摘 要

燃料电池是清洁能源，具有负载特性好、效率高、安装自由度高、污染少等特点，但同时存在动态响应差的缺点。与单一电源系统相比，混合动力系统更具有作为当今能源利用研究的价值，具有更好的性能和更高的能源利用率。若将其搭配在适当的能源管理系统中，则能够发挥各个电源的优势，提高系统的整体性能。本文概述了燃料电池混合动力系统中的电源模型、工作模式及其控制策略，对如何构建混合电源结构做了进一步分析，介绍了燃料电池，超级电容和锂电池并分析其性能，其中超级电容是具有强大的响应能力，快速充放电能力和可存储更多能量的高能量密度电源。并以此为基础结合其优点，通过查阅相关文献综合对比下选择使用基于模糊逻辑的燃料电池混合动力系统能量管理控制策略，并在Simulink上建立了燃料电池混合动力系统的模型。以此模型为基础进行仿真分析，发现混合电源系统具备各电源的优势，其劣势也被其他电源所补足。

研究结果表明，基于模糊逻辑的混合电源系统能量管理控制策略提高了系统的整体性能，如动态响应能力、稳定性、能量流动效率等。

关键词：燃料电池；超级电容；混合电源；模糊逻辑

Abstract

Fuel cells are clean energy sources with good charging characteristics, high efficiency, high installation levels and low pollution, but also have the disadvantages of poor dynamics. Compared to single power systems, integrated energy systems are now useful, such as research on improving energy consumption and improving energy consumption. When used in a suitable energy management system, the benefits of any power supply can be used to improve the overall efficiency of the system. This article describes the energy model, working mode and control strategy of an integrated power system. In addition, the composition of the hybrid power structure is analyzed, fuel cells, power controllers and lithium batteries are presented and their analysis results are presented. High responsiveness, fast charging and high current capacity and high energy supply can save a lot of energy. Based on this, along with its advantages, a hybrid fuel control system based on a non-transparent logic system was selected, and Simulink's integrated battery driver model was determined by comprehensively comparing relevant literature. According to this model for simulation analysis, it is determined that the combined energy has the advantages of each energy and its shortcomings are compounded by other energy.
Research shows that an objective logical strategy for controlling power control in a hybrid fuel system improves overall system performance, such as B. dynamic response capacity, stability, energy efficiency, etc.

Key Words：Fuel cell；Super capacitor；Hybrid power；Fuzzy logic

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 课题研究意义 2

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1混合动力系统的能量管理与控制策略 2

1.3.2辅助储能单元的控制策略研究 3

1.3.3燃料电池技术及其船舶应用现状 3

1.4 主要研究内容 5

第2章混合动力系统能量管理结构特性分析 6

2.1 混合电源特性分析 6

2.1.1 燃料电池特性分析 6

2.1.2 超级电容器特性分析 7

2.1.3 锂电池特性分析 7

2.2 混合电源拓扑结构分析 8

2.2.1 辅助电源直接并联拓扑结构 8

2.2.2燃料电池直接并联拓扑结构 9

2.2.3 直流母线拓扑结构 10

2.3本章小结 12

第 3 章 混合电源能量管理系统模型研究 13

3.1 超级电容模型 13

3.2 燃料电池模型 14

3.3 锂电池模型 16

3.4 系统模型 19

3.5 DC/DC变换器模型 19

3.6 本章小结 20

第4章 基于模糊逻辑的混合电源控制策略研究 21

4.1 基于模糊逻辑的控制策略的研究 21

4.1.1 模糊逻辑控制系统概述 21

4.1.2 模糊逻辑控制器设计 23

4.1.2.1 模糊逻辑控制策略方案 23

4.1.2.2 隶属度函数 23

4.1.2.3 模糊逻辑控制器的规则 26

4.1.3 模糊逻辑控制策略仿真 28

4.2 本章小结 30

第5章 总结与展望 31

5.1 全文总结 31

5.2 研究展望 32

参考文献 33

第1章 绪论

1.1 引言

当今，科研方向因油价上涨而转向更清洁的能源，我们倾向于使用可再生能源，例如风，水和太阳能。 但是，这些能源的缺点是它们受环境影响很大，无法提供可持续的能量。由于环境的污染和能源短缺，人们越来越迫切的希望找到合适的新型能源。

利用石化能源( 柴油、汽油) 、燃料电池混合供电的混合动力推进系统，具有巨大的发展潜力，如果进行广泛应用可以提高船舶的燃油经济性、大幅缩减营运成本，是今后船舶行业在节能减排领域的重要研究方向。这种船舶的设计目标是基于控制策略，智能的调节船舶动力设备的能量流动情况，使船舶上各部件可以达到协调控制的目的。船舶的协调控制和有效分配让推进系统的各个组件高效工作，以实现最大的燃料效率和最小的排放量。