氢燃料- 光伏电池汽车动力系统分层能量管理策略
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关键词：燃料电池 光伏电池 能量控制 动力系统 建模仿真
Design and Working Condition Analysis of Power System of Hydrogen Fuel-PlV Cell Vehicle
Ren Ming，Wang Tie
A b s t r a c t ：The hot trend of automobile industry is the technology of new energy vehicle. But the photovoltaic cell vehicle and fuel cell vehicle has not been developed, which is the best development direction. This paper models fuel cells and photovoltaic cells according to their working principle and output characteristics, then compares and analyzes various DC/DC converters, and finally selects bidirectional full-bridge DC/DC converters as part of system control. The forward working mode is controlled by traditional phase shift and its transmission power is analyzed. By using matlab/simulink software, the mathematical model is modeled and simulated, and the vehicle power system model of hydrogen fuel photovoltaic cell is established. The energy control theory of hydrogen fuel cell and photovoltaic cell is analyzed and studied, and the coordinated control and energy management, that is, hierarchical energy management strategy, is designed.
Key words：fuel cell, photovoltaic cell, energy control, power system, modeling and simulation
1 引言
从近代的汽车发展情况来看，汽车科技 研究得到充分关注，发展迅速，从而引发了 严峻的能源、环境问题 [1]。汽车工业将会向节 能、减排方向发展，这样就形成了两条道路。 一条是从传统原始的内燃发动机着手，研究 突破新技术，能够将汽油更高效地利用起来， 可以起到节能的效果，同时在尾气排放方面 引进新技术，能够降低乃至零排放。另一条 就是发展新能源汽车，这个相比较研究传统 内燃机突破新技术更有发展前景，新能源汽 车本身使用的就是环保的可再生能源，所以 在节能、减排方面极大地符合了当前汽车工 业发展的趋势 [2]。而且，新能源相比较传统的 汽油在价格方面也是比较低廉。
池的 SOC 值来设计燃料电池的最优输出功率； 下层能量管理控制方法为根据光伏电池的输 出特性和蓄电池的 SOC 值来判断光伏电池的 最佳功率。下图为分层能量管理策略。
2.1 上层能量管理策略 根据燃料电池的稳态工作特性，进行划 分区域；然后再根据燃料电池的内部特性即 在充电和放电的时候电池内部电阻的特点， 划分不同工作状态；最后分析汽车的实际需 求功率来分配能量，设计出燃料电池的能量
图1 分层能量管理策略
蓄电池 SOC
燃料电池工作效率
需求功率
上层能量管理策参数 功率传输
下层管理策略
光伏电池
光伏电池输出特性
蓄电池 SOC
AUTO TIME 91
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三个能量源的能量管理策略设计控制管 理较为复杂，可以将其进行分层管理控制， 采用分层能量管理控制可以将三个能量源分 为两层，每层对两个能量源进行能量管理控 制，根据这一设计思路可以将本课题研究的 动力系统划分为氢燃料电池和蓄电池的能量 管理控制、光伏电池和蓄电池的能量管理控 制。该策略分为上下两层，上层的能量管理 控制方法为根据燃料电池的内部原理和蓄电
本文研究了氢燃料电池 + 光伏电池 + 蓄 电池的电动汽车的动力系统控制，分为多种搭 配供电情况，利用 matlab/simulink 软件进行 建模仿真，建立出氢燃料 - 光伏电池汽车动力 系统模型，对动力系统的能量管理进行了分层 控制，合理分配燃料电池和光伏电池的能量。
2 系统级的协调控制与管理
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车
时代汽车
氢燃料 - 光伏电池汽车动力系统分层能量管理策略
任明 王铁 沈阳理工大学 辽宁省沈阳市 110000
摘 要：汽 车产业的热门趋势是新能源汽车，光伏电池汽车和燃料电池汽车的技术却未被开发，正是最好的 发展方向。本文根据燃料电池和光伏电池的工作原理及输出特性，对其进行数学建模，选用双向全 桥 DC/DC 变换器，作为系统控制的一部分，使用传统移相控制正向工作模式，并对其传输功率进 行分析。利用 matlab/simulink 软件对上面的建立的数学模型进行建模仿真，建立出氢燃料 - 光伏电 池汽车动力系统模型。分析研究氢燃料电池和光伏电池的能量控制理论，从而设计出系统级的协调 控制与能量管理，即分层能量管理策略。
Design and Working Condition Analysis of Power System of Hydrogen Fuel-PlV Cell Vehicle
Ren Ming，Wang Tie
A b s t r a c t ：The hot trend of automobile industry is the technology of new energy vehicle. But the photovoltaic cell vehicle and fuel cell vehicle has not been developed, which is the best development direction. This paper models fuel cells and photovoltaic cells according to their working principle and output characteristics, then compares and analyzes various DC/DC converters, and finally selects bidirectional full-bridge DC/DC converters as part of system control. The forward working mode is controlled by traditional phase shift and its transmission power is analyzed. By using matlab/simulink software, the mathematical model is modeled and simulated, and the vehicle power system model of hydrogen fuel photovoltaic cell is established. The energy control theory of hydrogen fuel cell and photovoltaic cell is analyzed and studied, and the coordinated control and energy management, that is, hierarchical energy management strategy, is designed.
Key words：fuel cell, photovoltaic cell, energy control, power system, modeling and simulation
1 引言
从近代的汽车发展情况来看，汽车科技 研究得到充分关注，发展迅速，从而引发了 严峻的能源、环境问题 [1]。汽车工业将会向节 能、减排方向发展，这样就形成了两条道路。 一条是从传统原始的内燃发动机着手，研究 突破新技术，能够将汽油更高效地利用起来， 可以起到节能的效果，同时在尾气排放方面 引进新技术，能够降低乃至零排放。另一条 就是发展新能源汽车，这个相比较研究传统 内燃机突破新技术更有发展前景，新能源汽 车本身使用的就是环保的可再生能源，所以 在节能、减排方面极大地符合了当前汽车工 业发展的趋势 [2]。而且，新能源相比较传统的 汽油在价格方面也是比较低廉。
池的 SOC 值来设计燃料电池的最优输出功率； 下层能量管理控制方法为根据光伏电池的输 出特性和蓄电池的 SOC 值来判断光伏电池的 最佳功率。下图为分层能量管理策略。
2.1 上层能量管理策略 根据燃料电池的稳态工作特性，进行划 分区域；然后再根据燃料电池的内部特性即 在充电和放电的时候电池内部电阻的特点， 划分不同工作状态；最后分析汽车的实际需 求功率来分配能量，设计出燃料电池的能量
图1 分层能量管理策略
蓄电池 SOC
燃料电池工作效率
需求功率
上层能量管理策参数 功率传输
下层管理策略
光伏电池
光伏电池输出特性
蓄电池 SOC
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三个能量源的能量管理策略设计控制管 理较为复杂，可以将其进行分层管理控制， 采用分层能量管理控制可以将三个能量源分 为两层，每层对两个能量源进行能量管理控 制，根据这一设计思路可以将本课题研究的 动力系统划分为氢燃料电池和蓄电池的能量 管理控制、光伏电池和蓄电池的能量管理控 制。该策略分为上下两层，上层的能量管理 控制方法为根据燃料电池的内部原理和蓄电
本文研究了氢燃料电池 + 光伏电池 + 蓄 电池的电动汽车的动力系统控制，分为多种搭 配供电情况，利用 matlab/simulink 软件进行 建模仿真，建立出氢燃料 - 光伏电池汽车动力 系统模型，对动力系统的能量管理进行了分层 控制，合理分配燃料电池和光伏电池的能量。
2 系统级的协调控制与管理
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车
时代汽车
氢燃料 - 光伏电池汽车动力系统分层能量管理策略
任明 王铁 沈阳理工大学 辽宁省沈阳市 110000
摘 要：汽 车产业的热门趋势是新能源汽车，光伏电池汽车和燃料电池汽车的技术却未被开发，正是最好的 发展方向。本文根据燃料电池和光伏电池的工作原理及输出特性，对其进行数学建模，选用双向全 桥 DC/DC 变换器，作为系统控制的一部分，使用传统移相控制正向工作模式，并对其传输功率进 行分析。利用 matlab/simulink 软件对上面的建立的数学模型进行建模仿真，建立出氢燃料 - 光伏电 池汽车动力系统模型。分析研究氢燃料电池和光伏电池的能量控制理论，从而设计出系统级的协调 控制与能量管理，即分层能量管理策略。