本文選題：電動汽車　切入點：燃料電池系統(tǒng)　出處：《湖南大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)化設計與性能評價是燃料電池電動汽車的重要研究方向。因此，本論文基于質子交換膜燃料電池電堆及其輔助系統(tǒng)的的結構、特性和功能，提出了一種燃料電池電動汽車質子交換膜燃料電池系統(tǒng)計算理論和方法，，構建了完整的燃料電池系統(tǒng)輸出性能模型，針對燃料電池系統(tǒng)的輸出性能開展了優(yōu)化研究，并對本文提出的設計理論方法和數值模型進行了實驗研究與驗證。主要研究工作和創(chuàng)新點體現如下： 第一、燃料電池電堆是質子交換膜燃料電池系統(tǒng)的核心組成部分。該系統(tǒng)設計與研究涉及電化學、物理、機械和電子等多學科交叉領域。因此，本論文首先綜合分析了現有質子交換膜燃料電池電堆建模理論與方法的優(yōu)勢與不足，基于燃料電池電堆內部復雜的電化學反應機理，以燃料電池電堆輸出性能為主要研究目標，從燃料電池電堆整體的角度出發(fā)，提出了燃料電池電堆的電動勢和全部電勢損失（如：活化損失、濃度損失和歐姆損失）的計算理論和方法，從而構建了一種可以表征電堆輸出性能的燃料電池電堆數值模型。該模型結合了理論模型和經驗模型兩種建模方法的優(yōu)點，既可以利用燃料電池的實測數據保障模型的準確性，又可以利用理論模型的數學公式提高模型的通用性和可移植性，為構建燃料電池系統(tǒng)的數值模型及其優(yōu)化設計奠定了理論基礎。 第二、一個完整的燃料電池系統(tǒng)由燃料電池電堆和燃料電池輔助系統(tǒng)兩部分組成。燃料電池系統(tǒng)除了燃料電池電堆外，還包括冷卻系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、和供氫系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。因此，燃料電池系統(tǒng)的性能不僅取決于燃料電池電堆的性能，還同時取決于燃料電池輔助系統(tǒng)的性能。這些輔助系統(tǒng)不僅保障了燃料電池電堆的正常運行，其性能的優(yōu)劣還會嚴重影響著燃料電池系統(tǒng)的輸出性能。然而，現有燃料電池系統(tǒng)仿真數值模型中極少量化研究輔助系統(tǒng)對燃料電池系統(tǒng)性能的影響。為此，本論文基于車用質子交換膜燃料電池輔助系統(tǒng)的結構與功能，分析研究了燃料電池發(fā)熱和散熱的主要方式和機理，提出了燃料電池的熱能和散熱計算方法，構建了燃料電池發(fā)熱和散熱數值模型。從燃料電池輔助系統(tǒng)性能的角度出發(fā)，提出了燃料電池輔助系統(tǒng)的空壓機、冷卻水泵、冷卻風扇和加濕泵等組成部分的理論計算公式，構建了一種可量化的燃料電池輔助系統(tǒng)性能模型。該模型既充分反映燃料電池車用燃料電池輔助系統(tǒng)的各個組成部分的性能，又可以進行有效的系統(tǒng)工作參數優(yōu)化研究，具有良好的實用性和通用性，為燃料電池輔助系統(tǒng)的優(yōu)化設計提供了一種新理論和新方法。 第三、本研究基于提出的燃料電池電堆模型與輔助系統(tǒng)模型，構建了完整的車用質子交換膜燃料電池系統(tǒng)輸出性能模型,提出了適用于燃料電池車用質子交換膜燃料電池系統(tǒng)的切實可行的多變量優(yōu)化方法，并分別采用序列二次規(guī)劃法和內點法在MATLAB和KNITRO優(yōu)化平臺上對輸出性能模型開展了優(yōu)化研究。數值仿真結果表明：構建的燃料電池系統(tǒng)模型可有效地優(yōu)化燃料電池系統(tǒng)工作參數，優(yōu)化參數后的燃料電池系統(tǒng)輸出功率提高了26%，為改善燃料電池車整車性能和優(yōu)化設計電動汽車燃料電池系統(tǒng)工作參數提供了有價值的理論依據和計算方法。 第四，采用加拿大維多利亞大學燃料電池電動汽車實驗室的測試平臺和一低速燃料電池車，針對優(yōu)化前后的燃料電池車開展了對比實驗研究。實驗研究表明，采用本論文提出的燃料電池系統(tǒng)計算方法、數值模型和優(yōu)化方法優(yōu)化后的燃料電池車綜合動力性能都有了明顯提高，其中，最大加速度提高了25%，最大速度提高了7.3%，進一步驗證了本論文所提出的燃料電池系統(tǒng)數值模型和優(yōu)化方法的正確性和有效性。
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【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM911.4;U469.72

【參考文獻】

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1 葉玲,楊志偉,李昆;混合動力電動汽車的發(fā)展[J];北京汽車;2002年06期

2 程夕明,孫逢春;電動汽車能量存儲技術概況[J];電源技術;2001年01期

3 問朋朋;黃明宇;倪紅軍;賈中實;;燃料電池車發(fā)展概況及展望[J];電源技術;2012年04期

4 萬鋼,許P;電動汽車重大科技專項的管理創(chuàng)新與實踐[J];中國機電工業(yè);2002年21期

5 陳清泉;;電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車的發(fā)展前景(英文)[J];汽車安全與節(jié)能學報;2011年01期

6 電動汽車重大專項總體組;“十五”國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)電動汽車重大專項進展[J];汽車工程;2003年06期

7 梅小安,張乃平;世界電動汽車技術發(fā)展狀況及趨勢[J];汽車研究與開發(fā);2004年02期

本文編號：1588639