基于LMS AMESim的车用燃料电池-锂离子动力电池混合动力系统能量管理仿真

基于20 k W燃料电池电堆及燃料电池测试系统,获得燃料电池极化曲线及氢气消耗量曲线;基于锂离子动力电池充放电系统,获得锂离子动力电池输出电压曲线。将试验所得数据导入到LMS AMESim软件中,分别构建燃料电池及锂离子动力电池模块,同时,构建仿真平台其他所需模块并搭建DC/DC变换器模型,建立燃料电池-锂离子动力电池混合的动力系统仿真平台。依据不同动力源的各自特点,引入能量控制策略,对该混合动力系统进行模拟仿真。在所选定新欧洲驾驶循环(new European driving cycle,NEDC)工况下仿真结果表明,该混合动力系统可以满足车辆在所选定工况下的动力需求。DC/DC变换器可提升并稳定燃料电池输出电压跟随母线电压,并通过对电流的分配进行功率在不同动力源之间的分配;燃料电池输出功率在合理范围之内,并取消燃料电池在低功率下的工况,从而保护燃料电池,延长其使用寿命;锂离子动力电池荷电状态(state of charge,SOC)始终保持在合理范围内,未出现过充或过放情况。研究结果可为搭建混合动力试验平台及整车搭载匹配提供理论依据及参考。     

车用双电源开绕组电机驱动系统绕组模式切换及电流控制策略

针对电动车用双电源双逆变器开绕组永磁同步电机驱动系统,提出星形、角形、独立3种绕组模式及实现方法。在分析各模式电机外特性的基础上,制定了绕组模式切换策略,其中的转矩饱和判定算法可实现对电机参数变化不敏感的绕组模式自动向上切换。同时提出了用于独立模式的多电平电流滞环调制算法,增加了电平数量及触发机制,可指定主电源并实时切换,从而实现两电源间的能量分配;其具有低开关频率和大功率差值两种控制方式,可达到不同的节能与能量分配效果。仿真结果表明:本文方法充分利用了各绕组模式的工作区间,减少了器件损耗并提高了系统效率,为双电源构型下车用动力系统的建立提供了理论依据与工程方案。     

一种双余度无刷直流电机转矩脉动抑制控制策略研究

针对两套并联绕组互差30°电角度的双余度无刷直流电机换相转矩脉动问题展开研究.提出一种基于变结构电流前馈的转矩控制方法.该方法结合对应相绕组轴线互差30°的特点,在均流控制的前提下,使用变结构控制策略独立控制两套绕组的电流以保证电机在换相时刻输出稳定的转矩.为了增加电流的响应速度,采用电流前馈控制方法提高电流的变化率.在MATLAB/Simulink环境下搭建模型进行仿真.结果表明,与传统的双余度电机均流控制策略相比,基于变结构电流前馈的转矩控制策略能够有效地降低电机的换相转矩脉动.     

基于规则的混合型燃料电池汽车能量管理策略

针对燃料电池存在的启停次数多和耐久性差等问题，本文主要对燃料电池与锂电池组合的混合驱动型燃料电池汽车能量管理策略进行研究。结合燃料电池汽车动力系统结构布置形式，通过使用AVL Cruise软件，搭建燃料电池汽车整车模型，并对燃料电池汽车能量管理策略进行分析，给出了能量管理控制策略工作流程。同时，通过Matlab DLL方式，将在Matlab/Simulink中制定的能量管理策略模型加载到整车仿真模型中，采用NEDC测试工况进行仿真分析。仿真结果表明，车辆在NEDC循环工况运行过程中，仿真车速与期望车速重合度较高，呈现出较好的车速跟随效果，满足驾驶员对车速的需要，使动力电池SOC保持在合理范围内。改变仿真初始条件，当电池SOC初始值为75%,55%和45%时，氢气消耗量有所不同，最高可达2.131 kg/100 km,该研究对实车能量控制具有一定的借鉴意义。     

某氢燃料电池巴士系统匹配设计

高效、纯净的氢燃料电池新能源巴士是近年来汽车领域中的热点.结合城际/城市巴士的道路交通工况和工程实际需求,本文研发了一种30 kW的氢燃料电池与动力电池并联式的电电混合动力系统.该系统综合分析了多种电气拓扑架构组合的优劣势,依据理论计算和现有资源选择了各子系统相互匹配的参数,同时开发了该系统的测控软件.在此基础上,使用电流可调节的升压DC/DC变换器设计了功率分配控制器,实现了氢燃料电池输出功率连续可调节的功能.最后搭建了该系统的全尺寸试验台架进行部分试验,实验结果表明该系统满足实际功能需求.     

燃料电池混合动力系统输出功率跟随研究

为提高燃料电池混合动力系统功率输出的动态特性,并提高其经济性,在基于DC/DC变换器微分平坦控制的基础上提出了基于高效率功率跟随的混合能量管理策略,建立了包括燃料电池、锂电池、DC/DC变换器和负载等部件的数学模型,并进行了仿真实验。研究结果表明:基于微分平坦控制的DC/DC变换器控制方法能够改善系统的动态响应,修正后的电池的荷电状态(SOC)维持且接近期望SOC值;燃料电池的高效率功率跟随控制策略可以实现系统功率的合理分配,使得混合动力系统可以更安全、高效地运行。     

基于氮氢混合气为燃料的PEMFC性能仿真分析与研究

建立以氮氢混合气(氮氢摩尔浓度比1∶3)为燃料的盲孔阳极PEMFC二维动态模型,研究分析燃料电池在阳极流道末端吹扫阀未工作状态下电流与电压随着时间的变化、阳极流道内氢气浓度随时间与空间的变化、吹扫阀控制策略对燃料电池输出特性的影响以及燃料效率随电压的变化。结果表明,当吹扫阀关闭且输出电压一定时,电池的输出电流能够在对应的特定值稳定工作一段时间后急剧下降,其次合理的设置吹扫阀的吹扫时间能够保证电池稳定的工作,当输出电压为0.62V时,燃料电池的效率约为53%,比文献中的实验值高56%。研究结果能够为使用氨气重整气为PEMFC燃料的可行性提供参考。     

双电机行星耦合驱动系统台架试验研究

为对双电机行星耦合驱动系统的力学特性和效率特性进行研究,搭建其试验平台,进行台架试验和数据分析。试验内容包括双电机行星耦合驱动系统输出外特性试验、单电机驱动模式和双电机耦合驱动模式的效率特性试验。测试结果表明,该试验平台能够实现对系统性能的有效测试,在满足车辆动力需求的前提下,双电机行星耦合驱动系统可有效提高动力传动系统高效区的范围。       

燃料电池混合动力汽车可调双向DC/DC变换器设计

双向DC/DC变换器作为燃料电池汽车的关键部件之一,在动力部分的能量转换中扮演着重要角色,对于整车的能量分配和管理有重要的作用.基于燃料电池汽车对双向DC/DC变换器的要求,设计电流/电压可调双向Buck/Boost变换器拓扑电路,分析其工作原理,对电路的元器件进行了参数计算和选型,并设计了其控制电路及制作了1 600 W的样机.实验结果表明:该变换器具有输出电压/电流可调节、控制精度高、响应速度快、效率高等特点.     

混合动力汽车模糊逻辑转矩管理策略仿真

以并联混合动力系统的工作模式为基础,结合发动机和电机的性能特性,利用需求转矩与发动机最佳转矩之差和电池电荷状态(SOC)作为输入,以发动机实际输出和最佳转矩值的比值作为输出,构建了模糊推理规则和推理器,用以确定发动机和电机的最佳转矩分配,实现系统的总体能量转换效率最高.仿真结果表明,与采用精确门限参数的策略相比,所设计的模糊逻辑转矩管理策略的燃油经济性有较大提高,并能控制电池SOC在工作区保持稳定.     

基于系统效率最优的新型混合动力汽车控制策略

为了充分发挥混合动力汽车节省燃油和降低排放的控制效果,研究了一种基于行星齿轮机构的新型混合动力汽车动力传动系统方案.在对其驱动系统关键零部件性能实验与数值建模的基础上,综合考虑发动机、ISG电机和动力电池组以及传动系统效率,分析了系统相关典型工作模式下的纵向动力学方程,推导出系统效率模型,提出了基于系统效率最优的全工况整车控制策略,制定了整车的工作模式切换规则与换档控制策略.在MATLAB/Simulink环境下,建立了整车性能仿真模型,结果表明,采用该控制策略能使整车动力性与燃油经济性较传统车明显提高,最后通过台架试验对该方案进行了验证.     

并联混合动力汽车模糊控制能量管理策略研究

针对一款并联混合动力汽车,以提高整车燃油性和改善尾气排放为控制目标进行了能量管理策略研究。将混合动力系统整车需求转矩与当前转速下的发动机最优转矩差值（ΔT）、电池组荷电状态（SOC）作为模糊转矩控制器输入,发动机输出转矩作为控制器输出,设计了25条控制规则,基于ADVISOR仿真验证该策略的有效性和可行性。仿真研究表明,提出的能量管理策略提高了发动机工作效率,减少了燃油消耗和尾气排放,并能维持电池组的SOC在合理的范围内波动。     

单电机重度混合动力系统模式切换协调控制策略

针对单电机重度混合动力系统纯电动驱动至混合驱动模式切换过程中出现纵向驾驶性能降低的问题,提出了一种分阶段的动力源与离合器协调控制策略。建立了面向控制的模式切换过程系统动力学模型,根据发动机和离合器的不同状态,将模式切换过程划分为4个阶段,基于前馈-反馈控制方法设计了分阶段的协调控制策略,用于调节动力源和离合器的转速转矩。仿真对比以及台架试验结果表明,所提出的协调控制策略能有效提高单电机重度混合动力系统的纵向驾驶性能,并能减小离合器磨损。     

并联式混合动力液压挖掘机动力源特性研究

针对液压挖掘机在15s的一个典型工作周期下的工况,分析液压挖掘机的工况特点,建立并联式混合动力液压挖掘机动力源部分的数学模型,提出一种并联式混合动力液压挖掘机动力参数的优化组合配置,研究空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制的永磁同步电机（PMSM）以及NiMH电池组在典型工作周期下的发电/电动、充电/发电能量转化效率、电机转速、转矩等动态响应特性以及SOC变化特性.仿真结果表明,该优化组合的动力总成能满足液压挖掘机动力需求和能量转化效率要求,能提升整机系统的油耗特性,并且电池系统只充当能量交互的媒介,实现液压挖掘机的高效节能的控制.     

双行星排汽车纯电驱动模式的转矩分配策略

针对双电机纯电驱动模式的转矩分配问题,在分析双行星排插电式混合动力系统能量流动特性的基础上,设计主电机高效工作区间控制策略. 该策略利用双电机工作特性的差异达到高效工作区间互补的目的,并在双电机转矩耦合模式下保护主电机的工作效率. 为了解决传统模糊控制器控制精度不高的问题,设计双模糊控制器控制系统,结合所提出的电机工作区间划分方法实现电机工作区间的自适应调节与等效放大. 以驱动系统能量转化效率与电机转矩脉动系数为自变量构建适应度函数,基于遗传算法对系统的控制规则进行多目标寻优. 仿真结果表明,在2种控制策略中遗传算法-双模糊控制器控制策略的耗电量更低,系统综合效率分布情况接近动态规划（DP）经济性最优结果,对电机输出转矩波动情况的控制也更加合理. 将其应用于混合动力系统,车辆百公里综合油耗较主电机高效工作区间控制策略的降低3.27%.     

混联式混合动力汽车动力系统参数匹配的研究

混合动力汽车动力总成参数的合理匹配是混合动力汽车产品开发的重要前提和基础性工作.在对混联式混合动力汽车动力总成结构和整车控制策略分析的基础上,分别进行发动机、电动机和蓄电池等动力总成部件的选型和参数设计,并对传动系统进行参数设计.针对发动机、永磁同步电动机和镍氢蓄电池的工作特性建立模型,并基于NEBC工况进行仿真,得出发动机扭矩、电动机扭矩和蓄电池荷电状态的变化曲线.结果表明,混联式混合动力汽车动力系统的参数匹配合理.     

汽车电动助力转向系统试验台设计

为对汽车电动助力转向系统工作性能进行研究,在对其结构原理进行分析的基础上,搭建电动助力转向试验台。系统采用电动机、扭矩传感器、汽车转向系统搭建硬件环境,应用Labview和研华数据采集卡编写相关测试系统,完成数据采集,信号分析和信号控制等功能。该系统通过采集分析EPS电机电流、EPS扭矩、电动机输入输出扭矩等数据,对EPS的性能及控制策略进行全面分析,提高EPS的开发效率和质量。实验结果表明该试验台测试系统性能良好。     

电动汽车高频交流功率驱动系统

为了改善和提高电动汽车电气驱动系统的性能 ,提出了一种用于电动汽车的高频交流功率驱动系统。该系统由高频谐振逆变器、高频变压器和高频交流脉冲密度调制变频器组成。高频谐振逆变器将电池组的直流电压逆变为 2 0kHz的高频交流信号 ,由高频变压器分配给系统的各个部分 ,采用零电压开关技术的高频交流脉冲密度调制变频器作为变频电源驱动电机 ,推动车辆行驶。研究表明 ,本文提出的高频交流功率驱动系统可以满足电动汽车不同的功率要求 ,具有噪音低、效率高、体积小、重量轻、能量密度高和动态响应快等优点     

AMT混合动力系统驱动模式能量优化控制

在AMT混合动力系统转矩优化分配算法的基础上,提出了以动力总成系统效率最大化为目标的AMT档位优化控制来优化转速,并通过离线优化求解确定了不同状态(发动机和电机功率、车速、蓄电池SOC)下AMT的最优化档位控制规律和电机最优化转矩。仿真试验结果表明,能量优化控制算法显著改善了整车燃油经济性。     

基于 Stateflow 的电动汽车再生制动控制策略

针对东风EJ02电动汽车进行了再生制动控制策略研究,通过对制动动力学与制动法规的研究,结合电池充电特性与电机输出特性,提出了在保证制动稳定性和电池安全性的前提下,最大限度回收制动能量的再生制动控制策略,并在ADVISOR仿真平台上结合Matlab Stateflow对该策略进行了建模与仿真分析,进行了3种工况的台架试验,得到不同工况的续驶里程。结果表明,该控制策略在保证电池安全性的前提下充分利用了电机的制动转矩,大幅提高了制动能量的回收,增加了电动汽车的续驶里程。