紀(jì)常偉， 李 響， 梁 晨， 汪碩峰， 牛會(huì)鵬， 史凡銳

(1.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院， 北京 100124；2.北京電動(dòng)車(chē)輛協(xié)同創(chuàng)新中心， 北京 100124；3.北京汽車(chē)研究總院有限公司， 北京 101300； 4.北京新能源汽車(chē)股份有限公司， 北京 102606)

燃料電池作為一種發(fā)電裝置，可將蘊(yùn)含在燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能. 與傳統(tǒng)蓄電池不同，其反應(yīng)物是由外部供應(yīng)而不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部. 因此，燃料電池?zé)o須充電，可長(zhǎng)時(shí)間輸出電能[1]. 相較于其他種類(lèi)的燃料電池，質(zhì)子膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)以其比能量高、工作溫度低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域[2-3]. 但由于PEMFC動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢且無(wú)法回收制動(dòng)能量，使其在實(shí)際應(yīng)用中受到限制[4-5]. 鋰離子動(dòng)力電池因具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、可快速充放電等優(yōu)點(diǎn)也被應(yīng)用在汽車(chē)等領(lǐng)域，但由于充電時(shí)間較長(zhǎng)、續(xù)航里程有限等缺點(diǎn)，其應(yīng)用也受到限制[6]. 因此，將兩者并聯(lián)組成混合動(dòng)力系統(tǒng)作為汽車(chē)的動(dòng)力源，可有效結(jié)合燃料電池與鋰離子動(dòng)力電池的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)不足.

謝星等[7]基于Cruise和Simulink軟件分別搭建燃料電池及整車(chē)模型進(jìn)行聯(lián)合仿真研究，研究結(jié)果表明動(dòng)力系統(tǒng)可滿(mǎn)足動(dòng)力性需求且鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)保持在合理范圍內(nèi). Mokrani等[8]基于Simulink軟件提出電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其各子系統(tǒng)的識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的無(wú)中斷供電. 李奇等[9]應(yīng)用ADVISOR仿真軟件建立了燃料電池與蓄電池混合動(dòng)力系統(tǒng)模型，提出并驗(yàn)證了基于模糊邏輯控制的能量管理策略的可行性. 曹楠等[10]搭建了燃料電池- 鋰離子動(dòng)力電池縮比實(shí)驗(yàn)臺(tái)，驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)負(fù)荷下系統(tǒng)的響應(yīng)及跟隨情況.

本文利用LMS AMESim軟件基于20 kW車(chē)用燃料電池和8 A·h鋰離子動(dòng)力電池搭建了燃料電池- 鋰離子動(dòng)力電池混合動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型. 其中，燃料電池的性能曲線(xiàn)和鋰離子動(dòng)力電池輸出電壓曲線(xiàn)分別通過(guò)燃料電池實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和鋰離子動(dòng)力電池充放電測(cè)試設(shè)備獲取. 隨后，在選定工況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合仿真，確定滿(mǎn)足車(chē)輛動(dòng)力需求的動(dòng)力匹配及控制策略，并為燃料電池- 鋰離子動(dòng)力電池混合動(dòng)力試驗(yàn)研究及整車(chē)測(cè)試提供參考和依據(jù).

1 混合動(dòng)力系統(tǒng)仿真平臺(tái)建立

1.1 混合動(dòng)力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

燃料電池- 鋰離子動(dòng)力電池混合動(dòng)力系統(tǒng)所選用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示. 基于燃料電池高電流低電壓的特性，在燃料電池與電機(jī)及其控制器單元中間增加DC/DC變換器，用以提升燃料電池電壓并與母線(xiàn)電壓相匹配. 由于DC/DC變換器輸出端與輸入端功率不變(不考慮損耗)，且電流與電壓呈反比關(guān)系，因此在DC/DC變換器輸出端提升了輸出電壓并降低輸出電流. 由于燃料電池電壓得到提升并且維持穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而可由DC/DC變換器通過(guò)控制輸出電流來(lái)控制燃料電池的輸出功率，實(shí)現(xiàn)功率分配. 該混合動(dòng)力系統(tǒng)采用燃料電池為主，鋰離子動(dòng)力電池為輔的方式運(yùn)行. 車(chē)輛大部分工況由燃料電池單獨(dú)供電，但當(dāng)車(chē)輛所需功率大于燃料電池最大輸出功率時(shí)，鋰離子動(dòng)力電池作為補(bǔ)充動(dòng)力提供額外功率輸出；當(dāng)車(chē)輛所需功率小于燃料電池最大輸出功率時(shí)，燃料電池可根據(jù)鋰離子動(dòng)力電池的SOC狀態(tài)為鋰離子動(dòng)力電池充電；當(dāng)車(chē)輛所需功率小于燃料電池最小輸出功率時(shí)，為保護(hù)燃料電池，此時(shí)由鋰離子動(dòng)力電池提供全部輸出功率. 此外，鋰離子動(dòng)力電池可回收車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的制動(dòng)能量.

在變式過(guò)程中，不論習(xí)題怎么變化，總體方向都應(yīng)該以考試說(shuō)明為主.不能為了改變而改變，導(dǎo)致最后出來(lái)的題目與考試內(nèi)容無(wú)關(guān)，這樣不僅浪費(fèi)了學(xué)生的時(shí)間，還可能會(huì)打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.

荷里路德宮的前身是荷里路德修道院。1498年，蘇格蘭國(guó)王（蘇格蘭原為獨(dú)立國(guó)）詹姆斯四世在修道院舊址上興建了荷里路德宮，詹姆斯五世繼位后加建高塔，宮殿就成了現(xiàn)在的樣貌。16世紀(jì)初，蘇格蘭王室從愛(ài)丁堡城堡遷到了這里，隨著歷史的變遷，這里現(xiàn)已成為英國(guó)女王在蘇格蘭的官邸。

1.2 仿真軟件介紹

LMS AMESim軟件為多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真平臺(tái). 通過(guò)此平臺(tái)可建立較為復(fù)雜的包含多個(gè)學(xué)科、領(lǐng)域的系統(tǒng)模型，并進(jìn)行仿真計(jì)算分析，同時(shí)可研究模型的穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)特性. 利用該軟件可以完成機(jī)電一體復(fù)雜系統(tǒng)的分析. 由于該平臺(tái)具有非常實(shí)用的物理模型模塊，應(yīng)用該軟件可以避開(kāi)數(shù)值分析與編程等煩瑣步驟[11]. 因此，利用該軟件，基于試驗(yàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)，建立混合動(dòng)力仿真模型，可以更有效地反應(yīng)車(chē)輛真實(shí)行駛狀況，為日后混合動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建及試驗(yàn)提供理論參考依據(jù).

1.科研成果轉(zhuǎn)化過(guò)程解析。通過(guò)對(duì)油田博士后已經(jīng)完成和正在開(kāi)展的科研項(xiàng)目的研究分析來(lái)看，從選題到啟動(dòng)研究到成果形成再到轉(zhuǎn)化應(yīng)用，最后見(jiàn)到效果，整個(gè)過(guò)程都有不同程度的轉(zhuǎn)化行為，其轉(zhuǎn)化過(guò)程大致分解為研究、形成和應(yīng)用三個(gè)階段，應(yīng)用階段包括推廣傳播、組織實(shí)施和效果產(chǎn)出三個(gè)環(huán)節(jié)。如圖1所示。

本文所使用的LMS AMESim軟件模塊主要包括：燃料電池、動(dòng)力電池、控制單元、電機(jī)、整車(chē)及駕駛員等模塊. DC/DC變換器模型需要單獨(dú)搭建.

1.3 駕駛員模型建模

駕駛員模型是通過(guò)當(dāng)前車(chē)速與下一時(shí)刻目標(biāo)車(chē)速進(jìn)行比對(duì)，判斷下一時(shí)刻輸出加速(0：無(wú)加速；1：最大加速度)或制動(dòng)(0：無(wú)制動(dòng)；1：最大制動(dòng)加速度)信號(hào)，將信號(hào)輸送給整車(chē)控制器，從而控制車(chē)輛行駛速度.

模型中，對(duì)于加速的PID控制見(jiàn)公式

err=Vcont-Vveh

(1)

(2)

dVcontAnt=(VcontAnt-Vcont)/adVAnt

(3)

(4)

式中：err為目標(biāo)車(chē)速與當(dāng)前車(chē)速的誤差；Vcont、Vveh、VcontAnt分別為目標(biāo)車(chē)速、當(dāng)前實(shí)際車(chē)速以及預(yù)期控制車(chē)速；acc為加速控制參數(shù)，其值范圍為0～1；GPacc為加速度控制回路的比例增益；GIacc為加速度控制積分增益；GAacc為加速度控制預(yù)期增益；adVAnt為提前控制時(shí)間；Iacc為加速過(guò)程中的積分部分.

從而使納米級(jí)鉑顆粒失去載體，導(dǎo)致鉑的流失或團(tuán)聚，降低催化性能，甚至導(dǎo)致催化層結(jié)構(gòu)坍塌[18-19]. 通過(guò)圖3可知，當(dāng)燃料電池輸出功率為2.75 kW時(shí)，此時(shí)燃料電池輸出電壓為88.26 V，單片平均電壓為0.802 V. 此時(shí)燃料電池單片電壓過(guò)高，因此在不影響動(dòng)力性的條件下，取消燃料電池在2.75 kW以下的工作模式，由鋰離子動(dòng)力電池輸出全部需求功率. 同時(shí)，由圖2可知，燃料電池的最大輸出功率為23.09 kW，燃料電池最大輸出功率并未達(dá)到濃差極化階段. 因此不會(huì)產(chǎn)生較大的電壓下降，損害燃料電池[20]. 因此，在模型中選取燃料電池最小輸出功率為3 kW，最大輸出功率為23.09 kW.

(5)

(6)

式中：brak為制動(dòng)控制參數(shù)，范圍為0～1；GPbr制動(dòng)控制比例增益；GIbr制動(dòng)控制積分增益；GAbr為制動(dòng)控制預(yù)期增益；Ibr為制動(dòng)過(guò)程中積分部分.

駕駛員模型參數(shù)如表1所示.

表1 駕駛員模型參數(shù)

1.4 燃料電池模型建模

本文采用燃料電池在大部分工況下作為混合動(dòng)力系統(tǒng)中動(dòng)力的主要來(lái)源. 所使用的燃料電池為質(zhì)子交換膜燃料電池，其基本性能參數(shù)如表2所示，燃料電池試驗(yàn)平臺(tái)如圖2所示. 為確保燃料電池在運(yùn)行過(guò)程中處于安全、可靠、高效的工作狀態(tài)，需要對(duì)燃料電池進(jìn)行性能試驗(yàn). 利用試驗(yàn)獲得的燃料電池性能試驗(yàn)最優(yōu)結(jié)果，完成LMS AMESim軟件中燃料電池模型的建模.

教師先提供眾多數(shù)學(xué)信息，讓學(xué)生借助日常生活經(jīng)驗(yàn)去閱讀整理，同時(shí)進(jìn)行多層次、多維度的思考，發(fā)現(xiàn)并提煉出有價(jià)值的數(shù)學(xué)問(wèn)題。在眾多的信息中，對(duì)這些數(shù)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行重組，這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是滲透初步的數(shù)學(xué)建模思想，從而訓(xùn)練學(xué)生抽象、概括的學(xué)習(xí)能力，有效培養(yǎng)學(xué)生的觀(guān)察力。

表2 燃料電池基本性能參數(shù)

當(dāng)需求功率小于燃料電池最小輸出功率且鋰離子動(dòng)力電池需要充電時(shí)，燃料電池將工作在最佳效率點(diǎn)，所輸出的功率提供需求功率，其余部分為鋰離子動(dòng)力電池充電.

(7)

(8)

(9)

式中：ENernst為熱力學(xué)電動(dòng)勢(shì)；Tfc為燃料電池溫度；Tref為參考溫度；PH2為氫氣分壓值；PO2為空氣分壓值；FO2，reacted為氧氣消耗質(zhì)量流量；MO2氧氣摩爾質(zhì)量；N為電堆中單體個(gè)數(shù)；Ist為燃料電池電堆電流；F為法拉第常數(shù)；λ1為過(guò)量空氣系數(shù)；FH2，reacted為氫氣質(zhì)量流量；MH2為氫氣摩爾質(zhì)量；λ2為過(guò)量氫氣系數(shù).

中國(guó)鄉(xiāng)土社會(huì)的一個(gè)特點(diǎn)是“這個(gè)社會(huì)里的人是在熟人里長(zhǎng)大的。在社會(huì)學(xué)里，我們稱(chēng)之為Face to Face Group，直譯是‘面對(duì)面的社群’?！盵5]基于中國(guó)人情社會(huì)的本土特征，通過(guò)在中小城市當(dāng)?shù)卣心即砩特?fù)責(zé)APP的地推，使中小城市實(shí)體手機(jī)門(mén)店注冊(cè)成為APP新門(mén)店，并通過(guò)當(dāng)?shù)貙?shí)體門(mén)店對(duì)四五線(xiàn)中小市縣居民進(jìn)行淘寶、支付寶等APP安裝，完成APP推廣渠道落地下沉的主要使命。這類(lèi)APP以平臺(tái)功能性、價(jià)值激勵(lì)性、人情地推性為特征的延伸觸角方式為縣級(jí)連接提供了另一種角度的啟示。

綜上所述，針對(duì)公路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，不僅需要及時(shí)掌握翻漿現(xiàn)象出現(xiàn)的主要成因，同時(shí)也需要根據(jù)具體情況對(duì)導(dǎo)致翻漿現(xiàn)象出現(xiàn)的主要因素和條件加以分析，通過(guò)加大排水力度、提升施工管理、及時(shí)換填土以及提升養(yǎng)護(hù)效率等方式加大對(duì)翻漿現(xiàn)象的預(yù)防及養(yǎng)護(hù)效果，保證公路的正常運(yùn)行，提升交通安全效率，加速實(shí)現(xiàn)我國(guó)走可持續(xù)發(fā)展路線(xiàn)的基本目標(biāo)。

氣體壓力值根據(jù)文獻(xiàn)[14]及燃料電池本身特性進(jìn)行確定. 根據(jù)電堆使用說(shuō)明書(shū)，氫氣與空氣壓差不宜過(guò)大且氣體壓力小于0.2 MPa. 因此，氫氣與空氣采取相同壓力0.18 MPa，防止質(zhì)子交換膜發(fā)生形變而造成損壞.

過(guò)量空氣系數(shù)的確定根據(jù)文獻(xiàn)[15]，并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，系數(shù)為2.5. 但在電流密度較低時(shí)，空氣需及時(shí)帶走陰極產(chǎn)生的水，防止水淹，因此需加倍.

1.5 鋰離子動(dòng)力電池模型建模

1) 當(dāng)車(chē)輛處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，燃料電池與鋰離子動(dòng)力電池輸出功率均為0，但鋰離子動(dòng)力電池SOC小于100%時(shí)，此時(shí)鋰離子動(dòng)力電池將對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收；反之，則不進(jìn)行制動(dòng)能量回收.

表3 鋰離子動(dòng)力電池參數(shù)

鋰離子動(dòng)力電池單體輸出電壓由其開(kāi)路電壓、內(nèi)阻及電流決定，而電池組的輸出電壓由單體輸出電壓及單體個(gè)數(shù)決定. 鋰離子動(dòng)力電池SOC狀態(tài)由其額定容量、電荷量及時(shí)間決定，詳見(jiàn)

Vcell=V0cell-RcellIcell

(10)

Vbank=VcellNcell

(11)

(12)

式中：Vcell為單體輸出電壓；V0cell為單體開(kāi)路電壓；Rcell為單體內(nèi)阻；Icell為單體電流；Vbank為電池包輸出電壓；Ncell為電池包單體個(gè)數(shù)；Cnom為額定容量.

利用充放電系統(tǒng)(如圖5所示)將鋰離子動(dòng)力電池充滿(mǎn)電后進(jìn)行放電，測(cè)定鋰離子動(dòng)力電池輸出電壓隨SOC的變化曲線(xiàn)，如圖6所示；而高低溫箱設(shè)備則提供鋰離子動(dòng)力電池的工作環(huán)境，本研究中鋰離子動(dòng)力電池工作環(huán)境為25 ℃，濕度為60%. 由圖6可知，鋰離子動(dòng)力電池輸出電壓隨SOC的增加而上升，且增幅逐漸減小，SOC在70%～90%時(shí)，電壓最為平穩(wěn).

1.6 DC/DC變換器建模

從燃料電池特性曲線(xiàn)(見(jiàn)圖3)中可以看出，隨著電流的升高，電壓呈下降趨勢(shì). 而負(fù)載一般都需要穩(wěn)定的高電壓輸出，并且燃料電池?zé)o法回收制動(dòng)能量，因此，需要單向DC/DC變換器與燃料電池相連[16]. 作為混合動(dòng)力系統(tǒng)中能量分配的主要部件，DC/DC變換器主要分為電流型和電壓型2種[17]. 混合動(dòng)力系統(tǒng)中母線(xiàn)電壓由鋰離子動(dòng)力電池決定，由于燃料電池輸出電壓通過(guò)DC/DC變換器計(jì)算變比后跟隨母線(xiàn)電壓，能量的輸出由輸出電流決定，因此本研究采用電流型DC/DC變換器. 當(dāng)需求功率發(fā)生突變時(shí)，鋰離子動(dòng)力電池可以快速響應(yīng)，使燃料電池電流平穩(wěn)過(guò)度，保護(hù)燃料電池.

鋰離子動(dòng)力電池輸出功率、電機(jī)需求功率及DC/DC變換器輸出功率關(guān)系為

Pbat=Pmotor-PDC/DC

(13)

式中Pbat、Pmotor和PDC/DC分別為鋰離子動(dòng)力電池、電機(jī)和DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出功率.

國(guó)家藝術(shù)基金項(xiàng)目“納西族東巴畫(huà)藝術(shù)百年展”共分為三個(gè)篇章。“傳統(tǒng)篇：致敬經(jīng)典”，表現(xiàn)傳統(tǒng)東巴繪畫(huà)的民間之美和樸素之美；“現(xiàn)代篇：傳承匠心”，展示東巴畫(huà)傳承人和納西族文人畫(huà)家對(duì)東巴繪畫(huà)藝術(shù)表現(xiàn)和美學(xué)的探索發(fā)現(xiàn)；“未來(lái)篇：守望家園”，展現(xiàn)當(dāng)代青年及學(xué)生對(duì)東巴藝術(shù)的學(xué)習(xí)、理解和嘗試。

配電網(wǎng)覆蓋面積廣、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備眾多、運(yùn)行方式靈活多變，為日常運(yùn)維管理帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)，對(duì)比新時(shí)代下客戶(hù)供電服務(wù)需求，我們目前的配網(wǎng)運(yùn)維管理模式還存在較大差距，主要體現(xiàn)在：

DC/DC變換器模型如圖7所示.

1.7 整車(chē)及電機(jī)模型建模

整車(chē)及電機(jī)模型基本參數(shù)如表5所示.

在構(gòu)建了模型所需的模塊后，將模塊組合為燃料電池- 鋰離子動(dòng)力電池混合動(dòng)力系統(tǒng)仿真平臺(tái)，如圖8所示.

表4 DC/DC變換器參數(shù)

表5 整車(chē)及電機(jī)模型基本參數(shù)

2 燃料電池- 鋰離子動(dòng)力電池混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理策略

能量管理模塊根據(jù)車(chē)輛的功率需求、鋰離子動(dòng)力電池SOC狀態(tài)、燃料電池狀態(tài)及駕駛員的駕駛意圖，實(shí)現(xiàn)燃料電池與鋰離子動(dòng)力電池之間功率的合理分配.

2月25日，江西省教育廳制定了江西省學(xué)校（幼兒園）食堂經(jīng)營(yíng)管理“十必須”和食品采購(gòu)管理“十不準(zhǔn)”，以規(guī)范學(xué)校（含幼兒園）食品經(jīng)營(yíng)行為，把好食品入口關(guān)，防控群體性食源性疾患。其中“十必須”規(guī)定，食堂管理必須實(shí)行校長(zhǎng)（園長(zhǎng)）負(fù)責(zé)制；農(nóng)村義務(wù)教育學(xué)校食堂必須自辦，嚴(yán)禁外包；學(xué)校必須建立食物中毒或其他食源性疾患等突發(fā)事件應(yīng)急處理方案等?！笆粶?zhǔn)”規(guī)定，不準(zhǔn)向無(wú)許可資質(zhì)的食品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者采購(gòu)食品原料、半成品和成品，不準(zhǔn)向企業(yè)以外的食品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者訂購(gòu)食品；不準(zhǔn)向中小學(xué)生、幼兒制售生食類(lèi)、冷食類(lèi)（不含水果）食品和裱花蛋糕等。

能量管理策略如圖9所示. 其中，PFC為燃料電池輸出功率，Pbat為鋰離子動(dòng)力電池輸出功率，PFC-eff為燃料電池效率最高點(diǎn)輸出功率，PFCmin為燃料電池最小輸出功率，PFCmax為燃料電池最大輸出功率，SOCmin為動(dòng)力電池SOC下限，SOCmax為動(dòng)力電池SOC上限.

在策略的制定中，始終保持以燃料電池工作在合理范圍內(nèi)為原則，在可滿(mǎn)足工況動(dòng)力性的條件下，使其盡可能工作在效率最佳點(diǎn). 當(dāng)需求功率較大時(shí)，燃料電池的輸出功率將根據(jù)需求功率的變化而變化，而鋰離子動(dòng)力電池則起到快速響應(yīng)及功率補(bǔ)充的作用.

駕駛員根據(jù)當(dāng)前車(chē)速及下一時(shí)刻車(chē)速進(jìn)行油門(mén)踏板及制動(dòng)踏板的控制，踏板的控制將提供車(chē)輛的需求功率值，控制單元接收到需求功率，根據(jù)鋰離子動(dòng)力電池SOC狀態(tài)及燃料電池的輸出功率情況，判斷功率在2種動(dòng)力源間的合理分配.

該滑坡的滑體為第四系全新統(tǒng)堆積層(Qdel 4)，巖性主要為碎、塊石夾粉質(zhì)黏土，呈棕紅色，碎石粒徑一般2 cm～18 cm，呈棱角狀、碎塊狀，在滑坡體表部可見(jiàn)塊石最大粒徑為450 cm，呈散體結(jié)構(gòu)。碎、塊石間的充填物為粉質(zhì)黏土，含量約占30%。滑帶位于第四系滑坡堆積層與基巖接觸面，呈折線(xiàn)形，主要為粉質(zhì)黏土夾碎石、角礫，碎石角礫粒徑為0.5 cm～3.0 cm，黏粒含量較高，土石比約4∶1?；矠槿B系中統(tǒng)巴東組(T2b)泥質(zhì)粉砂巖，巖層產(chǎn)狀348°∠36°。

鋰離子動(dòng)力電池作為混合動(dòng)力系統(tǒng)的輔助動(dòng)力源，其電壓的變化決定了系統(tǒng)母線(xiàn)的瞬時(shí)電壓. 本研究中采用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，其主要性能參數(shù)如表3所示.

2) 當(dāng)車(chē)輛處于需求功率狀態(tài)時(shí)，此時(shí)需判斷需求功率是否小于燃料電池最小輸出功率，如小于且鋰離子動(dòng)力電池?zé)o須充電時(shí)，為降低燃料電池單電池電壓，減少高電壓對(duì)碳載體的腐蝕，以保護(hù)燃料電池電堆，提高燃料電池使用壽命，使燃料電池輸出功率為0，需求功率全部由鋰離子動(dòng)力電池提供. 由于燃料電池碳載體在65 ℃以上、電勢(shì)0.8 V以上的條件下，碳表面開(kāi)始被氧化，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

DC/DC變換器參數(shù)如表4所示.

C+H2O→CO+2H++2e-

(14)

對(duì)于制動(dòng)的控制見(jiàn)公式(1)及式

通過(guò)控制能斯特方程及燃料電池陰陽(yáng)極氣體消耗量與電堆電流關(guān)系式[12-13]中所涉及的變量，式(7)～(9)給出了能斯特方程及PEMFC中陰陽(yáng)板氣體消耗量與電堆電流的關(guān)系式，改變相關(guān)變量對(duì)PEMFC進(jìn)行測(cè)試. 最優(yōu)性能曲線(xiàn)如圖3所示. 圖4為氫氣消耗量隨電流的變化曲線(xiàn).

當(dāng)需求功率大于燃料電池最大輸出功率時(shí)，燃料電池輸出最大功率，此時(shí)無(wú)論鋰離子動(dòng)力電池是否需要充電，都輸出需求功率與燃料電池最大輸出功率的差值，由于鋰離子動(dòng)力電池后備SOC較高，且此時(shí)工況持續(xù)時(shí)間較短，因此鋰離子動(dòng)力電池不會(huì)產(chǎn)生過(guò)放.

當(dāng)需求功率介于燃料電池最大輸出功率和最小效率點(diǎn)功率之間時(shí)，鋰離子動(dòng)力電池如需充電，且需求功率小于最佳效率點(diǎn)功率時(shí)，燃料電池將輸出最佳效率電功率.

當(dāng)需求功率介于燃料電池最大輸出功率和最小效率點(diǎn)功率之間時(shí)，鋰離子動(dòng)力電池如需充電，且需求功率大于最佳效率點(diǎn)功率時(shí)，燃料電池將輸出需求功率與充電功率之和.

當(dāng)需求功率介于燃料電池最大輸出功率和最小效率點(diǎn)功率之間時(shí)，鋰離子動(dòng)力電池?zé)o須充電，燃料電池將輸出全部需求功率.

3) 當(dāng)車(chē)輛處于怠速狀態(tài)時(shí)，此時(shí)鋰離子動(dòng)力電池輸出功率為0，但需要根據(jù)其SOC狀態(tài)判斷是否需要充電. 當(dāng)鋰離子動(dòng)力電池SOC狀態(tài)大于設(shè)定的SOC最小值時(shí)，燃料電池不需要對(duì)外輸出功率為鋰離子動(dòng)力電池充電，輸出功率為0；當(dāng)鋰離子動(dòng)力電池SOC狀態(tài)小于設(shè)定的SOC最小值時(shí)，此時(shí)燃料電池工作在最佳效率點(diǎn)，對(duì)鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)行充電.

卷積層的主要作用是提取特征，分為3種卷積方式：寬卷積、窄卷積和不變卷積(此處的寬窄和不變指的是輸入矩陣經(jīng)過(guò)卷積操作后長(zhǎng)度的變化)。示意圖如圖4所示。

冬季季節(jié)性的積雪覆蓋是北半球中高緯度地區(qū)常有的現(xiàn)象。積雪是影響該區(qū)土壤溫度的重要因素。冬季積雪對(duì)CO2、CH4和N2O的通量變化有強(qiáng)烈影響[42]。積雪對(duì)土壤溫度的影響與積雪厚度有關(guān)。普遍認(rèn)為積雪要高于30cm才能對(duì)土壤有較好的保溫作用[28，34，41]。冬季隨著雪深度的增加，北極凍原灌叢和草甸土壤呼吸分別有不同程度的增加，對(duì)年呼吸總量的貢獻(xiàn)也隨之增加[43]；而冬季積雪減少會(huì)加大土壤溫度的波動(dòng)，使土壤養(yǎng)分損失加重[44]，較少的積雪條件下冬季土壤呼吸往往呈現(xiàn)脈沖式的釋放[34，45]。

對(duì)于需求功率的快速響應(yīng)，鋰離子動(dòng)力電池在功率響應(yīng)方面優(yōu)于燃料電池，功率變化迅速，燃料電池?zé)o法及時(shí)跟隨，此時(shí)鋰離子動(dòng)力電池則會(huì)補(bǔ)充需求功率與燃料電池輸出功率之間的差值[21]. 而當(dāng)需求功率超過(guò)燃料電池需求的最大功率時(shí)，二者的差值則由鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)行補(bǔ)充. 而由圖6可知，鋰離子動(dòng)力電池輸出電壓隨SOC的變化，且當(dāng)SOC為70%～90%時(shí)較為穩(wěn)定. 但為預(yù)留制動(dòng)能量回收的SOC空間，設(shè)置SOCmin為70%，SOCmax為80%，保證鋰離子動(dòng)力電池SOC 波動(dòng)范圍較小，從而提高其循環(huán)壽命.

PEMFC燃料電池的運(yùn)行溫度為60～80 ℃. 本研究中，通過(guò)控制循環(huán)水溫度來(lái)控制PEMFC電堆溫度，循環(huán)水溫度控制為60 ℃，且進(jìn)出口溫差小于等于10 ℃，因此PEMFC電堆溫度控制在65～70 ℃.

3 模擬仿真計(jì)算及結(jié)果分析

在LMS AMESim模擬仿真軟件中構(gòu)建燃料電池- 鋰離子動(dòng)力電池混合動(dòng)力系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真，對(duì)上文提出的控制策略進(jìn)行驗(yàn)證及評(píng)價(jià)，驗(yàn)證其可否滿(mǎn)足車(chē)輛動(dòng)力需求，同時(shí)，監(jiān)測(cè)二者的工作狀態(tài).

本研究采用新歐洲駕駛循環(huán)(new European driving cycle，NEDC)為測(cè)試工況. NEDC包含4個(gè)市區(qū)工況(urban driving cycle，UDC)以及1個(gè)市郊工況(extra urban priving cycle，EUDC)，包括加速、減速、怠速和勻速4種狀態(tài)，能夠真實(shí)反映車(chē)輛在實(shí)際道路中的運(yùn)行情況，因此采用NEDC工況作為本研究中的測(cè)試工況[22-23]. 圖10為車(chē)速與時(shí)間關(guān)系圖，通過(guò)觀(guān)察圖10可以看出，依托于PID控制的駕駛員模型以及能量匹配及控制，本研究中的混合動(dòng)力系統(tǒng)可以滿(mǎn)足NEDC循環(huán)工況中速度及加速度的要求.

設(shè)定鋰離子動(dòng)力電池初始SOC為75%，燃料電池初始電壓為107.77 V.

圖11為車(chē)輛需求功率隨時(shí)間的變化圖，圖12為燃料電池與鋰離子動(dòng)力電池的輸出功率隨時(shí)間變化圖. 通過(guò)觀(guān)察圖11、12可以看出，整車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，市區(qū)工況需求最大功率為9.15 kW，市郊工況最大需求功率為32.30 kW. 燃料電池最大輸出功率為23.08 kW，小于其最大輸出功率23.09 kW，同時(shí)，取消了其輸出功率在2.75 kW以下的工況，保證燃料電池輸出功率式中大于2.75 kW. 鋰離子動(dòng)力電池最大輸出功率為9.30 kW，放電倍率為3.3 C，小于鋰離子動(dòng)力電池最大放電倍率，在工作過(guò)程中，鋰離子動(dòng)力電池承擔(dān)的輸出功率波動(dòng)較大并且回收制動(dòng)能量.

通過(guò)觀(guān)察圖13、14可以看出，燃料電池輸出電壓在74.1～85.6 V，電壓波動(dòng)范圍較大，無(wú)法滿(mǎn)足電機(jī)及母線(xiàn)電壓的需求，且不利于能量的分配. 在經(jīng)過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，電壓穩(wěn)定在359.4 V左右. 同時(shí)，DC/DC變換器輸出電壓可以跟隨母線(xiàn)電壓在允許范圍之內(nèi)變化.

(1) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于巖層傾角的存在，巷道底板兩腳部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。隨外界載荷的增大，巷道圍巖應(yīng)力變化主要表現(xiàn)為三個(gè)階段，當(dāng)應(yīng)力增大到超千米深井應(yīng)力時(shí)，巷道拱部及底板發(fā)生變形破壞，圍巖失去承載能力，且巷道拱部左上角與底板右下角首先發(fā)生破壞，隨后向圍巖深部擴(kuò)展，巷道圍巖出現(xiàn)大范圍變形破壞，而巷道左幫和右?guī)蛻?yīng)力集中現(xiàn)象加劇。

對(duì)比圖12、15可以看出，燃料電池與鋰離子動(dòng)力電池的輸出電流均與各自輸出功率變化趨勢(shì)一致，實(shí)現(xiàn)通過(guò)DC/DC變換器穩(wěn)定燃料電池輸出電壓并通過(guò)控制燃料電池輸出電流實(shí)現(xiàn)功率分配.

通過(guò)觀(guān)察圖16可以看出，鋰離子動(dòng)力電池SOC狀態(tài)在市區(qū)工況由75%降至73%，NEDC完整工況SOC波動(dòng)范圍為75.0%～73.6%，波動(dòng)范圍不大，有助于保護(hù)鋰離子動(dòng)力電池，延長(zhǎng)使用壽命.

4 結(jié)論

本研究基于LMS AMESim模擬仿真軟件構(gòu)建了燃料電池- 鋰離子動(dòng)力電池混合動(dòng)力系統(tǒng)的聯(lián)合仿真平臺(tái)，利用試驗(yàn)臺(tái)架對(duì)燃料電池及鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)行的性能測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行混合動(dòng)力仿真. 在仿真平臺(tái)中對(duì)此能量管理策略進(jìn)行驗(yàn)證與分析，從仿真結(jié)果可知：

1) 在整車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，該能量管理策略及動(dòng)力匹配方案可滿(mǎn)足NEDC工況所需的加速、減速、怠速和勻速的速度要求.

2) 燃料電池取消了高電壓工作區(qū)間，既降低了功率波動(dòng)的區(qū)間，又保護(hù)了催化劑載體，有利于其壽命的延長(zhǎng). 此外，使用該策略燃料電池始終在活化極化與歐姆極化區(qū)域工作，未進(jìn)入濃差極化區(qū)域，從而保護(hù)電堆. 在需求功率較大時(shí)，燃料電池可跟隨需求功率.

3) DC/DC變換器成功使燃料電池輸出電壓跟隨母線(xiàn)電壓，并通過(guò)分配電流的方式進(jìn)行功率分配，降低能量控制的難度.

4) 利用該能源管理策略后，鋰離子動(dòng)力電池SOC波動(dòng)較小，同時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)充及過(guò)放現(xiàn)象，有利于延長(zhǎng)鋰離子動(dòng)力電池壽命.