资源描述：
《电动汽车燃料电池增程器应用_小功率空气压缩机建模与仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、新能源汽车电动汽车燃料电池增程器应用———小功率空气压缩机建模与仿真陈海蓉(同济大学中德学院,上海200092)周苏(同济大学汽车学院,上海201804)【摘要】将小功率燃料电池系统作为增程器是解决电动汽车续驶里程不理想的可选方法之一。针对适用于燃料电池增程器系统的滑片式空气压缩机,利用相关测试数据和热力学校正的方法,建立空气压缩机模型并进行相关仿真研究。仿真结果表明,该空气压缩机模型能够反映环境因素、出口背压和空压机转速对出口空气流量的影响,能为整个燃料电池增程器系统的设计和优化提供有用的信息。【Abstract】Usingasmal
2、lpowerfuelcellsystemasarangeextenderisausefulmethodfortherangeextendingofelectricvehicle.Withthehelpofexperimentdataandthermodynamiccorrection,anaircompressormodelforafuelcellrangeextendersystemisestablishedandsomerelatedsimula2tionsarecarriedout.Thesimulationresultsshow
3、thattheaircompressormodelcanreflecttheinflu2enceofenvironmentfactors,backpressureandcompressorspeedonthecompressoroutletflow.Thismodelcanprovideusefulinformationforthedesignandoptimizationoffuelcellrangeextendersystem.【主题词】燃料电池电动汽车增程器0引言节能和环保是汽车技术发展的主要方向之一。自20世纪90年代初起,世界
4、各主要汽车制图1带燃料电池增程器的电动车动力结构示意图造商都在电动汽车研发方面投入了大量资金,并推出了各种电动汽车。国内随着“863”电动汽车作为电动汽车增程器的燃料电池功率一般为重大科技专项的正式启动,各地也掀起了一股研5～10kW。一方面因燃料电池工作压力的缘故,发电动汽车的热潮。目前,初始成本高和续驶里要求燃料电池空气供应部件压缩机空气压缩比较程不理想是电动汽车发展的主要障碍。为解决续大,输出的空气流量相对较小。另一方面整车集驶里程问题,可采用5～10kW的小功率燃料电池成要求空压机体积小,重量轻。满足上述MAP特作为电动汽车增程
5、器,配合车载动力电池在不同性和系统集成要求的空压机很少,对这类压缩机工况下工作,增加电动汽车的续驶里程数。图1的仿真研究也较少。研究表明,对于现有的燃料为带燃料电池增程器的电动汽车动力结构示电池系统,压缩机的功率消耗占总功率的20%,空意图。压机工作条件的选择和功耗对整个系统效率影响收稿日期:2009-09-04·6·上海汽车2010102新能源汽车[1]很大。因此,针对这种燃料电池用空气压缩机的建模和仿真相当重要,仿真计算能够为燃料电池增程器性能的优化、操作条件和控制策略的选择提供重要参考。本文针对5kW燃料电池用VairexVV10
6、20型空气压缩机,利用其MAP图以及相关热力学原理,建立了空气压缩机模型,并进行相关仿真研究。建模对象VV1020型空气压缩机是美国Vairex公司专门为燃料电池系统开发的滑片式空气压缩机。它作为一种容积式空气压缩机,采用无油润滑,可靠性图3燃料电池增程器气体流体系统示意图高,可长时间运转,性能优良,噪声较低,一般适用于拖动压缩机转动,空气压缩机将机械能转换为气3～10kW的小型燃料电池和便携式燃料电池系统,体所具备的能量,即焓值的增量。在空气压缩机其外形与内部结构如图2所示。工作过程中,气体的能量增量完全转换为气体的静压是最理想的情况
7、。然而在实际压缩过程中,电机提供的电能除了转换为气体静压外,还有一部分转化为气体的热能和动能,这是一个比较复杂的过程。为了简化整个空气压缩机模型的建立,可采用目前工程应用中普遍使用的查表法来构造空压机模型。为了避免文献[4]所述的模型精度不高的问图2VV1020外形(左)与内部结构(右)题,建模时增加空压机MAP图数据量,同时利用热力学关系校正出口气体状态,从而保证模型有1燃料电池压缩机仿真模型足够的精度。本文建立的空气压缩机模型包括以下4个部在数学模型上所进行的仿真实验是建立在分,如图4所示。“性能相似”的基本原则之上。因此,通过适当
8、的(1)实时转速模块。根据电堆要求提供的电方法建立较高精度的数学模型是仿真实验的基本流确定所需空气量。将目标空气量与由传感器得前提。要建立空气压缩机的仿真模型,必须首先到的当前空气流量的差值输入PID控制器
