燃料电池混合动力参数辨识及整车控制策略优化

为优化燃料电池混合动力系统经济性及耐久性,建立了模型参数辨识及整车控制策略优化方法.首先给出了燃料电池混合动力系统氢气消耗及蓄电池模型参数的最小二乘离线辨识算法.台架试验验证了其有效性.其次给出了整车控制策略,包括电动机控制策略和能量管理策略两部分.电动机运行状态根据挡位信号和司机踏板信号可以划分为两类:制动状态和非制动状态.电动机目标转矩在这两类状态中采取不一样的计算方法.能量管理策略包括稳态分配和动态补偿两个模块.再次,采用基于多目标的遗传优化算法对整车控制策略相关参数进行优化,优化目标为混合动力系统在"中国城市公交典型工况"中等效氢气消耗量最小.工况测试结果表明,使用优化算法后系统经济性从9.6 kg/100km提升到7.6 kg/100km,减小了燃料电池输出功率的波动并维持蓄电池SOC在平衡点附近.     

基于模糊控制的混合动力船舶能量管理策略研究

以由燃料电池、超级电容和蓄电池组成的混合动力船舶为研究对象,根据各动力源的特性参数建立混合动力系统数学模型。根据燃料电池、蓄电池和超级电容的动力特性,提出了一种基于模糊逻辑的能量管理策略,借助模糊逻辑控制算法和隶属度函数概念,综合考虑各影响因素(如功率需求,SOC等),从而得到最佳优化方案。通过模糊控制器将蓄电池SOC、超级电容SOC、需求功率输入量模糊化,经过所设定的控制规则来完成能量分配与管理,得到燃料电池、蓄电池和超级电容的输出功率。最后在MATLAB/SIMULINK环境下建立了混合动力系统仿真模型,仿真结果表明:基于模糊逻辑的能量管理策略能实现对混合动力系统能量的优化管理与控制,使船舶安全可靠运行,为实现船舶纯绿色的发展提供技术支撑。     

燃料电池城市客车能量分配算法研究

高效、清洁已使燃料电池混合动力汽车成为人们关注的焦点。燃料电池多能源的分配控制是其中的一个关键技术,其对汽车经济性、动力性及部件寿命有很大影响。分析比较了四种能量分配控制策略,即恒压浮充策略、基于母线电压的MAP图分配策略、基于电池荷电状态(State of charge,SOC)修正的分配策略和基于SOC和电动机需求功率的模糊分配控制策略,并结合国家863燃料电池城市客车项目进行了仿真分析,比较了各种能量分配控制策略的优缺点。分析结果认为基于SOC和电动机需求功率的模糊分配控制策略具有较强的鲁棒性,工况适应性好,是一种值得研究和应用的控制策略。     

轻度混合动力汽车再生制动能量管理策略

提出以满足ECE制动法规为前提,蓄电池再生制动能量回收最大为优化目标的轻度混合动力汽车再生制动能量管理策略.基于发电机效率图、蓄电池充电效率图和发动机反拖阻力矩图,建立发电机和行车制动系的制动力分配优化模型,分别获得采用有级式变速器和无级变速传动的轻度混合动力汽车在不同制动强度下的再生制动能量管理控制规则.分别对采用单离合器-有级式变速器、双离合器-有级式变速器和无级变速器三种传动型式的轻度混合动力汽车进行NEDC循环工况仿真,结果表明采用双离合器-有级式变速器的轻度混合动力汽车再生能量效率最高.对采用有级式变速器的混合动力系统完成了基于dSPACE快速控制原型技术的再生制动控制试验.     

燃料电池混合动力客车整车控制策略

汽车能耗和排放污染问题近年来已引起广泛关注,以氢气为燃料的燃料电池汽车是实现近零排放的可行途径.在燃料电池混合动力客车中,整车经济性和燃料电池发动机的耐久性及可靠性在很大程度上取决于整车能量管理策略的优劣.对能量混合型燃料电池城市客车基于电压控制的能量管理策略和基于电流控制的能量管理策略进行讨论,由于蓄电池输出电流对总线电压的变化敏感,使得基于电压控制的能量管理策略在实际中应用效果并不理想,而基于电流控制的能量管理策略更适合能量混合型燃料电池城市客车.基于电流控制的能量管理策略包括能量分配和动态滤波两个部分,这种策略构成能够保证燃料电池发动机平稳运行和蓄电池组的合理使用.道路试验结果表明,基于电流控制的能量管理策略很大程度改善了整车经济性和可靠性.     

新型并联式混合动力汽车模式切换协调控制

针对一种基于行星齿轮机构的新型并联式混合动力汽车,以实现整车系统效率最优为目标,对混合动力系统工作模式区域进行划分,制定出整车能量分配策略。研究了各工作模式切换之间的扭矩协调控制算法,并进行了驱动工况仿真分析。结果表明,综合了系统效率最优的能量分配策略与协调控制算法既能优化动力系统效率,又能够有效提高混合动力汽车模式切换过程中动力传递的平稳性。     

基于超级电容的并联式混合动力车转矩控制

针对并联式混合动力车动力系统中发动机和电驱动系统之间存在的能量分配和转矩协调问题,以发动机高效率工作为目的,建立了混合动力车前向式动力系统模型,以发动机稳态特性图和超级电容的SOC值为主要依据,设计了发动机和电动机间的转矩分配控制策略,仿真结果表明所建立的系统模型和协调转矩控制策略能够实时动态的控制发动机和电机的转矩分配,可有效的控制混合动力系统在高效区工作,既满足了系统对动力性的需求,又优化提高燃油经济性.     

燃料电池城市客车动力系统匹配与仿真研究

以某款城市客车为参考,开发燃料电池城市客车,依据整车性能设计指标,对燃料电池城市客车驱动电机、燃料电池系统及蓄电池组进行选择、计算与匹配。利用ADVISOR搭建燃料电池城市客车模型、建立中国典型城市道路循环工况,对整车动力性、纯电动驱动模式下经济性和动力系统各部件性能进行仿真,结果表明,所选动力系统各部件能够满足整车功率需求,整车动力性能良好,蓄电池组SOC在理想区间变化,纯电动模式下的续驶里程满足设计要求。     

燃料电池电动汽车能量流控制系统设计与模型实验

根据燃料电池的特点,设计了燃料电池电动汽车能量管理系统．介绍了其运行原理。为满足汽车正常运行和提高运行效率的两大目标．拟定了燃料电池(主动力)和蓄电池(辅助动力)2种能量源之间的优化调配方案。讨论了车辆在行驶过程中的能量流控制算法。在所建立的模拟实验平台上对控制策略及算法进行了实验分析,验证了所提出控制策略和算法的正确性和可行性。     

基于模糊控制的纯电动汽车复合电源功率分配策略研究

以某微型纯电动汽车的蓄电池-超级电容复合电源系统为研究对象,提出了一种基于模糊控制理论的复合电源纯电动汽车驱动功率分配控制策略。针对整车动力系统结构,设计了模糊控制器,综合考虑母线电流和超级电容SOC,计算超级电容最佳输出电流,合理分配蓄电池与超级电容之间的功率。在Matlab/Simulink环境下搭建复合电源能量管理系统仿真模型,仿真结果表明所提出的功率分配策略能有效分配复合蓄电池和超级电容的输出功率,改善了蓄电池的工作环境,并提高了车载能量利用率。     

地铁混合储能系统及其功率动态分配控制方法

针对城市地铁制动能量瞬时大功率、短时大能量等引起的牵引网电压安全问题,提出采用超级电容-锂电池组成双DC/DC架构的混合储能系统进行制动能量吸收。通过引入制动电阻辅助分流,研究采用电压分级的方法实现混合储能系统中超级电容、锂电池以及制动电阻的启停控制;同时根据一阶低通滤波法以及基于超级电容荷电状态的动态滤波常数调整方法,优化超级电容组和锂电池组的输出功率,并在MATLAB中搭建了仿真模型。仿真结果表明该控制方法可以有效抑制牵引网电压的波动,同时提高了混合储能系统整体性能和性价比。     

Integrated power and single axis attitude control system with two flywheels

The existing research of the integrated power and attitude control system(IPACS) in satellites mainly focuses on the IPACS concept,which aims at solving the coupled problem between the attitude control and power tracking.In the IPACS,the configuration design of IPACS is usually not considered,and the coupled problem between two flywheels during the attitude control and energy storage has not been resolved.In this paper,an integrated power and single axis attitude control system using two counter rotating magnetically suspended flywheels mounted to an air table is designed.The control method of power and attitude control using flywheel is investigated and the coupling problem between energy storage and attitude control is resolved.A computer simulation of an integrated power and single axis attitude control system with two flywheels is performed,which consists of two counter rotating magnetically suspended flywheels mounted to an air rotary table.Both DC bus and a single axis attitude are the regulation goals.An attitude & DC bus coordinator is put forward to separate DC bus regulation and attitude control problems.The simulation results of DC bus regulation and attitude control are presented respectively with a DC bus regulator and a simple PD attitude controller.The simulation results demonstrate that it is possible to integrate power and attitude control simultaneously for satellite using flywheels.The proposed research provides theory basis for design of the IPACS.     

基于功率平衡的微电网稳定性控制策略

针对含有储能元件的分布式发电系统存在直流母线电压难以准确控制,直流子网切负荷瞬间交流子网电压及频率会偏离正常值的缺点,提出了基于功率平衡带负载前馈的蓄电池控制策略和改进的V/f逆变控制方法对其进行改进。仿真结果表明:交直流混合微电网在孤岛模式下和受扰动时,该方法均能使直流母线电压实现稳定且电压和频率都能够满足正常运行的要求,同时提高了整个系统的抗扰动能力。     

新软件技术在燃料电池客车控制系统中的应用

燃料电池城市客车的部件繁多,结构复杂,包括燃料电池发动机、蓄电池、DC/DC和电动机等多个部件节点,其控制系统多采用复杂的分布式控制系统.该控制系统信息流量大、控制任务复杂、实时性要求高,在开发与运行过程当中对数据监控、故障诊断、程序在线更新、数据传输等都提出了更高的要求.在燃料电池城市客车控制系统研发与装备过程中,采用了OSEK/VDX标准的实时操作系统、硬件在环实时仿真、时间触发控制器局域网(Controller area network, CAN)以及无缝自动代码生成等最新的软件技术,这些新技术的应用,有效地提高了燃料电池客车控制系统的开发效率,降低了系统故障率,并为燃料电池客车的优化控制构建了一个开放的技术平台.     

混联式混合动力客车能量管理实时优化算法研究

为提高新型混联式混合动力客车的燃油经济性,制定了一种功率均衡能量管理控制策略。建立动力系统模型并针对其结构特点设计了模式切换规则。通过确定各个功率需求下的电池荷电状态与发动机燃油消耗的关系,将电池功率转化为相应的油耗,以每一时刻的综合燃油消耗量最小为目标,对电池与发动机功率进行实时优化均衡控制。仿真结果表明：电池荷电状态控制在预定的区域内保持平衡,发动机运行工作点在高效区域内,且整车燃油经济性与原型客车和采用规则控制策略相比分别提高了34.18%和13.61%。     

规则控制与行驶工况相结合的现代有轨电车能量管理策略

规则控制具有鲁棒性强、灵活性高等显著优势,逐渐成为优化储能式现代有轨电车能量管理性能的经典方法,但也同时面临过于依赖专家经验与工况适应性差的问题。为此针对有轨电车用锂电池/超级电容混合储能系统,在传统模糊逻辑控制的输入中同时引入道路坡度和运行速度,提出一种动态功率分配新方法。依据行驶工况制定隶属度函数与论域,调整超级电容高功率密度响应时刻,优化列车动力性能;采用粒子群算法对模糊控制规则权重寻优,在保证列车功率需求的同时降低锂电池峰值电流,延长储能系统使用寿命;并将所提策略应用到北京现代有轨电车西郊线路数据的算例对比验证中。结果表明,融合行驶工况信息的模糊控制相较于传统模糊控制实现了在功率分配、锂电池和超级电容荷电状态偏移范围、锂电池运行应力及储能系统整体效率方面的多重最优,且再生制动能量回收率有显著改善;通过粒子群算法对规则权重寻优相较于传统固定权重方案使锂电池峰值电流降低31.02%,列车续驶里程提升了22.45%,且算法在迭代7次以内能够找到全局最优解,运算速度快,易于实现。     

面向公交客车应用的插电式混合动力实时优化策略研究

插电式混合动力汽车随着电功率比的逐渐提升实现了机电耦合系统的能量深度混合。然而在应对复杂瞬变的城市公交工况时,如何通过设计实时高效的能量管理策略实现插电式混合动力客车全工况能量消耗最优已成为学术界的研究热点。考虑城市公交工况路况信息对能量分配的影响以及同轴并联式系统构型的自身特点,提出等效坡道在线估计及相应的电池荷电状态(State of charge, SOC)轨线修正方法,在此基础上利用等效油耗最小策略(Equivalent consumption minimization strategy, ECMS)设计一种实时优化能量管理策略,将整条公交线路的能量需求进行合理分配,另外对发动机起停的约束条件保证了发动机的合理高效运行。仿真结果表明所提出的实时优化能量管理策略与实际中应用的规则策略相比,对整车燃油经济性的提升更为显著,且可以更好地匹配公交工况与动力系统构型。实车试验结果也验证了所提出方法的有效性。因此所提出方法为基于优化理论的实车控制策略应用提供了理论依据     

Development of a hybrid energy storage sizing algorithm associated with the evaluation of power management in different driving cycles

In this paper, a hybrid energy storage sizing algorithm for electric vehicles is developed to achieve a semi-optimum cost-effective design. Using the developed algorithm, a driving cycle is divided into its micro-trips and the power and energy demands in each micro-trip are determined. The battery size is estimated because the battery fulfills the power demands. Moreover, the ultra-capacitor (UC) energy (or the number of UC modules) is assessed because the UC delivers the maximum energy demands of the different micro-trips of a driving cycle. Finally, a design factor, which shows the power of the hybrid energy storage control strategy, is utilized to evaluate the newly designed control strategies. Using the developed algorithm, energy-saving loss, driver satisfaction criteria, and battery life criteria are calculated using a feed-forward dynamic modeling software program and are utilized for comparison among different energy storage candidates. This procedure is applied to the hybrid energy storage sizing of a series hybrid electric city bus in Manhattan and to the Tehran driving cycle. Results show that a higher aggressive driving cycle (Manhattan) requires more expensive energy storage system and more sophisticated energy management strategy.     

[动力电池]基于双时间尺度扩展卡尔曼粒子滤波算法的电池组单体荷电状态估计

为实现对电池组单体荷电状态(SOC)的精确估算,首先对锂电池组单体建立增强自校正(ESC)模型,然后根据锂电池ESC模型建立电池组平均模型和各单体SOC差异模型,再对其用双时间尺度的扩展卡尔曼粒子滤波(EKPF)算法来估算电池组平均SOC值和各单体差异SOC值,从而得到电池组中各单体SOC值。对12节锂电池串联电池组进行SOC估算实验,结果表明,基于双时间尺度EKPF算法的电池组单体SOC估计方法可实现对单体SOC的精确估计,且该方法比双时间尺度扩展卡尔曼滤波算法和扩展卡尔曼滤波(EKF)算法具有更高的估算精度。     

基于DSP的电动汽车蓄电池电量计量及荷电状态估计

荷电状态是反映蓄电池能量的重要参数,是电动汽车整车控制器制定能量控制策略的重要依据。为了解决电动汽车蓄电池电量计量及荷电状态估计问题,设计了基于数字信号处理器(DSP)的蓄电池电量快速计量系统,采用安时法对蓄电池充放电容量进行了估计,通过放电率、温度、自放电及容量老化等补偿措施来提高计量精度,并分析了温度与充放电倍率对蓄电池容量的影响。试验结果表明,补偿后的安时法可准确地估计蓄电池荷电状态,最大充放电倍率随温度升高而增大。