基于LMS AMESim的車用燃料電池- 鋰離子動力電池混合動力系統(tǒng)能量管理仿真

紀常偉， 李 響， 梁 晨， 汪碩峰， 牛會鵬， 史凡銳

(1.北京工業(yè)大學環(huán)境與能源工程學院， 北京 100124；2.北京電動車輛協(xié)同創(chuàng)新中心， 北京 100124；3.北京汽車研究總院有限公司， 北京 101300； 4.北京新能源汽車股份有限公司， 北京 102606)

燃料電池作為一種發(fā)電裝置，可將蘊含在燃料中的化學能直接轉化為電能. 與傳統(tǒng)蓄電池不同，其反應物是由外部供應而不是儲存在電池內部. 因此，燃料電池無須充電，可長時間輸出電能[1]. 相較于其他種類的燃料電池，質子膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)以其比能量高、工作溫度低等優(yōu)點，被廣泛應用于電動汽車等領域[2-3]. 但由于PEMFC動態(tài)響應較慢且無法回收制動能量，使其在實際應用中受到限制[4-5]. 鋰離子動力電池因具有動態(tài)響應快、可快速充放電等優(yōu)點也被應用在汽車等領域，但由于充電時間較長、續(xù)航里程有限等缺點，其應用也受到限制[6]. 因此，將兩者并聯(lián)組成混合動力系統(tǒng)作為汽車的動力源，可有效結合燃料電池與鋰離子動力電池的優(yōu)勢，彌補不足.

謝星等[7]基于Cruise和Simulink軟件分別搭建燃料電池及整車模型進行聯(lián)合仿真研究，研究結果表明動力系統(tǒng)可滿足動力性需求且鋰離子動力電池荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)保持在合理范圍內. Mokrani等[8]基于Simulink軟件提出電力系統(tǒng)的拓撲結構及其各子系統(tǒng)的識別方法，實現(xiàn)了車輛的無中斷供電. 李奇等[9]應用ADVISOR仿真軟件建立了燃料電池與蓄電池混合動力系統(tǒng)模型，提出并驗證了基于模糊邏輯控制的能量管理策略的可行性. 曹楠等[10]搭建了燃料電池- 鋰離子動力電池縮比實驗臺，驗證了動態(tài)負荷下系統(tǒng)的響應及跟隨情況.

本文利用LMS AMESim軟件基于20 kW車用燃料電池和8 A·h鋰離子動力電池搭建了燃料電池- 鋰離子動力電池混合動力系統(tǒng)仿真模型. 其中，燃料電池的性能曲線和鋰離子動力電池輸出電壓曲線分別通過燃料電池實驗平臺和鋰離子動力電池充放電測試設備獲取. 隨后，在選定工況下對系統(tǒng)進行聯(lián)合仿真，確定滿足車輛動力需求的動力匹配及控制策略，并為燃料電池- 鋰離子動力電池混合動力試驗研究及整車測試提供參考和依據(jù).

1 混合動力系統(tǒng)仿真平臺建立

1.1 混合動力系統(tǒng)拓撲結構

燃料電池- 鋰離子動力電池混合動力系統(tǒng)所選用的拓撲結構如圖1所示. 基于燃料電池高電流低電壓的特性，在燃料電池與電機及其控制器單元中間增加DC/DC變換器，用以提升燃料電池電壓并與母線電壓相匹配. 由于DC/DC變換器輸出端與輸入端功率不變(不考慮損耗)，且電流與電壓呈反比關系，因此在DC/DC變換器輸出端提升了輸出電壓并降低輸出電流. 由于燃料電池電壓得到提升并且維持穩(wěn)定狀態(tài)，進而可由DC/DC變換器通過控制輸出電流來控制燃料電池的輸出功率，實現(xiàn)功率分配. 該混合動力系統(tǒng)采用燃料電池為主，鋰離子動力電池為輔的方式運行. 車輛大部分工況由燃料電池單獨供電，但當車輛所需功率大于燃料電池最大輸出功率時，鋰離子動力電池作為補充動力提供額外功率輸出；當車輛所需功率小于燃料電池最大輸出功率時，燃料電池可根據(jù)鋰離子動力電池的SOC狀態(tài)為鋰離子動力電池充電；當車輛所需功率小于燃料電池最小輸出功率時，為保護燃料電池，此時由鋰離子動力電池提供全部輸出功率. 此外，鋰離子動力電池可回收車輛制動過程中產生的制動能量.

在變式過程中，不論習題怎么變化，總體方向都應該以考試說明為主.不能為了改變而改變，導致最后出來的題目與考試內容無關，這樣不僅浪費了學生的時間，還可能會打擊學生學習的積極性.

荷里路德宮的前身是荷里路德修道院。1498年，蘇格蘭國王（蘇格蘭原為獨立國）詹姆斯四世在修道院舊址上興建了荷里路德宮，詹姆斯五世繼位后加建高塔，宮殿就成了現(xiàn)在的樣貌。16世紀初，蘇格蘭王室從愛丁堡城堡遷到了這里，隨著歷史的變遷，這里現(xiàn)已成為英國女王在蘇格蘭的官邸。

1.2 仿真軟件介紹

LMS AMESim軟件為多學科領域復雜系統(tǒng)建模仿真平臺. 通過此平臺可建立較為復雜的包含多個學科、領域的系統(tǒng)模型，并進行仿真計算分析，同時可研究模型的穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)特性. 利用該軟件可以完成機電一體復雜系統(tǒng)的分析. 由于該平臺具有非常實用的物理模型模塊，應用該軟件可以避開數(shù)值分析與編程等煩瑣步驟[11]. 因此，利用該軟件，基于試驗平臺數(shù)據(jù)，建立混合動力仿真模型，可以更有效地反應車輛真實行駛狀況，為日后混合動力實驗平臺搭建及試驗提供理論參考依據(jù).

1.科研成果轉化過程解析。通過對油田博士后已經完成和正在開展的科研項目的研究分析來看，從選題到啟動研究到成果形成再到轉化應用，最后見到效果，整個過程都有不同程度的轉化行為，其轉化過程大致分解為研究、形成和應用三個階段，應用階段包括推廣傳播、組織實施和效果產出三個環(huán)節(jié)。如圖1所示。

本文所使用的LMS AMESim軟件模塊主要包括：燃料電池、動力電池、控制單元、電機、整車及駕駛員等模塊. DC/DC變換器模型需要單獨搭建.

1.3 駕駛員模型建模

駕駛員模型是通過當前車速與下一時刻目標車速進行比對，判斷下一時刻輸出加速(0：無加速；1：最大加速度)或制動(0：無制動；1：最大制動加速度)信號，將信號輸送給整車控制器，從而控制車輛行駛速度.

模型中，對于加速的PID控制見公式

err=Vcont-Vveh

(1)

(2)

dVcontAnt=(VcontAnt-Vcont)/adVAnt

(3)

(4)

式中：err為目標車速與當前車速的誤差；Vcont、Vveh、VcontAnt分別為目標車速、當前實際車速以及預期控制車速；acc為加速控制參數(shù)，其值范圍為0～1；GPacc為加速度控制回路的比例增益；GIacc為加速度控制積分增益；GAacc為加速度控制預期增益；adVAnt為提前控制時間；Iacc為加速過程中的積分部分.

從而使納米級鉑顆粒失去載體，導致鉑的流失或團聚，降低催化性能，甚至導致催化層結構坍塌[18-19]. 通過圖3可知，當燃料電池輸出功率為2.75 kW時，此時燃料電池輸出電壓為88.26 V，單片平均電壓為0.802 V. 此時燃料電池單片電壓過高，因此在不影響動力性的條件下，取消燃料電池在2.75 kW以下的工作模式，由鋰離子動力電池輸出全部需求功率. 同時，由圖2可知，燃料電池的最大輸出功率為23.09 kW，燃料電池最大輸出功率并未達到濃差極化階段. 因此不會產生較大的電壓下降，損害燃料電池[20]. 因此，在模型中選取燃料電池最小輸出功率為3 kW，最大輸出功率為23.09 kW.

(5)

(6)

式中：brak為制動控制參數(shù)，范圍為0～1；GPbr制動控制比例增益；GIbr制動控制積分增益；GAbr為制動控制預期增益；Ibr為制動過程中積分部分.

駕駛員模型參數(shù)如表1所示.

表1 駕駛員模型參數(shù)

1.4 燃料電池模型建模

本文采用燃料電池在大部分工況下作為混合動力系統(tǒng)中動力的主要來源. 所使用的燃料電池為質子交換膜燃料電池，其基本性能參數(shù)如表2所示，燃料電池試驗平臺如圖2所示. 為確保燃料電池在運行過程中處于安全、可靠、高效的工作狀態(tài)，需要對燃料電池進行性能試驗. 利用試驗獲得的燃料電池性能試驗最優(yōu)結果，完成LMS AMESim軟件中燃料電池模型的建模.

教師先提供眾多數(shù)學信息，讓學生借助日常生活經驗去閱讀整理，同時進行多層次、多維度的思考，發(fā)現(xiàn)并提煉出有價值的數(shù)學問題。在眾多的信息中，對這些數(shù)學問題進行重組，這個過程的實質就是滲透初步的數(shù)學建模思想，從而訓練學生抽象、概括的學習能力，有效培養(yǎng)學生的觀察力。

表2 燃料電池基本性能參數(shù)

當需求功率小于燃料電池最小輸出功率且鋰離子動力電池需要充電時，燃料電池將工作在最佳效率點，所輸出的功率提供需求功率，其余部分為鋰離子動力電池充電.

(7)

(8)

(9)

式中：ENernst為熱力學電動勢；Tfc為燃料電池溫度；Tref為參考溫度；PH2為氫氣分壓值；PO2為空氣分壓值；FO2，reacted為氧氣消耗質量流量；MO2氧氣摩爾質量；N為電堆中單體個數(shù)；Ist為燃料電池電堆電流；F為法拉第常數(shù)；λ1為過量空氣系數(shù)；FH2，reacted為氫氣質量流量；MH2為氫氣摩爾質量；λ2為過量氫氣系數(shù).

中國鄉(xiāng)土社會的一個特點是“這個社會里的人是在熟人里長大的。在社會學里，我們稱之為Face to Face Group，直譯是‘面對面的社群’。”[5]基于中國人情社會的本土特征，通過在中小城市當?shù)卣心即砩特撠烝PP的地推，使中小城市實體手機門店注冊成為APP新門店，并通過當?shù)貙嶓w門店對四五線中小市縣居民進行淘寶、支付寶等APP安裝，完成APP推廣渠道落地下沉的主要使命。這類APP以平臺功能性、價值激勵性、人情地推性為特征的延伸觸角方式為縣級連接提供了另一種角度的啟示。

綜上所述，針對公路進行養(yǎng)護時，不僅需要及時掌握翻漿現(xiàn)象出現(xiàn)的主要成因，同時也需要根據(jù)具體情況對導致翻漿現(xiàn)象出現(xiàn)的主要因素和條件加以分析，通過加大排水力度、提升施工管理、及時換填土以及提升養(yǎng)護效率等方式加大對翻漿現(xiàn)象的預防及養(yǎng)護效果，保證公路的正常運行，提升交通安全效率，加速實現(xiàn)我國走可持續(xù)發(fā)展路線的基本目標。

氣體壓力值根據(jù)文獻[14]及燃料電池本身特性進行確定. 根據(jù)電堆使用說明書，氫氣與空氣壓差不宜過大且氣體壓力小于0.2 MPa. 因此，氫氣與空氣采取相同壓力0.18 MPa，防止質子交換膜發(fā)生形變而造成損壞.

過量空氣系數(shù)的確定根據(jù)文獻[15]，并經過試驗測定，系數(shù)為2.5. 但在電流密度較低時，空氣需及時帶走陰極產生的水，防止水淹，因此需加倍.

1.5 鋰離子動力電池模型建模

1) 當車輛處于制動狀態(tài)時，燃料電池與鋰離子動力電池輸出功率均為0，但鋰離子動力電池SOC小于100%時，此時鋰離子動力電池將對制動能量進行回收；反之，則不進行制動能量回收.

表3 鋰離子動力電池參數(shù)

鋰離子動力電池單體輸出電壓由其開路電壓、內阻及電流決定，而電池組的輸出電壓由單體輸出電壓及單體個數(shù)決定. 鋰離子動力電池SOC狀態(tài)由其額定容量、電荷量及時間決定，詳見

Vcell=V0cell-RcellIcell

(10)

Vbank=VcellNcell

(11)

(12)

式中：Vcell為單體輸出電壓；V0cell為單體開路電壓；Rcell為單體內阻；Icell為單體電流；Vbank為電池包輸出電壓；Ncell為電池包單體個數(shù)；Cnom為額定容量.

利用充放電系統(tǒng)(如圖5所示)將鋰離子動力電池充滿電后進行放電，測定鋰離子動力電池輸出電壓隨SOC的變化曲線，如圖6所示；而高低溫箱設備則提供鋰離子動力電池的工作環(huán)境，本研究中鋰離子動力電池工作環(huán)境為25 ℃，濕度為60%. 由圖6可知，鋰離子動力電池輸出電壓隨SOC的增加而上升，且增幅逐漸減小，SOC在70%～90%時，電壓最為平穩(wěn).

1.6 DC/DC變換器建模

從燃料電池特性曲線(見圖3)中可以看出，隨著電流的升高，電壓呈下降趨勢. 而負載一般都需要穩(wěn)定的高電壓輸出，并且燃料電池無法回收制動能量，因此，需要單向DC/DC變換器與燃料電池相連[16]. 作為混合動力系統(tǒng)中能量分配的主要部件，DC/DC變換器主要分為電流型和電壓型2種[17]. 混合動力系統(tǒng)中母線電壓由鋰離子動力電池決定，由于燃料電池輸出電壓通過DC/DC變換器計算變比后跟隨母線電壓，能量的輸出由輸出電流決定，因此本研究采用電流型DC/DC變換器. 當需求功率發(fā)生突變時，鋰離子動力電池可以快速響應，使燃料電池電流平穩(wěn)過度，保護燃料電池.

鋰離子動力電池輸出功率、電機需求功率及DC/DC變換器輸出功率關系為

Pbat=Pmotor-PDC/DC

(13)

式中Pbat、Pmotor和PDC/DC分別為鋰離子動力電池、電機和DC/DC轉換器輸出功率.

國家藝術基金項目“納西族東巴畫藝術百年展”共分為三個篇章。“傳統(tǒng)篇：致敬經典”，表現(xiàn)傳統(tǒng)東巴繪畫的民間之美和樸素之美；“現(xiàn)代篇：傳承匠心”，展示東巴畫傳承人和納西族文人畫家對東巴繪畫藝術表現(xiàn)和美學的探索發(fā)現(xiàn)；“未來篇：守望家園”，展現(xiàn)當代青年及學生對東巴藝術的學習、理解和嘗試。

配電網覆蓋面積廣、網架結構復雜、設備眾多、運行方式靈活多變，為日常運維管理帶來巨大的挑戰(zhàn)，對比新時代下客戶供電服務需求，我們目前的配網運維管理模式還存在較大差距，主要體現(xiàn)在：

DC/DC變換器模型如圖7所示.

1.7 整車及電機模型建模

整車及電機模型基本參數(shù)如表5所示.

在構建了模型所需的模塊后，將模塊組合為燃料電池- 鋰離子動力電池混合動力系統(tǒng)仿真平臺，如圖8所示.

表4 DC/DC變換器參數(shù)

表5 整車及電機模型基本參數(shù)

2 燃料電池- 鋰離子動力電池混合動力系統(tǒng)能量管理策略

能量管理模塊根據(jù)車輛的功率需求、鋰離子動力電池SOC狀態(tài)、燃料電池狀態(tài)及駕駛員的駕駛意圖，實現(xiàn)燃料電池與鋰離子動力電池之間功率的合理分配.

2月25日，江西省教育廳制定了江西省學校（幼兒園）食堂經營管理“十必須”和食品采購管理“十不準”，以規(guī)范學校（含幼兒園）食品經營行為，把好食品入口關，防控群體性食源性疾患。其中“十必須”規(guī)定，食堂管理必須實行校長（園長）負責制；農村義務教育學校食堂必須自辦，嚴禁外包；學校必須建立食物中毒或其他食源性疾患等突發(fā)事件應急處理方案等。“十不準”規(guī)定，不準向無許可資質的食品生產經營者采購食品原料、半成品和成品，不準向企業(yè)以外的食品生產經營者訂購食品；不準向中小學生、幼兒制售生食類、冷食類（不含水果）食品和裱花蛋糕等。

能量管理策略如圖9所示. 其中，PFC為燃料電池輸出功率，Pbat為鋰離子動力電池輸出功率，PFC-eff為燃料電池效率最高點輸出功率，PFCmin為燃料電池最小輸出功率，PFCmax為燃料電池最大輸出功率，SOCmin為動力電池SOC下限，SOCmax為動力電池SOC上限.

在策略的制定中，始終保持以燃料電池工作在合理范圍內為原則，在可滿足工況動力性的條件下，使其盡可能工作在效率最佳點. 當需求功率較大時，燃料電池的輸出功率將根據(jù)需求功率的變化而變化，而鋰離子動力電池則起到快速響應及功率補充的作用.

駕駛員根據(jù)當前車速及下一時刻車速進行油門踏板及制動踏板的控制，踏板的控制將提供車輛的需求功率值，控制單元接收到需求功率，根據(jù)鋰離子動力電池SOC狀態(tài)及燃料電池的輸出功率情況，判斷功率在2種動力源間的合理分配.

該滑坡的滑體為第四系全新統(tǒng)堆積層(Qdel 4)，巖性主要為碎、塊石夾粉質黏土，呈棕紅色，碎石粒徑一般2 cm～18 cm，呈棱角狀、碎塊狀，在滑坡體表部可見塊石最大粒徑為450 cm，呈散體結構。碎、塊石間的充填物為粉質黏土，含量約占30%?；瑤挥诘谒南祷露逊e層與基巖接觸面，呈折線形，主要為粉質黏土夾碎石、角礫，碎石角礫粒徑為0.5 cm～3.0 cm，黏粒含量較高，土石比約4∶1?；矠槿B系中統(tǒng)巴東組(T2b)泥質粉砂巖，巖層產狀348°∠36°。

鋰離子動力電池作為混合動力系統(tǒng)的輔助動力源，其電壓的變化決定了系統(tǒng)母線的瞬時電壓. 本研究中采用磷酸鐵鋰動力電池，其主要性能參數(shù)如表3所示.

2) 當車輛處于需求功率狀態(tài)時，此時需判斷需求功率是否小于燃料電池最小輸出功率，如小于且鋰離子動力電池無須充電時，為降低燃料電池單電池電壓，減少高電壓對碳載體的腐蝕，以保護燃料電池電堆，提高燃料電池使用壽命，使燃料電池輸出功率為0，需求功率全部由鋰離子動力電池提供. 由于燃料電池碳載體在65 ℃以上、電勢0.8 V以上的條件下，碳表面開始被氧化，發(fā)生如下化學反應：

DC/DC變換器參數(shù)如表4所示.

C+H2O→CO+2H++2e-

(14)

對于制動的控制見公式(1)及式

通過控制能斯特方程及燃料電池陰陽極氣體消耗量與電堆電流關系式[12-13]中所涉及的變量，式(7)～(9)給出了能斯特方程及PEMFC中陰陽板氣體消耗量與電堆電流的關系式，改變相關變量對PEMFC進行測試. 最優(yōu)性能曲線如圖3所示. 圖4為氫氣消耗量隨電流的變化曲線.

當需求功率大于燃料電池最大輸出功率時，燃料電池輸出最大功率，此時無論鋰離子動力電池是否需要充電，都輸出需求功率與燃料電池最大輸出功率的差值，由于鋰離子動力電池后備SOC較高，且此時工況持續(xù)時間較短，因此鋰離子動力電池不會產生過放.

當需求功率介于燃料電池最大輸出功率和最小效率點功率之間時，鋰離子動力電池如需充電，且需求功率小于最佳效率點功率時，燃料電池將輸出最佳效率電功率.

當需求功率介于燃料電池最大輸出功率和最小效率點功率之間時，鋰離子動力電池如需充電，且需求功率大于最佳效率點功率時，燃料電池將輸出需求功率與充電功率之和.

當需求功率介于燃料電池最大輸出功率和最小效率點功率之間時，鋰離子動力電池無須充電，燃料電池將輸出全部需求功率.

3) 當車輛處于怠速狀態(tài)時，此時鋰離子動力電池輸出功率為0，但需要根據(jù)其SOC狀態(tài)判斷是否需要充電. 當鋰離子動力電池SOC狀態(tài)大于設定的SOC最小值時，燃料電池不需要對外輸出功率為鋰離子動力電池充電，輸出功率為0；當鋰離子動力電池SOC狀態(tài)小于設定的SOC最小值時，此時燃料電池工作在最佳效率點，對鋰離子動力電池進行充電.

卷積層的主要作用是提取特征，分為3種卷積方式：寬卷積、窄卷積和不變卷積(此處的寬窄和不變指的是輸入矩陣經過卷積操作后長度的變化)。示意圖如圖4所示。

冬季季節(jié)性的積雪覆蓋是北半球中高緯度地區(qū)常有的現(xiàn)象。積雪是影響該區(qū)土壤溫度的重要因素。冬季積雪對CO2、CH4和N2O的通量變化有強烈影響[42]。積雪對土壤溫度的影響與積雪厚度有關。普遍認為積雪要高于30cm才能對土壤有較好的保溫作用[28，34，41]。冬季隨著雪深度的增加，北極凍原灌叢和草甸土壤呼吸分別有不同程度的增加，對年呼吸總量的貢獻也隨之增加[43]；而冬季積雪減少會加大土壤溫度的波動，使土壤養(yǎng)分損失加重[44]，較少的積雪條件下冬季土壤呼吸往往呈現(xiàn)脈沖式的釋放[34，45]。

對于需求功率的快速響應，鋰離子動力電池在功率響應方面優(yōu)于燃料電池，功率變化迅速，燃料電池無法及時跟隨，此時鋰離子動力電池則會補充需求功率與燃料電池輸出功率之間的差值[21]. 而當需求功率超過燃料電池需求的最大功率時，二者的差值則由鋰離子動力電池進行補充. 而由圖6可知，鋰離子動力電池輸出電壓隨SOC的變化，且當SOC為70%～90%時較為穩(wěn)定. 但為預留制動能量回收的SOC空間，設置SOCmin為70%，SOCmax為80%，保證鋰離子動力電池SOC 波動范圍較小，從而提高其循環(huán)壽命.

PEMFC燃料電池的運行溫度為60～80 ℃. 本研究中，通過控制循環(huán)水溫度來控制PEMFC電堆溫度，循環(huán)水溫度控制為60 ℃，且進出口溫差小于等于10 ℃，因此PEMFC電堆溫度控制在65～70 ℃.

3 模擬仿真計算及結果分析

在LMS AMESim模擬仿真軟件中構建燃料電池- 鋰離子動力電池混合動力系統(tǒng)模型并進行仿真，對上文提出的控制策略進行驗證及評價，驗證其可否滿足車輛動力需求，同時，監(jiān)測二者的工作狀態(tài).

本研究采用新歐洲駕駛循環(huán)(new European driving cycle，NEDC)為測試工況. NEDC包含4個市區(qū)工況(urban driving cycle，UDC)以及1個市郊工況(extra urban priving cycle，EUDC)，包括加速、減速、怠速和勻速4種狀態(tài)，能夠真實反映車輛在實際道路中的運行情況，因此采用NEDC工況作為本研究中的測試工況[22-23]. 圖10為車速與時間關系圖，通過觀察圖10可以看出，依托于PID控制的駕駛員模型以及能量匹配及控制，本研究中的混合動力系統(tǒng)可以滿足NEDC循環(huán)工況中速度及加速度的要求.

設定鋰離子動力電池初始SOC為75%，燃料電池初始電壓為107.77 V.

圖11為車輛需求功率隨時間的變化圖，圖12為燃料電池與鋰離子動力電池的輸出功率隨時間變化圖. 通過觀察圖11、12可以看出，整車在運行過程中，市區(qū)工況需求最大功率為9.15 kW，市郊工況最大需求功率為32.30 kW. 燃料電池最大輸出功率為23.08 kW，小于其最大輸出功率23.09 kW，同時，取消了其輸出功率在2.75 kW以下的工況，保證燃料電池輸出功率式中大于2.75 kW. 鋰離子動力電池最大輸出功率為9.30 kW，放電倍率為3.3 C，小于鋰離子動力電池最大放電倍率，在工作過程中，鋰離子動力電池承擔的輸出功率波動較大并且回收制動能量.

通過觀察圖13、14可以看出，燃料電池輸出電壓在74.1～85.6 V，電壓波動范圍較大，無法滿足電機及母線電壓的需求，且不利于能量的分配. 在經過DC/DC轉換器轉換后，電壓穩(wěn)定在359.4 V左右. 同時，DC/DC變換器輸出電壓可以跟隨母線電壓在允許范圍之內變化.

(1) 實驗結果表明，由于巖層傾角的存在，巷道底板兩腳部出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。隨外界載荷的增大，巷道圍巖應力變化主要表現(xiàn)為三個階段，當應力增大到超千米深井應力時，巷道拱部及底板發(fā)生變形破壞，圍巖失去承載能力，且巷道拱部左上角與底板右下角首先發(fā)生破壞，隨后向圍巖深部擴展，巷道圍巖出現(xiàn)大范圍變形破壞，而巷道左幫和右?guī)蛻鞋F(xiàn)象加劇。

對比圖12、15可以看出，燃料電池與鋰離子動力電池的輸出電流均與各自輸出功率變化趨勢一致，實現(xiàn)通過DC/DC變換器穩(wěn)定燃料電池輸出電壓并通過控制燃料電池輸出電流實現(xiàn)功率分配.

通過觀察圖16可以看出，鋰離子動力電池SOC狀態(tài)在市區(qū)工況由75%降至73%，NEDC完整工況SOC波動范圍為75.0%～73.6%，波動范圍不大，有助于保護鋰離子動力電池，延長使用壽命.

4 結論

本研究基于LMS AMESim模擬仿真軟件構建了燃料電池- 鋰離子動力電池混合動力系統(tǒng)的聯(lián)合仿真平臺，利用試驗臺架對燃料電池及鋰離子動力電池進行的性能測試結果，進行混合動力仿真. 在仿真平臺中對此能量管理策略進行驗證與分析，從仿真結果可知：

1) 在整車運行過程中，該能量管理策略及動力匹配方案可滿足NEDC工況所需的加速、減速、怠速和勻速的速度要求.

2) 燃料電池取消了高電壓工作區(qū)間，既降低了功率波動的區(qū)間，又保護了催化劑載體，有利于其壽命的延長. 此外，使用該策略燃料電池始終在活化極化與歐姆極化區(qū)域工作，未進入濃差極化區(qū)域，從而保護電堆. 在需求功率較大時，燃料電池可跟隨需求功率.

3) DC/DC變換器成功使燃料電池輸出電壓跟隨母線電壓，并通過分配電流的方式進行功率分配，降低能量控制的難度.

4) 利用該能源管理策略后，鋰離子動力電池SOC波動較小，同時沒有出現(xiàn)過充及過放現(xiàn)象，有利于延長鋰離子動力電池壽命.