質(zhì)子交換膜燃料電池汽車的能量監(jiān)控策略

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質(zhì)子交換膜燃料電池汽車的能量監(jiān)控策略

為降低車輛溫室氣體排放，主要研究了燃料電池、混合動(dòng)力及電動(dòng)汽車技術(shù)的開發(fā)。FCV（燃料電池汽車）相比混合動(dòng)力汽車及電動(dòng)汽車有以下優(yōu)點(diǎn)：近乎零排放、高能量利用率以及快速充電特性。由于工作溫度低（約70℃），PEMFC（質(zhì)子交換膜燃料電池）被廣泛用于FCV中。

為了建立FCV的能量監(jiān)控策略，搭建了低速FCV實(shí)車試驗(yàn)平臺(tái)，主要元件包括Axane提供的48V燃料電池、串聯(lián)蓄電池組（9×8V）以及作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的三相感應(yīng)電機(jī)。其中，電池組充分放電作為主能量系統(tǒng)，燃料電池輔助儲(chǔ)能。

針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)復(fù)雜、非線性和電路能量耦合等特點(diǎn)，引入能量宏觀表達(dá)法（EMR）對(duì)PEMFC、蓄電池組、感應(yīng)電機(jī)及環(huán)境工況進(jìn)行建模。EMR能夠綜合考慮多物理量特性并使得FCV中物理量之間的相互關(guān)系更加清晰直觀。燃料電池模塊中，電壓包括能斯特電位及過電壓、激活電壓、阻抗電壓和濃差電壓。蓄電池組模塊中，模型根據(jù)充電狀態(tài)（SOC）和電池的充、放電阻抗值得到輸出電壓值。三相感應(yīng)電機(jī)模塊采用矢量控制方法，包括Park變換和定子磁鏈目標(biāo)控制。路面環(huán)境模塊包括滾動(dòng)摩擦阻力、空氣阻力、坡度阻力以及加速阻力。最后，對(duì)模型進(jìn)行仿真并與實(shí)車平臺(tái)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證。

通過模型仿真得到燃料電池能量利用率與功率的關(guān)系曲線（圖1），可以看出，在低功率段，能量利用率呈現(xiàn)突變。為防止PEMFC系統(tǒng)的降解和老化，應(yīng)盡量使燃料電池工作在最大能量利用率區(qū)域?；谶@一理念，設(shè)計(jì)電池SOC控制方法，即根據(jù)SOC變量值與所設(shè)定閾值之間關(guān)系劃分燃料電池的3種工作模式：最大功率、最大能量利用率和停止。仿真結(jié)果表明，PEMFC系統(tǒng)能夠很好地在這3種工作模式下進(jìn)行切換。

K.Ettihir et al.2012 IEEE International Symposium on Industrial Electronics

編譯：張為榮