燃料电池_蓄电池_超级电容混合动力汽车控制策略

2008年10月

农

业机械学报

第39卷第10期

燃料电池2蓄电池2超级电容混合动力汽车控制策略3

陈　静　王登峰　刘彬娜

　　【摘要】　研究以燃料电池2蓄电池2超级电容为能量源系统的混合动力汽车能量源系统控制策略,使用

ADVISOR软件对改装成燃料电池2蓄电池2超级电容混合动力驱动系统的某国产经济型轿车进行仿真研究。仿真

结果表明,蓄电池与超级电容组合的辅助能量源系统作为燃料电池混合动力车能量源的一部分是可行的,超级电容真正起到“削峰填谷”的作用,体现了以蓄电池2。

关键词:混合动力汽车　控制策略　仿真　燃料电池　中图分类号:U469.79

文献标识码:A

of2battery2ultracapacitorHybridElectricVehicle

ChenJing1　WangDengfeng1　LiuBinna2

(1.JilinUniversity,Changchun130025,China

2.QingdaoAutomobileFactory,Qingdao266071,China)

Abstract

Thecontrolstrategyofthefuelcell2battery2ultracapacitorhybridelectricvehicle’senergysystemwasestablished.Basedonadomesticeconomycarconfiguration,thesimulationanalysisaboutarefittedfuelcellhybridelectricvehiclewasperformedusingADVISORsoftware.Thesimulationresultsindicatethatusingbatteryandultracapacitorastheassistedenergysystemoffuelcellhybridelectricvehicleisfeasibleandtheadvantageofitisdistinct.

Keywords　Hybridelectricvehicle,Controlstrategy,Simulation,Fuelcell,Ultracapacitor

　　引言

由于燃料电池系统动态响应慢,在启动、急加速

和爬陡坡时燃料电池的输出特性无法满足车辆的要求,需要增加一套能量存储系统来解决该问题[1]。

目前燃料电池和辅助能量源之间的组合方式主要有[2～4]:燃料电池与蓄电池混合驱动系统、燃料电池和超级电容混合驱动系统、燃料电池、蓄电池和超高速飞轮混合驱动系统、燃料电池、蓄电池和超级电容混合驱动系统。燃料电池和蓄电池混合驱动系统存在蓄电池易过充放电而缩短使用寿命的问题;燃料电池和超级电容混合驱动系统具有快速充放电、回收制动能量、寿命高、成本低的优点,但由于超

级电容器存储的能量有限,只可以提供大约1min

的峰值功率。燃料电池、蓄电池和超高速飞轮混合驱动系统具有高比能量、高比功率、长循环寿命、高能量效率、免维护和良好的性能价格比等优点,但其技术实现存在一定的问题,成本很高,应用较少。燃料电池、蓄电池和超级电容混合驱动系统,可以把蓄电池的大能量密度和超级电容的高功率密度结合起来,在驱动过程中,蓄电池可以长时间提供足够的辅助能量,在需要比较大的辅助功率时,超级电容发挥主要作用,特别是在汽车制动能量回收的过程中,回收较大的回馈功率,以延长系统使用寿命,提高汽车动力系统的效率。

因此,本文对采用燃料电池、蓄电池和超级电容

收稿日期:2007212205

3高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(项目编号:20030183029)陈　静　吉林大学汽车工程学院　副教授,130025　长春市王登峰　吉林大学汽车工程学院　教授刘彬娜　青岛汽车厂　工程师,266071　山东省青岛市

第10期　　　　　　　　　陈静等:燃料电池2蓄电池2超级电容混合动力汽车控制策略37

混合驱动型式的汽车加以研究。

1　能量源系统的连接形式

能量源系统的具体连接形式如图1所示,多输入功率转换器由2个双向DC/DC转换器和1个单向DC/DC转换器组成。超级电容和蓄电池组各与一个双向DC/DC转换器连接,燃料电池与一个单向DC/DC转换器连接

。

对外放电,剩余不足的功率则由燃料电池来输出,并且要落在燃料电池的有效工作范围内。当系统需求功率大于燃料电池最大运行功率,则燃料电池运行在最大功率点,不足功率由超级电容补充。若还不能到达要求,则此时不管蓄电池的SOC是否高于期望值,蓄电池都要向外放电。

(5)再生制动模式

当汽车减速或制动时,如果制动强度较低,电动机的制动功率可以满足制动要求时,单独采用电机制动,

式,若超级电容的电,;如果制,,采用电动机制动与传统机械制动相结合的制动方式,此时电机发出最大制动功率,不足制动功率由机械制动弥补。212　能量源系统控制策略模块

根据能量源系统中燃料电池、蓄电池和超级电容的工作状态,建立燃料电池2蓄电池2超级电容混合动力汽车控制策略的Simulink模块框图,如图2所示。总的控制策略模块包含4个子模块,1个是控制燃料电池开/关的FCon/off子模块,3个是计算燃料电池输出功率的子模块。

图1Fig.1　Connectingformofenergysystem

2　能量源系统的控制策略

211　工作状态匹配

燃料电池、蓄电池和超级电容组成的混合能量源系统有以下几种工作模式:

(1)超级电容和蓄电池联合驱动模式

利用超级电容放电快、比功率大的特点,使用超级电容和蓄电池联合驱动形式起动汽车。当燃料电池预热达到正常工作温度后,再根据系统功率需求以及辅助能量源的荷电状态(SOC)值决定是否启动燃料电池。

(2)燃料电池单独驱动模式

当辅助能量源SOC值低于期望值且系统需求功率介于燃料电池最小输出功率与最大输出功率之间时,燃料电池输出的功率不仅要满足汽车功率要求,还要对辅助能量源进行充电。在充电过程中,应先对超级电容充电,当超级电容的SOC值回到期望值时再对蓄电池充电,使蓄电池的电量回到期望值,对辅助能量源进 …… 此处隐藏：5266字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……