第六章 结论与展望
6.1 全文工作总结。
燃料电池发动机由于具有能量转换效率高,对环境污染小等优点,是替代传统内燃机的最好选择。燃料电池汽车适应社会发展的需要,并且在技术是完全可行的,所以燃料电池汽车是未来汽车发展的方向。
本文研究的课题是针对双能量源汽车复合电源控制策略的研究。本文主要取得以下成果和结论:
(1)本文结合燃料电池发动机系统性能特点,设计了燃料电池发动机控制系统,经研究表明该设计方案所选的硬件系统,满足了燃料电池发动机的数据处理实时性,控制信息多样性的实际应用要求,为燃料电池发动机车载控制系统搭建了一个稳定的硬件平台。
(2)针对燃料电池的工作特性,基于对整车能量分配策略的研究,分析确定了燃料电池的各个工作状态流程,为如何管理和使用燃料电池具有借鉴意义。
(3)基于对燃料电池工作状态的分析,对各个工作状态进行软件流程的分块设计与总体设计;在设计中,采用了软件数字滤波技术,对流量值进行精确处理;实现了软件与硬件结合对系统整体控制。
(4)在CAN通讯模块中,通过对燃料电池发动机控制器与整车控制器的通讯信息的研究设计,采用CANoe进行通讯仿真,从结果可以看出通讯设计满足实时性与可行性。
(5)开展了燃料电池发动机控制系统的控制算法的研究。针对控制系统的关键冷却循环水的控制,分别采用PID和Fuzzy-PID控制,通过MATLAB实现仿真,结果显示对温度进行了精确控制,使系统性能增强,取得理想控制效果。
6.2 展望。
燃料电池虽说是汽车工业研究的热点之一,需要研究的课题依然繁多,至今仍然难以产业化。关键技术尚有待突破,总体设计及车身技术有待进一步开发,驱动系统的电动机制造及其控制技术有待完善,燃料电池的性能更需要大幅度提高。如改进电池本身的制造技术、原燃料的选择及其供给方法的确定、如何降低成本加快普及速度等等。也就是说,车用燃料电池及其驱动系统还有待于从实验阶段进入商业化。在下一步的研究工作中,可以在以下几个方面更加深入的研究。
(1)本文只是对其进行了计算机仿真试验,可以将发动机控制系统用硬件电路实现做进一步的半物理仿真试验,以便检验其容错性、鲁棒性等性能。
(2)车用环境恶劣,充分考虑汽车的实际环境,提高燃料电池发动机环境的承受能力,如抗振、抗干扰能力等。所以要进行燃料电池发动机控制器电磁兼容及抗干扰技术的研究,使其达到能够达到商业化的技术标准。
尽管燃料电池仍有诸如此类需要解决的课题,但是坚信它会在今后得到普及。因为从解决 21 世纪最大的课题环境问题,以及与人们的文化生活息息相关的能源问题的角度出发,燃料电池是最现实的选择。相信不久的将来,燃料电池电动汽车进入商业化,道路上将会出现各种型号的燃料电池电动汽车。
参考文献:
1. 陈清泉。现代电动汽车技术[M],北京:北京理工人学出版社,1999
2. XiaoFan, ZhangJiqiang, TuAiling. Electric vehicles-clean driving that presages the 21st century[M].Beijing: Metal-lurgical industry Pre5S, 2011.
3. 张翔,赵韩。 中国电动汽车的进展[J],汽车研究与开发。2014,(1):19-26.
4. 陈因达。 燃料电池车的现状及发展趋势[J],中国环保产业,2012,21(2):12-26
5. 王协琴。 燃料电池汽车开发展望[J],西华大学学报(自然科学版),2006,25(3)。
6. Paul CE. Challenges to Control: A Collective View, Report of the Workshop held at the University of Santa Clara[J], IEEE Transaction on Automatic Control, 1987:32(4):274-285.
7. DIRCKS K. Recent Advances in Fuel Cells for Transportation Applications[C], Proc Evs:1998.15.
8. MARTIN A, BADD G. Recent Advances in Fuel Cells for Transportation Applications[C]. Proc Evs 16.: 1999.
9. 马玥。 燃料电池汽车发展的研究与分析[J],城市车辆,2006(3)。
10. 伦景光,王丹妮。 渐入佳境的燃料电池汽车[J],中国燃料电池公共汽车商业化示范国家项目,2006(10)。
11. 兰泽全,曹欣玉,周俊虎。 质子交换膜燃料电池及其在电动车上应用的现状[J],能源工程,2013,3:17-19.
12. 彭茂公。 燃料电池研究的现状及必要性[J],能源研究与信息,2010,16(3)::47-56.
13. Energy USDo. 2010 Transportation fuel Cell Power Systems Annual; 2010
14. Energy USDo. 2011 Transportation fuel Cell Power Systems Annual; 2011.
15. 秦敬玉,徐鹏,王利生等。 质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机循环水管理模型[J],太阳能学报,2011,22(4):385-389.
16. 肖明,张逸成,姚勇涛。 燃料电池汽车用 DC/DC 变换器的控制策略及仿真[J],低压电器,2012,14(2): 48-51.
17. 陈全世,齐占宁。 燃料电池电动汽车的技术难关和发展前景[J],汽车工程,2001,23(6):361-364.
18. Gang Liu HMZ, Mei Ri Wang, He Xiang Zhong and Jian Chen. characterization of ZrOxNy/C and its application in PEMFC as an electrocatalyst for oxygen reduction[J]. Journal of Power Sources, 172(2): 503-510.
19. 赵英杰,刘永文,苏明等。 混合动力 FCEV 控制策略的仿真研究[J],系统仿真学报,2003,15(5): 703-705.
20. 李瑛,王林山。 燃料电池[M],北京:冶金工业出版社,2002.1.
21. E.Serra MA, E. Casagrande, G. Bezzi, C. Mingazzini and A. La Barbera. Oxygen- and hydrogen-permeation measurements on-mixed conducting SrFeCo0.5Oy ceramic membrane material[J]. Renewable Energy, 2008,33(2): 241-247.
22. 黄倬。 质子交换膜燃料电池的研究开发与应用[M],北京:冶金工业出版社,2000.5.
23. 刘乐善,叶济忠,叶永坚。 微型计算机接口技术原理及应用[M],武汉:华中理工大学出版社, 2002.
24. Vineet, Rai K, Rai SB. Temperature sensing behaviour of the stark sublevels[J], Spectrochimica Acta Part A: MolMCUlar and BiomolMCUlar Spectroscopy, 2007,68(5): 1406-1409.
25. Michel Pineri GG, Richard J. Davies and Olivier Diat. Water sorption-desorption in Nafionmembranes at low temperature, probed by micro X-ray diffraction[J], Journal of Power Sources, 2007,172(2): 587-596.
26. Da R. Failure detection of dynamical systems with the state chi-square test[J], Journal of Guidance,Control and Dynamics, 1994,17(2): 271-277.
27. Lin F-J, Wang D-H, Huang P-K. RFNN controlled sensorle5S induction spindle motor drive[J], Electric Power Systems Research, 2004,70(3): 211-222.
28. RC, MERRILL. Advanced detection, Isolation, and Accommodation of Sensor Failure-Engine Demon station on Results[J], NASA, 1988.
29. 李崇。 HEV 多能源动力总成控制系统的研究与实现[D],武汉:武汉理工大学自动化学院,2003.
30. 邵贝贝。 单片机嵌入式应用的在线开发方法[M],北京:清华大学出版社,2004.
31. 余锡存,曹国华。 单片机原理及接口技术[M],西安:西安电子科技大学出版社,2001.
32. Juan ZHOU Yi-wen GENG and Peng DAI. Simulation Research on a SPWM Control Algorithm for a Four-Leg Active Power Filter[J], Journal of China University of Mining and Technology, 2007,17(14): 590-594.
33. Yeong-Tsair Lin M-CJ, Wen-Yaw Chung, Dong-Shiuh Wu, Ho-Cheng Lin and Jiann-Jong. A monolithic buck DC-DC converter with on-chip PWM circuit[J], Microelectronics Journal, 38(8): 923-930.
34. 胡广书。 数字信号处理--理论、算法与实现[M],北京:清华大学出版社,1997.
35. G. Crae5Saerts KMaJDB. A Windows-based design environment for combine automation via CANbus[J], Computers and Electronics in Agriculture, 2005,49(2): 233-245.
36. 邬匡明。 CAN 总线原理和应用系统设计[M],北京:北京航天航空大学出版社,1996.
37. 徐科军,马修水,李晓林。 传感器与检测技术[M],北京:电子工业出版社,2004.
38. 王幸之,王雷,翟成等。 单片机应用系统抗干扰设计[M],北京:北京航空航天大学出版社,2000.
39. 艾武,吴保全,曹家勇,陈幼平。 .燃料电池电动汽车能量流管理系统的设计与模型实验[J],机械 与电子,2007.
40. 谢长君,杜传进,全书海。 燃料电池电动汽车控制系统研究与设计[J],电气应用,2007,26(6): 32-40.
41. Leoj.M.J. Blom en ea. Fuel Cell Systems[J], Publishing Corporation, 1993.
42. 陆虎瑜。 质子交换膜燃料电池系统开发及应用进展[J],电工电能新技术,1992,(2):18-22.
43. 曹荣敏,梁云,柏森。 基于数字滤波的非参数模型直流调速系统[J],制造业自动化,2007,29(2)。
44. 王健,王岩红。 基于 MATLAB 及声卡的数字滤波技术的研究[J],大众科技,2007.
45. 陈全世,仇斌,谢超成。 燃料电池电动汽车[M],北京:清华大学出版社,2005.
46. 郝小健,萨殊利,张欣。 基于 CAN 总线的混合电动汽车研究[M],北京:北京理工大学出版社,2002.
47. 宋胜利,左敦稳,王双等。 PID 参数模糊自调整技术的应用研究[J],机床与液压,2003,(1)::157-159.
48. C L. Fuzzy logic in control system: fuzzy Logic[J], Controller part I, part II. IEEE Trans.syst, Man, Cybem, Man, Cybem, 1990.
49. 吴麟,慕春棣。 自动控制原理[M],北京:清华大学出版社,1990.
50. 郭航,马重芳,肖劲松。 汽车用质子交换膜燃料电池性能实验研究[J],中国公路学报, 2001,14(4):103-105.
51. 黄忠霖。 自动控制原理的 MATLAB 实现[M],北京:国防工业出版社,2002.
52. 岳建锋,李亮玉,FUZZY-PI 控制器在水温控制系统中的应用[J],天津工业大学学报, 2006,25(2):65-68.
53. 瞿亮,凌民等。 基于 MATLAB 的控制系统计算机仿真[M],北京:清华大学出版社, 2006.
54. 李人厚。 智能控制理论和方法[M],西安:西安电子科技大学出版社,1999.
55. J.N. Lygouras PNB, J. Vourvoulakis and V. Kodogiannis. Fuzzy logic controller implementation for a solar air-conditioning system[J], Applied Energy, 2007, 84 (12) :1305-1318.
56. Edgar N. Sanchez HMBaCMV. Combining fuzzy, PID and regulation control for an autonomous mini-helicopter[J], Information Sciences, 177(10): 1999-2022.
57. H. Shayeghi HASaAJ. Multi-stage fuzzy PID power system automatic generation controller in deregulated environments[J], Energy Conversion and Management, 2006,47(18): 2829-2845.
58. F.V. Silva LCNFaVS. Experimental evaluation of fuzzy controllers for the temperature control of the secondary refrigerant in a liquid chiller[J], Journal of Food.