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仿真运行及部分运行结果分析

时间:2022-10-02 百科知识 版权反馈
【摘要】:此次仿真选择固定步长的ode5求解器,仿真步长为0.01 s。首先,考察为这款燃料电池汽车设置的动力系统、能量管理策略以及选配的各功能模块参数能否满足NEDC工况的要求。在类似的仿真中很重要的一点是评估燃料电池汽车的经济性,即能耗。在NEDC循环工况下,这款燃料电池汽车的氢气消耗为0.144 0 kg,折合柴油的百公里燃油消耗为6.346 8 L,如图718所示。

每次运行Simulink模型之前,通常先运行初始化文件INI_Sim.m,其中将调用常数文件constants.m和定义该次仿真的循环工况。

下面以新欧洲循环工况NEDC的一次仿真为例,对部分运行结果进行分析。

NEDC工况比较全面地涵盖了城市工况的信息,作为模态循环一般用于能源消耗/排放测试或仿真。NEDC 工况持续时间为 1 220 s,行驶里程数约为10.91 km,平均速度为32.12 km/h,最大加速度为1.06 m/s2,如图7−7所示。

图7−7 NEDC工况和仿真实现的工况(见彩插)

此次仿真选择固定步长的ode5求解器,仿真步长为0.01 s。1 200 s以后,此次仿真结束。首先,考察为这款燃料电池汽车设置的动力系统、能量管理策略以及选配的各功能模块参数能否满足NEDC工况的要求。从图7−7可以看出,仿真得到的车速能够很好地跟踪目标车速。

图7−8和图7−9所示为仿真得到的电动机转矩和工作电流。从图中可以看出,电动机转矩平均值为50 N·m,由燃料电池提供的电功率即可满足要求;转矩仅在个别点处出现较大的峰值,在这些点处可采用燃料电池和动力电池共同供电模式。转矩取负值时,表示制动发电状态,电机的工作电流也是负值,这部分电流给动力电池充电。图7−10所示为仿真获取的车辆加速度过程。仿真结果表明,电动机转矩符合行驶工况的需求,并且在低速段区间较大,这也符合电动机的速度−转矩特性。

作为主要的动力源,燃料电池系统的输出性能是仿真关注的重点内容。图 7−11 所示为仿真计算得到的燃料电池系统的输出功率。从图中可以看出,在车速较低时,燃料电池输出功率值较小,在中、高车速以及车辆加速时,燃料电池输出功率值较大,与实际循环工况的电功率需求一致。图7−12和图7−13分别描述了燃料电池输出电流和输出电压的变化过程。燃料电池输出电压也是DC/DC转换器高压端的电压。

图7−8 电动机转矩

图7−9 电动机工作电流

图7−10 车辆加速度

图7−11 燃料电池系统输出功率

图7−12 燃料电池输出电流

图7−13 燃料电池输出电压

从图7−14和图7−15的动力电池功率(为正值时表示充电,为负值时表示放电)和电流(符号同电功率)动态过程中可以看出,动力电池功率波动较大,燃料电池输出功率不足时,动力电池必须短时放电,以满足行驶工况的功率需求;车辆再生制动回馈或燃料电池输出功率多于电动机需要的电功率时,动力电池通过DC/DC转换器的低压端吸收相应的电能。DC/DC转换器低压端的工作电压即动力电池的电压,其平均值约为100 V,最大值不超过115 V,如图7−16所示。动力电池的充放电过程也可以体现在图7−17的SOC过程中,开始阶段SOC值虽上下波动,但整体呈上升趋势,第930 s时SOC值大幅度下降,之后又逐渐上升,这是由所制定的控制策略决定的。

图7−14 动力电池功率

图7−15 动力电池电流

图7−16 动力电池电压

图7−17 动力电池SOC

在类似的仿真中很重要的一点是评估燃料电池汽车的经济性,即能耗。在NEDC循环工况下,这款燃料电池汽车的氢气消耗为0.144 0 kg,折合柴油的百公里燃油消耗为6.346 8 L,如图7−18所示。

图7−18 NEDC工况折合柴油的累积消耗(百公里燃油消耗约为6.346 8 L)

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