质子交换膜燃料电池汽车集成热管理系统研究

作     者：宁竞 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋大凤

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：燃料电池汽车 集成热管理系统 热泵空调 等效氢耗最小原理 

摘      要：为了应对日益严峻的能源和环境问题,各个国家相继提出了碳达峰、碳中和的目标并制定了相应的方案。随着全球各国碳中和目标时间表的愈发明确,在逐步实现碳中和目标的过程里,世界各大汽车企业研发了燃料电池汽车（FCV）并在技术研究领域实现了突破。然而,在将燃料电池汽车技术应用于实践生产过程中还存在一些问题。除了过高的制造与使用成本,燃料电池热管理子系统独立分散的特点使得热管理系统的能耗较高,对整车经济性的影响不可忽视。因此为了进一步提升经济性与热管理效果,设计一种良好的燃料电池集成热管理系统,开发结合热管理的燃料电池汽车能量管理策略,也是当下研究的重点和难点所在。因此,本文首先建立燃料电池汽车集成热管理模型,重点研究集成热管理系统的性能表现,然后设计融合热管理与电池SOC的燃料电池汽车等效氢耗最小策略。具体内容分为以下几点:（1）对热泵空调系统原理及整车热特性进行分析。本文首先分析热泵空调系统的组成及原理,结合研究对象的结构参数、环境温度参数对乘员舱的热负荷展开分析;并基于燃料电池、动力电池与电机电气系统的工作原理及热量交换过程,得到对应的电池与电机温度特性,为后续整车集成热管理系统方案设计与建模提供理论基础。（2）提出整车集成化热管理方案并对关键部件建模。针对燃料电池汽车的热管理系统构成,确定各子系统功能及其温控目标,设计集成热管理系统的制冷与制热方案,明确不同工作模式下系统部件的工作状态与管路设计,根据热管理系统中关键部件的工作机理进行建模,为后续分析整车集成热管理系统的合理性与高效性提供模型基础。（3）针对整车集成热管理系统中的关键部件提出相应的控制策略,并设计融合热管理与电池SOC的整车等效氢耗最小算法。首先介绍整车集成热管理系统中关键部件的控制策略,然后针对燃料电池汽车热管理与能量管理优化控制问题提出考虑燃料电池温度的等效因子自适应调整方法,以最小的整车等效氢耗为目标,实现对动力系统功率的合理分配。（4）燃料电池汽车集成热管理系统与能量管理策略的仿真验证。基于热管理系统模型并结合相应的部件控制策略,在不同温度下对热管理系统进行测试与分析,验证所建立方案的合理性与高效性。同时将设计的融合热管理与电池SOC的整车等效氢耗最小算法与未考虑热管理的算法进行对比分析。