燃料电池观光车系统建模与能量管理的研究

为了解决燃料电池观光车能量管理的问题，建立了燃料电池观光车整车及零部件模型，设计开发了车载恒温器控制策略，并通过整车及零部件台架试验验证了模型的准确性；为了提升整车经济性及耐久性，提出了一种新的基于二次型效用函数的改进策略，并通过KKT条件获得了实时最大收益，最后开发了一种多目标闪电搜索算法，并通过该算法求解了策略的最佳参数。仿真结果表明，与恒温器控制略相比，所提出的改进策略可以提升1.7%的续驶里程，耐久性提高11.2%;并且该策略兼顾了SOC状态，结合了整车及零部件的历史输出功率信息，工况适应性强。     

考虑燃料电池性能衰退的燃料电池汽车强化学习能量管理策略研究

针对燃料电池衰退性对汽车实际运行的重要影响,提出燃料电池瞬时衰退计算经验公式,并将燃料电池衰退性能纳入能量管理问题设计目标。利用基于强化学习的能量管理策略,解决燃料电池汽车经济性、衰退性和SOC维持的多目标能量管理问题。与功率跟随策略相对比,考虑衰退性能的策略具有更好的经济性和更优异的衰退性。     

基于模糊的氢燃料电池时序采样能量控制方法

氢燃料电池汽车的能量管理系统对燃料电池寿命、耐久、经济性等性能起着重要作用。 在对经典模糊控制策略的改进 基础上,解决控制策略存在的燃料电池输出功率变载频繁的问题,以时序规则进行优化设计,根据燃料电池运行特性、工作效率 点以及道路工况具备的特点提出了一种基于时序周期采样的控制策略,通过对车辆搭载燃料电池和动力电池输出功率的控制, 完成能量管理策略优化。 针对一款实际运营的燃料电池公交车在等速工况和中国典型城市公交循环工况下,使用不同控制策 略时的氢耗、燃料电池输出功率状态、动力电池荷电状态变化等数据进行分析,发现设计的控制策略能有效降低燃料电池变载 次数,提高燃料电池使用寿命,在氢耗方面比功率跟随策略、开关控制策略有明显优势,在初始动力电池荷电状态为 60%条件 下,后两者策略氢耗分别增加了 3. 98%和 27. 88%。     

适用于燃料电池混合供电系统的能量管理策略

为优化燃料电池混合供电系统的动态响应以及能量的转换效率,实现燃料电池的最优经济性,提出一种在单位运行周期内通过储能系统荷电状态以及负载变化来确定目标功率值的能量管理策略。该策略基于规则模糊逻辑理论,根据负载需求功率和超级电容荷电状态的隶属函数以及IF-THEN规则对燃料电池的功率进行分配,使得系统对负载变化进行快速响应,实现其在燃料电池和超级电容之间的合理分配。实验结果表明,所提控制策略能够展示该供电系统对负载功率的调节作用,避免储能介质在整个工作期间出现过充电或过放电现象,达到延长燃料电池使用寿命的目的,验证了能量管理策略的正确性。     

基于庞特里亚金极小值原理满意优化的燃料电池混合动力系统分层能量管理方法

针对燃料电池混合动力系统的燃料经济性和耐久性兼顾问题,文中提出一种基于庞特里亚金极小值原理满意优化的分层能量管理方法。该方法以燃料经济性和耐久性为优化目标,采用一级硬性约束、二级满意优化和三级最优控制的分层能量管理,实现对负荷功率的有效分配。通过基于实测工况的实验测试,并与传统基于庞特里亚金极小值原理的能量管理方法进行对比分析,证明了所提出能量管理方法能够有效维持氢耗量较低水平,并能够降低燃料电池发电系统的输出功率波动率,有效提高其耐久性,延长其服役寿命。     

燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法

为提高燃料电池混合发电系统效率和改善燃料经济性,提出一种基于双DC/DC拓扑结构的燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法。该方法根据等效氢耗理论,在单位控制周期内实时分配燃料电池和锂电池输出功率,使得系统在单位控制周期内等效氢耗最小,并通过将该瞬时等效氢耗优化问题转换为双向DC/DC变换器的最优输出功率求解问题,实现了该方法的工程应用。在搭建的由燃料电池、锂电池、单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器以及能量管理器等组成的混合发电系统测试平台上,利用轨道机车工况开展了多指标性能测试与对比分析。实验结果表明,与状态机控制策略相比,基于等效氢耗瞬时优化的能量管理方法能够有效提高等效氢耗利用率和系统效率,并降低了锂电池运行压力,有效改善了系统燃料经济性和使用寿命。     

航空燃料电池推进系统能量管理策略研究综述EI北大核心CSCD

燃料电池推进系统是未来绿色航空的潜在发展方向之一。面对航空燃料电池推进系统的耐久性、经济性等瓶颈问题,如何构建高效的系统能量管理策略已成为系统可靠应用的核心。该文结合国内外研究现况,在分析燃料电池推进系统架构的基础上,详细分析已有的系统能量管理策略的特征和应用场景,并针对策略适应性、实时性以及优化效果进行定性分析。同时,结合特定飞行工况下的无人机飞行仿真实验结果对不同能量管理策略进行定量分析,对未来航空燃料电池推进系统的发展趋势进行探讨,以期为航空燃料电池推进系统的快速大规模应用提供理论参考。     

考虑坡度工况的FCHEV队列分层优化控制策略研究

在面对坡度工况时，如何开发同时兼顾车辆间协同控制与能耗经济性的控制策略是提高交通效率与发挥车辆节能潜力的关键技术之一。以燃料电池混合动力汽车队列为研究对象，以安全行驶及优化能耗为目标，提出了一种基于改进粒子群优化算法与Q学习的燃料电池混合动力汽车队列分层优化控制策略。该策略中上层控制器在保证满足与前车距离或速度限制等安全约束的前提下，利用改进的粒子群优化算法获取节能速度轨迹，并使用模型预测控制框架实时调整主车速度遵循节能速度轨迹行驶。下层控制器根据上层求解的车速和需求功率等信息建立Q学习控制器，实现燃料电池混合动力汽车动力电池与燃料电池之间的最优能量分配。仿真结果表明，本文所提出的分层控制策略在坡度工况下，表现出良好的跟踪性能和安全性能，且优化结果与动态规划策略相似，表明该策略的能耗经济性及可行性。     

模糊逻辑应用的燃料电池汽车能量管理策略

燃料电池系统是燃料电池汽车的主要能源供应,燃料电池自身存在动态响应慢等缺陷。为了提高混合动力汽车的燃料经济性并增加续航里程,提出了适用于燃料电池/蓄电池(FC+B)混合动力汽车的模糊逻辑控制策略,运用MATLAB/Simulink软件搭建了混合动力汽车整车仿真模型。仿真结果表明,模糊逻辑控制策略新欧洲行驶工况(new European driving cycle,NEDC)和市郊循环工况(extra urban driving cycle,EUDC)两种工况下,能够实现燃料电池和蓄电池的最优功率分配,在燃料经济性和蓄电池的荷电状态(state of charge,SOC)方面也优于基于状态的自适应功率控制策略。     

多物理域质子交换膜燃料电池建模仿真及实验测试

燃料电池及其应用近些年逐渐成为研究热点,对于系统级的燃料电池运行工况分析及设计,底层的燃料电池本体模型显得至关重要。相比于已有的传统经验模型,重点提出了一种一般性的多物理域燃料电池分析模型,并从电化学域、流体力学域以及热力学动态域对质子交换膜燃料电池进行了精确建模。所提出的框架性建模方法可以适用于不同型号的质子交换膜燃料电池,同时也可以进一步拓展并应用于不同种类的燃料电池。随后以Ballard NEXA 1.2 kW质子交换膜燃料电池为例,对模型在不同工况下进行了仿真,并通过实验测试验证了所提出模型的有效性和准确性。在此基础上,可以展开相应的控制策略及电池本体运行分析,从而提升燃料电池系统的运行性能和工作寿命。     

并联式混合动力汽车的BP网络实时能量管理

为了提高并联式混合动力汽车(PHEV)的燃油经济性,提出了一种基于BP神经网络的并联式混合动力汽车实时能量管理策略.采用瞬时优化能量管理策略结合多种路况离线仿真得到能量管理规则,利用模糊C-均值聚类对能量管理规则进行分类并提取部分规则作为神经网络的训练样本.训练得到的BP神经网络控制器根据车辆实时工况控制混合动力系统的转矩分配,以实现最优的能量分配.基于ADVISOR的仿真研究表明,与瞬时优化能量管理策略相比,该能量管理策略不仅能够保证车辆的燃油经济性,而且明显提高了能量管理的实时性.     

新型绿色电动汽车电池更换站的研究

由于间隙性新能源发电输出功率的波动性和不可控性,其并网容量受到了限制。针对该问题,提出一种新型“绿色电动汽车电池更换站”,将间隙性新能源发电站与电动汽车电池更换站相结合,通过合适的协调控制策略,一方面可以借助于电动汽车电池更换站中的蓄电池来平衡间隙性新能源发电输出功率的波动,降低其对电力系统产生的不利影响;另一方面也可以利用新能源发电站所产生的能量降低电池更换站对电网的负荷需求,实现新能源发电并网容量与电动汽车规模化的同步发展。仿真结果显示所提方案不仅可以有效平滑间隙性新能源发电输出功率,降低电动汽车电池更换站对电网的负荷需求,同时也可以降低线路损耗,提高电能传输效率,节约用电成本。     

Plug-In并联式混合动力汽车实时优化能量管理策略

能量管理策略是混合动力汽车的核心技术之一,其品质直接影响车辆的动力性、经济性和排放性能。首先制定了基于确定性规则的Plug-In并联式混合动力汽车能量管理策略;然后,为了提高车辆的燃油经济性,设计了电池能量观测单元,并对等效燃油消耗最小策略进行改进,提出了适用于Plug-In混合动力汽车的实时优化能量管理策略。研究结果表明,该能量管理策略显著提高了Plug-In并联式混合动力汽车的燃油经济性。     

阴极循环对氢燃料电池系统电压钳位及自增湿效应的研究

通过阳极和阴极两侧的废气再循环可以实现低电流密度下的电压钳位以及无需外部加湿器的自加湿。基于氮气渗漏和水扩散动态系统仿真模型,提出了一种控制阴阳两极气体压力平衡和限电压的控制算法,并对控制算法进行了仿真分析和有效性验证。试验结果表明阴极循环系统动态性能良好,并能够把氢燃料电池在低电流密度下的单片电压控制在0.85 V以下。通过正交试验发现,进气阀开度和循环泵的转速是实现电压快速控制最重要的影响因素;在阴极再循环系统主动运行下,混合气体最高湿度可达60%。     

Energy management strategy for fuel cell/battery/ultracapacitor hybrid vehicle based on fuzzy logic

In order to enhance the fuel economy of hybrid vehicle and increase the mileage of continuation of journey, a fuzzy logic control is utilized to design energy management strategies for fuel cell/battery (FC + B) hybrid vehicle and fuel cell/battery/ultra-capacitor (FC + B + UC) hybrid vehicle. The models of hybrid vehicle for FC + B and FC + B + UC structure are developed by electric vehicle simulation software ADVISOR which uses a hybrid backward/forward approach. The results demonstrate that the proposed control strategy can satisfy the power requirement for four standard driving cycles and achieve the power distribution among various power sources. The comprehensive comparisons with the power tracking control strategy which is wide adopted in ADVISOR verify that the proposed control strategy has better rationality and validity in terms of fuel economy and dynamic property in four standard driving cycles. Therefore, the proposed strategy will provide a novel approach for the advanced energy management system of hybrid vehicle.     

HEV车载复合电源系统控制策略优化研究

HEV车载复合电源是将高比功率的超级电容与高比能量的蓄电池复合使用,通过合理的能量管理策略,以提高HEV汽车能源系统性能的技术。在分析车载复合电源系统的结构、功率需求及电源约束条件的基础上,建立了以车辆燃油消耗率和再生制动能量回收率为优化目标函数的能量管理问题数学模型。然后,根据复合电源系统的工作模式设计了基于模糊逻辑的能量管理控制器,利用遗传算法对功率分配因子的隶属度函数参数进行优化。基于ADVISOR的仿真研究表明,与未优化的模糊能量管理策略相比,经过优化的模糊能量管理策略能够更有效地降低混合动力汽车的燃油消耗,提高了制动能量回收率。     

家用混合发电系统的能量优化控制策略

家庭负载频繁出现瞬间的峰值功率需求,由燃料电池/蓄电池组成的混合发电系统是最清洁和高效的发电方式之一.燃料电池仅满足基本负载,由蓄电池放电以满足瞬间的峰值功率需求.研究了一个60 kW家用混合发电系统,该系统由质子交换膜燃料电池(PEMFC)和阀控铅酸蓄电池组成,设计为10个家庭同时供电.在保证系统可靠性和持久性的同时,为了提高整个混合发电系统的工作效率和燃料经济性,在系统仿真和分析的基础上详细描述了一种基于规则的能量优化控制策略.仿真实验结果表明,与燃料电池单独供电相比,60 kW混合发电系统通过优化2种能源之间的功率分配,能够在响应负载的同时提高整个发电系统的工作效率和燃料经济性.     

燃料电池电动汽车能量管理系统最优控制策略研究

燃料电池电动汽车复杂多变的行驶工况下极易产生大电流脉冲,负载的变化给燃料电池带来极大的影响。针对燃料电池低电压、大电流的输出特性,在燃料电池电动汽车动力系统结构基础上,采用动态规划算法来管理能量的最优分配,在MATLAB/Simulink建模仿真平台搭建完整的能量管理策略模型,并在WLTC循环工况进行仿真试验,结果表明,采用动态规划算法能够延缓燃料的过度消耗,在动力电池SOC由45.6%回升到48.3%阶段,燃料电池能够稳定地输出能量,并且不断优化整车的能量分配。