燃料电池混合动力系统优化控制策略

针对车用燃料电池蓄电池混合动力系统的特点设计了优化的能量管理策略。采用动态规划算法对目标驾驶循环进行全局优化,对最优能量分配策略进行分析,提取相应的控制规则,并设计了基于模糊控制的燃料电池混合动力系统实时控制策略。仿真及台架试验结果表明该控制策略能够控制燃料电池工作在高效区,提高整车的燃料经济性。     

燃料电池混合动力系统镍氢电池特性

结合Rint模型分析某80 Ah镍氢动力电池单体特性,以确定其在燃料电池混合动力系统中的最佳工作范围,并加以实验验证.结果显示,在燃料电池混合动力系统中镍氢电池SOC应保持在40%～60%之间,充放电电流应处于-160～240 A的范围,温度应维持在常温附近,以确保系统安全性和经济性.台架实验显示,通过稳态分配结合动态滤波的算法模式和恰当的参数匹配,整车控制器可以使镍氢电池工作在目标区域,从而使混合动力系统满足城市公交工况的动力性和经济性需求,并限制燃料电池发动机的输出功率波动.     

燃料电池客车动力系统建模与能量管理策略研究

基于ADVISOR进行二次开发,建立了燃料电池客车整车前向仿真模型.基于模糊控制方法制定了能量管理策略;为提升燃料电池耐久性,对模糊控制进行改进,提出改进后的模糊控制能量管理策略.中国典型城市工况下的仿真结果表明,改进后的模糊控制能量管理策略在车辆经济性和燃料电池耐久性方面均优于功率跟随式能量管理策略.     

燃料电池轿车模型预测实时优化控制

针对面向示范的燃料电池轿车,以提高能量经济性为目标,采用模型预测控制(MPC)对能量管理策略进行实时动态优化.仿真结果表明:所设计的MPC策略能够有效改善燃料电池轿车的能量经济性,并能满足实时控制的需要.     

基于锂离子超级电容器的燃料电池混合动力系统能量管理研究

针对目前较为成熟的氢燃料电池汽车动力系统构型和能量管理中存在的不足,提出一种基于锂离子超级电容器和氢燃料电池的模糊控制策略的燃料电池汽车能量管理方法。改进的能量管理方法在传统蓄电池作为辅助电源基础上,运用了锂离子超级电容器,其拥有更大的功率密度和出色的能量密度,可以更好地满足汽车动力性需求。同时将传统功率跟随控制策略进行修改,采用模糊控制策略对新动力系统进行控制,在满足整车动力性的同时有效地提高了燃料经济性,且SOC和燃料电池负载变化情况都有明显改善。     

燃料电池飞机动力系统技术概述

燃料电池作为一种清洁高效电化学发电装置,正被逐步应用在汽车和轻型飞机上。首先对PEMFC进行介绍;分析对比氢的制取和储存技术;重点分析了燃料电池的电动力系统及其子系统;分析氢气安全问题;最后指出燃料电池电动力系统发展需要解决的技术课题。     

无人机燃料电池混合动力系统人工神经网络控制策略

目前,全球有200多项在研电推进飞机项目,包含传统固定翼飞机改造、新构型设计、全电推进系统和混合电推进等。近年来,电推进飞机的发展方向可分为纯电动固定翼、电动垂直起降和混合电推进3类。本文针对某小型无人机燃料电池和锂电池组成的混合动力系统,建立了由质子交换膜燃料电池混合动力系统、6自由度飞行器模型和基于神经网络控制器组成的整个系统仿真模型。为了满足无人机不同飞行阶段的电力需求,控制器控制电池电流和充放电速率。在燃料电池作为无人机主要动力源的情况下,对混合动力系统的性能进行验证和评估。对人工神经网络控制器和模糊逻辑控制器性能进行了比较,结果表明,人工神经网络控制器的性能明显提高,增强了无人机混合动力系统的整体稳定性。人工神经网络控制器在效率和油耗方面比模糊逻辑控制器略有提高,约为1%。这说明在这类系统中,所设计的神经网络控制器比经典控制器具有更强的鲁棒性,更好的响应能力、可靠性,可满足无人机燃料电池混合动力系统运行在最优水平和最优效率上。     

液压挖掘机并联混合节能动力系统多目标优化控制策略

针对采用电容蓄能进行能量回收的并联式液压挖掘机混合动力系统提高能量效率和降低转矩变化幅度的问题,提出了一种基于实时优化力矩分配的新型多目标优化控制策略。根据负载特性将由电动机/发电机与柴油机构成的混合动力装置的工况分为高负载和低负载两个采用不同目标转速的工作区,通过曲线拟合对定转速下转矩与能量效率特性关系进行建模,构建以转矩为变量的目标函数,并通过惩罚函数对转矩变化幅度进行限制,提高系统的能量效率并降低转矩变化对系统机械结构的损害。采用仿真程序和模拟实验平台分别进行了实验,以验证该策略的效果。实验结果表明:与固定比例转矩策略相比,系统的最大转矩变化幅度降低了37.9%,总体能量损耗和燃油损耗分别降低了8.74%和8.9%。采用该控制策略后,系统在提供相近的功率输出特性的情况下,其总体的能量消耗、燃油消耗和转矩特性均得到了改善。     

电池联接方式对燃料电池/燃气轮机混合动力系统性能影响

为了研究不同电池联接方式对混合动力系统性能的影响,应用模块化建模的方法建立了混合动力系统模型.利用该模型分析了电池的燃料和氧化剂都采用串联以及燃料串联氧化剂并联2种不同电池联接模式下燃料电池及整个混合动力系统性能的变化.将所有电池都并联的联接方式作为参考,不同联接方式的结果与参考工况进行了比较.结果表明,将电池的燃料和氧化剂都串联后电池堆可以被更好地冷却,电池堆内的温度分布更加均匀,系统的特性会有明显改善.     

网联环境下的燃料电池混合动力汽车能量管理

为了缓解城市交通拥挤和减少能源消耗,本文提出一种基于智能交通信息的燃料电池混合动力汽车(FCHEV)分层能量管理策略。利用车联网技术获取目标车辆的路况信息,建立交通信号灯正时模型,获取最优目标车速。基于目标车速,获取车辆的需求功率,分层设计自适应等效消耗最小策略和模型预测控制方法,实现对3种能量源需求功率的最优分配。通过仿真和实验验证所提能量管理策略的有效性。研究结果表明：该策略能够有效避免红灯前频繁启停,燃料经济性和续航里程分别提高了9.83%和5.13%。     

双动力系统燃料电池客车经济性优化设计

以燃料电池大客车为研究对象,根据其经济性、可靠性以及低成本的需求,提出了一种包含两套独立的燃料电池、直流／直流变换器及电机的双驱动动力系统结构形式．该结构在通过动力系统的冗余设计提高整车可靠性的同时,为进一步提高整车经济性的控制方法提供了更为广阔的空间．在此基础上,采用了遗传算法的优化方法,提出了一种双电机转矩优化分配控制策略,并通过路况实验验证了控制策略的有效性．     

Performance Optimization of a Phosphoric Acid Fuel Cell/Absorption Refrigerator Hybrid System

A hybrid system that consists of a phosphoric acid fuel cell(PAFC),an absorption refrigerator and a refrigeration-space is proposed.The four-heat-source absorption refrigerator,which is driven by the waste heat produced from PAFC,provides cooling for a refrigeration-space.A numerical model is set up to analyze both the steady-state performance and transient performance considering the influences of the electrochemical and thermodynamic irreversibilities.Expressions of the equivalent power output and efficiency of the hybrid system are determined.Moreover,the transient behavior of cold-space temperature is performed and the time to reach a prescribed cold-space temperature is displayed.Thus,the operation regions of the current are optimized at different operating conditions.The results showthat in an appropriate current range,the overall power output and efficiencies of the hybrid system are enhanced.     

自主机器人燃料电池多能源动力系统

为解决传统蓄电池机器人能量密度低、充电时间长等问题,采用质子交换膜燃料电池与镍氢电池混合构成自主机器人多能源动力系统的方案,并对动力系统拓扑结构及优化目标进行了分析.分别设计动力系统在启动、加载、制动及匀速运动工作模式下的能量流控制策略,并根据机器人运行轨迹及实时运行状态切换各模式下相应控制器对系统进行控制.仿真结果表明:多模型控制能提高整个动力系统的经济性,且燃料电池得到了保护.     

基于粒子群优化的混合动力汽车多目标能量管理策略

为了同时实现降低整车能耗和控制电池电量的能量管理目标,针对某功率分流式混合动力汽车,提出了基于粒子群优化(PSO)的多目标能量管理策略。该策略采用双层结构,内层采用考虑模式切换的等效燃油消耗最少策略(ECMS)对工作模式和工作点进行优化,实现降低整车能耗的目标;外层采用PSO对等效因子进行迭代优化,实现电池电量的控制目标。通过基于实车控制策略的整车仿真模型对优化效果进行了验证,结果表明,PSO与ECMS相结合的能量管理策略可实现降低整车能耗与控制电池电量的双重目标。     

基于遗传算法优化支持向量机工况识别的燃料电池混合动力汽车能量管理策略

为了提高氢燃料电池混合动力汽车的燃料经济性,延长蓄电池寿命,选取中国重型商用车行驶工况-货车工况中3种典型工况代表"市区""市郊"和"高速公路",分别制定相应的最优能量管理策略;运用遗传算法优化支持向量机(gentic algorithm-support vector machine,GA-SVM)算法识别车辆运行工况,动态选择相应的能量管理策略,使其对选定的几种代表性工况具有自适应性,从而降低氢耗量,延长蓄电池寿命。仿真结果表明,与无工况识别的能量管理策略和采用传统算法优化的支持向量机(support vector machine, SVM)工况识别能量管理策略相比,使用GA-SVM工况识别的能量管理策略的等效氢耗量分别降低了7.78%和1.31%,蓄电池电池荷电状态(battery state of charge, SOC)变化量减小,变化相对平稳,有利于延长电池寿命。     

The Energy Optimization Mathematic Algorithm on Multi-energy Resource Powertrain of Fuel Cell Vehicle

In order to solve the core issue of the energy regulation (ER) on multi-energy resource powertrain of fuel cell vehicle, the work functions of each component were defined; the mathematical algorithm model of energy regulation was established and the relevant solution was found. This algorithm was evaluated successfully on the hardware in loop (HIL) platform under three typical urban nmning cycles. The results showed ER control target had been realized and the mathematical algorithm was effective and reasonable. Based on the HIL simulation, some conclusions and ER strategies were made. According to the different power component parameters and real time control request, this algorithm should be modified and calibrated for application in the actual control system.     

燃料电池综合能源系统在大学校园的应用分析

燃料电池综合能源系统兼备清洁低碳、安全高效等优势,是未来能源系统的重要发展方向,而大学校园是重要的应用场景之一。本文选取全国五类典型气候区下的大学校园作为研究对象,对燃料电池综合能源系统在大学校园的适用性进行探讨。首先,采用“最大面积法”确定系统容量,并兼顾燃料电池的部分负荷特性和多样化运行方式,分别构建“热跟随”、“电跟随”及“热电综合”三种运行模式下的能量流模型;基于所提出的理论模型,结合不同典型气候区下各地的能源价格、政策补贴、碳排放系数等,从技术性、节能性、经济性、环境性等方面进行比较与分析,并讨论了燃料电池综合能源系统在各地大学校园的适用性。结果表明,燃料电池综合能源系统在各地大学校园应用下的最高系统率可达到77.6%,最大年相对节能率为38.7%,最大二氧化碳减排率为57.1%,最小投资回收期为13.73年;“热电综合”运行模式在多数地区对系统经济性的提升较为显著;结合国内相关技术标准来看,当前燃料电池综合能源系统更适宜在北京地区的大学校园投入使用。     

增压型MCFC/MGT混合动力系统中燃料电池的特性分析

针对增压型熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)与现有微型燃气轮机(MGT)设计的混合动力系统,分析了在部分负荷运行时MCFC的特性;在MCFC建模过程中,考虑了电流密度和电池工作温度等参数的影响,并将模拟结果与其实验数据进行对比;应用压气机和透平的特性曲线建立了MGT在非设计工况下的分析模型;提出了4种不同的控制方式,以控制系统的部分负荷运行,并应用所建模型分析了系统中MCFC在不同控制方式下的特性.结果表明:通过有效的控制手段以保持较高的MCFC工作温度,可使MCFC在部分负荷运行时的效率高于设计点值;MCFC的性能对混合动力系统影响很大;在部分负荷运行时需要维持较高的电池工作温度以提高系统性能.     

洁净电力运用于氢能燃料电池混合动力系统的研究

目前发展超超临界发电机组,虽符合可持续发展的能源和环境保护的目标,但是IGCC具高效率洁净电力,更可符合节能减排及大量制氢之多目标.本研究系针对轻型车辆以氢能为燃料的2 kw燃料电池模块进行设计、组装与测试分析,采用了符合轻型车辆需求的新式BOP组件及二次电池辅助系统.为节省氢气损耗,通过强韧控制理论控制氢气流量的变化来达成将电压控制在一特定值的目标,使电池堆的开路电压约为56 V;而当负载在65 A(高负载)时,电压降至37 V.在二次电池方面,本研究则针对不同种类之二次电池进行比较选择,并开发其充电及放电之电力回路、控制逻辑及流程.最后,本研究将2 kW燃料电池模块结合1.5 kW磷酸锂铁二次电池安装于一堆高机(3.5 kW)中,进行动力系统实车测试.     

基于一种新混合群算法(MOHO-SA)的结构主动控制多目标优化研究

基于粒子群(PSO)算法和差分进化(DE)算法提出了一种新的多目标混合群优化算法,对结构主动控制系统的作动器位置、数量与控制器参数进行同步优化.首先,分别采用PSO算法与DE算法进行对应种群的进化,使用庄家法则构造非支配解集,并引入边界点几何中心leader选择机制,同时利用模拟退火算法完成个体进化的二级局部搜索;以随机地震激励下反映结构振动控制效果和控制策略优劣的双指标作为优化目标函数.最后,针对ASCE 9层benchmark模型,采用本文提出的具有二级搜索功能的多目标混合群算法(MOHO-SA)对其主动控制系统进行优化设计,并分别与多目标差分进化算法(MODE)、多目标粒子群算法(MOPSO)、普通多目标混合群算法(MOHA)的优化结果进行对比分析,表明其Pareto解集具有更优的收敛曲线及分布性.