【摘 要】
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燃料电池汽车因其无污染零排放,得到了快速发展,然而,限制燃料电池汽车商业化的一个主要因素是燃料电池耐久性问题,兼顾整车动力性,经济性及电池使用寿命是氢燃料电池汽车科研领域的难题。本文以增程式燃料电池轿车为研究对象,针对燃料电池性能衰减问题,研究燃料电池衰退机理以及燃料电池健康状态(SOH:State Of Health)估计方法,并基于对SOH的识别,提出了基于燃料电池健康状态的整车能量控制策略,
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燃料电池汽车因其无污染零排放,得到了快速发展,然而,限制燃料电池汽车商业化的一个主要因素是燃料电池耐久性问题,兼顾整车动力性,经济性及电池使用寿命是氢燃料电池汽车科研领域的难题。本文以增程式燃料电池轿车为研究对象,针对燃料电池性能衰减问题,研究燃料电池衰退机理以及燃料电池健康状态(SOH:State Of Health)估计方法,并基于对SOH的识别,提出了基于燃料电池健康状态的整车能量控制策略,改善经济性的同时,增强了燃料电池轿车的耐久性。本文主要研究内容如下:首先,本文对国内外燃料电池健康状态估计方法的研究现状,以及燃料电池汽车的整车控制策略的开发现状调研,综合分析了燃料电池健康状态及燃料电池性能衰退的影响因素。其次,以增程式燃料电池轿车为研究对象,建立了燃料电池轿车动力系统模型,分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC:Proton Exchange Membrane Fuel Cell)的结构和工作原理,结合燃料电池的化学特性搭建了质子交换膜燃料电池集总参数模型。运用无迹卡尔曼滤波(UKF:Unscented Kalman Filter)算法对电池SOH的表征值欧姆内阻进行实时估计,并通过试验验证了UKF算法在不增加系统求解复杂度的前提下提高了滤波精度。然后,研究增程式燃料电池乘用车动力系统响应特性,分析增程式燃料电池轿车动力系统构型,结合有限状态机能量管理策略,以燃料电池汽车所需总功率和动力电池的荷电状态(SOC:State of Charge)值作为输入量,设计了基于燃料电池健康状态的能量管理控制策略架构,结合燃料电池性能衰退程度,动力电池输出对应的功率,以满足整车动力性。最后,进行了控制策略的对比分析,进一步验证了基于燃料电池SOH的能量管理控制策略的可行性,该方法可以在提高整车动力性的前提下,合理使用燃料电池,避免燃料电池在使用过程中的频繁启停,减少大幅变载工况,延长了电池的使用寿命,进而提高了燃料电池汽车的经济性。
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