燃料电池发动机冷启动进气预热系统性能研究

为了分析冷启动过程中质子交换膜燃料电池发动机的空气加热系统的工作性能,采用ε-NTU方法和CFD仿真技术得到了双流程换热器内部的温度分布,研究了冷却液温度和流量对整体散热器的换热性能的影响。通过比较发现模拟值与测试数据的误差小于10%,表明仿真模型和采用多孔介质模型的研究方法的可行性。根据仿真结果,采用遗传算法得到了该系统采用的铝制散热器的冷却液的最优参数组合,研究结果为优化空气预热系统,提高散热器的冷却效率提供了指导。     

燃料电池系统空气流量振荡分析与控制

针对低压燃料电池系统大负荷状态下存在的空气流量振荡问题展开研究。在分析原系统结构的基础上,采用半经验的方法对鼓风机进行精确建模,进而建立整个空气系统的动态模型,该模型考虑鼓风机寄生功率对燃料电池系统功率的影响。采用试验数据对模型进行验证,结果证明模型能精确地实现对空气系统的模拟与仿真。然后根据模型仿真以及控制系统稳定性理论对空气流量振荡的原因进行分析,其中理论分析采用原系统的简化模型。分析结果表明,原系统中采用鼓风机电流作为闭环反馈信号是空气流量振荡的根本原因。因此对空气流量的控制算法进行改进,打开电流环,并优化控制参数。试验结果证明,改进后的控制算法能有效消除空气流量的振荡,控制效果良好。     

燃料电池发动机冷启动进气预热系统性能研究

为了分析冷启动过程中质子交换膜燃料电池发动机的空气加热系统的工作性能,采用ε-NTU方法和CFD仿真技术得到了双流程换热器内部的温度分布,研究了冷却液温度和流量对整体散热器的换热性能的影响。通过比较发现模拟值与测试数据的误差小于10%,表明仿真模型和采用多孔介质模型的研究方法的可行性。根据仿真结果,采用遗传算法得到了该系统采用的铝制散热器的冷却液的最优参数组合,研究结果为优化空气预热系统,提高散热器的冷却效率提供了指导。     

燃料电池混合动力参数辨识及整车控制策略优化

为优化燃料电池混合动力系统经济性及耐久性,建立了模型参数辨识及整车控制策略优化方法.首先给出了燃料电池混合动力系统氢气消耗及蓄电池模型参数的最小二乘离线辨识算法.台架试验验证了其有效性.其次给出了整车控制策略,包括电动机控制策略和能量管理策略两部分.电动机运行状态根据挡位信号和司机踏板信号可以划分为两类:制动状态和非制动状态.电动机目标转矩在这两类状态中采取不一样的计算方法.能量管理策略包括稳态分配和动态补偿两个模块.再次,采用基于多目标的遗传优化算法对整车控制策略相关参数进行优化,优化目标为混合动力系统在"中国城市公交典型工况"中等效氢气消耗量最小.工况测试结果表明,使用优化算法后系统经济性从9.6 kg/100km提升到7.6 kg/100km,减小了燃料电池输出功率的波动并维持蓄电池SOC在平衡点附近.     

新软件技术在燃料电池客车控制系统中的应用

燃料电池城市客车的部件繁多,结构复杂,包括燃料电池发动机、蓄电池、DC/DC和电动机等多个部件节点,其控制系统多采用复杂的分布式控制系统.该控制系统信息流量大、控制任务复杂、实时性要求高,在开发与运行过程当中对数据监控、故障诊断、程序在线更新、数据传输等都提出了更高的要求.在燃料电池城市客车控制系统研发与装备过程中,采用了OSEK/VDX标准的实时操作系统、硬件在环实时仿真、时间触发控制器局域网(Controller area network, CAN)以及无缝自动代码生成等最新的软件技术,这些新技术的应用,有效地提高了燃料电池客车控制系统的开发效率,降低了系统故障率,并为燃料电池客车的优化控制构建了一个开放的技术平台.     

基于ARM9和MPC56x的燃料电池发动机双核主控制器的研制

燃料电池发动机控制系统具有输入输出通道多、控制变量多和控制算法复杂等特点。针对燃料电池分布式控制系统中的主控制器,提出了采用ARM系列单片机进行上层算法的计算、采用MPC56x系列单片机进行底层输入输出和外围驱动接口、采用CAN总线进行信息交互的双核控制器的设计思路。设计了ARM和MPC56x兼容的数字核心接口板,并对双核的燃料电池发动机主控制器进行了验证。     

燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真

燃料电池混合动力系统包括燃料电池发动机、直流直流变换器(Direct current to direct current converter, DCDC)、镍氢动力电池和电动机等部件.根据台架试验数据建立燃料电池混合动力系统模型.模型考虑燃料电池性能衰减、总线电压对电动机转矩和效率的影响、DCDC效率和动态过程以及动力电池充放电内阻特性.燃料电池因长时间运行而造成的性能衰减将导致能量管理算法失效.DCDC效率在公交工况下变化不大,其动态过程可以用一阶延迟环节近似.动力电池充放电内阻影响等效氢气消耗量的计算.总线电压对电动机效率与转矩的影响可以用修正系数代替考虑.能量管理算法采用动力电池荷电状态(State of charge, SOC)稳态平衡和燃料电池动态功率补偿相结合的方法,以保持动力电池SOC水平,并在加载过程中防止燃料电池功率突变.仿真结果表明,所建立的模型能反映实际工况中的功率分配情况,动力电池SOC维持在预定区域,燃料电池功率加载速率得到限制.进一步分析表明,随着燃料电池性能衰减,通过调整稳态平衡算法,可以维持SOC水平,保证整车动力性、经济性.     

燃料电池城市客车数据支持系统设计

为了获取并分析燃料电池城市客车的运行数据,研究燃料电池发动机在长期运行下的性能变化和进行控制策略优化,建立了相关的数据支持系统。本文所设计的数据支持系统,使用低成本大容量的Micro-SD卡作为数据存储器,实现大量运行数据的记录。在处理器方面,采用燃料电池发动机主控制器MPC5xx的TPU模块作为处理单元,无需增加额外的计算单元,同时该系统在运行过程中不影响主控制任务的实时性。     

并联式混合动力挖掘机系统设计及其耦合控制策略

基于某6 t级小型挖掘机,设计以超级电容作为储能元件的并联式混合动力系统,并给出动力系统各部件的参数。并联式混合动力挖掘机的动力系统是具有强非线性的双输入双输出耦合系统:输入为发动机加速踏板命令和启动发电一体机(Integrated starter generator,ISG)转矩命令,输出为发动机转速和超级电容的电荷状态(State of charge,SOC)。在Matlab/Simulink中对动力系统建模,并提出3种控制策略进行仿真。仿真结果表明,使用发动机加速踏板命令和ISG转矩命令耦合控制发动机转速和超级电容SOC的"耦合控制策略"较优。另外,以某型6吨挖掘机为基础,制造一台混合动力挖掘机原型机,并且设计基于CAN网络的分布式控制系统,基于MPC561单片机自主开发一款32位整车控制器。实车试验的结果表明,耦合控制策略能够实现发动机转速波动在±100 r/min以内,超级电容SOC在循环间基本保持不变,发动机工作在相对高负荷低油耗工作区,系统综合节油率在15%左右。