电压的稳定。从功率控制的最终目标出发，分析得到了影响电源系统功率分配的三个主要因素：燃料电池的输出功率水平、蓄电池的SOC值和母线电压的稳定程度。进一步，针对电源系统瞬时功率与平均功率的分配，研究并设计了基于直流电压下垂控制和模糊逻辑的功率控制算法，并针对不同的工况进行仿真分析，证明了该算法的有效性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的结构安排

第二章 燃料电池汽车动力电源系统结构研究

2.1电源系统的能源特性分析

2.2 燃料电池汽车动力电源系统的结构研究

2.3 电源系统的工作模式分析

2.4 动力电源系统参数设计

2.5 本章小结

第三章 DC/DC变换器的建模与控制器设计

3.1 DC/DC变换器拓扑的选择

3.2 DC/DC变换器工作原理分析与参数设计

3.3 DC/DC变换器的建模分析

3.4 DC/DC变换器控制器设计

3.5本章小结

第四章 基于下垂控制和模糊逻辑的功率控制策略

4.1 基于下垂控制的功率控制策略

4.2模糊控制的基本原理与设计方法

4.3 基于下垂控制和模糊逻辑的功率控制算法

4.4 仿真分析

4.5 本章小结

第五章 全文总结与展望

致谢

参考文献

个人简历及攻读硕士期间的主要研究成果