汽车燃料电池/蓄电池混合动力实时功率优化控制

目的改善燃料电池混合动力汽车的燃料经济性,优化混合动力系统能量管理控制.方法采用燃料电池和镍氢蓄电池构成新能源混合动力系统,以最少等效燃料消耗为目标函数,建立了混合动力系统能量分配管理的数学模型,引入惩罚因子对蓄电池的SOC进行调控,HWFET驾驶循环工况优化了混合动力系统实时能量分配结果当SOC介于0.5和0.8之间时,混合动力系统进入瞬时优化能量管理策略;当SOC<0.5时,混合动力系统由燃料电池供能并给蓄电池充电;当SOC>0.8时,混合动力系统主要由蓄电池供能,动力不足情况下由燃料电池能量补充;在惩罚因子的作用下,SOC将处于一个合理区域,最终使混合动力系统处于最优能量分配管理状态.结论实时功率优化控制策略避免燃料电池处于低功率低效率输出,在燃料电池和蓄电池之间合理分配功率,提高了燃料经济性,同时惩罚因子的引入保证了SOC稳定性.

未来的汽车燃料电池系统

现代的工业世界需要用新的途径解决最严重的能源和环境问题,美国和欧盟的汽车尾气净化法规对规范和推动全球汽车技术发展起着重要作用。未来,高性能低排放汽车动力系统中的燃料电池包括以氢气燃料为主的低温燃料电池系统(PEFC)和直接使用甲醇的燃料电池系统(DMFC),必将占有显著地位。与蓄电池汽车相比,燃料电池汽车基本上也是零排放,

电动汽车燃料电池标准将出台

5月9日．全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会国家标准起草工作组会议在如皋经济技术开发区召开，40多位国内氢能行业知名专家出席，讨论通过《燃料电池电动汽车燃料电池堆安全要求》国家标准的主要技术参数和性能指标，决定把这项填补国内空白的标准作为推荐性国家标准。据了解，全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会2008年由国家标准化管理委员会批准成立，主要负责燃料电池和液流电池技术领域的标准化工作。截至目前已开展41项国家标准的制定工作，其中已发布国家标准23项．已完成待发布国家标准7项，正在制定的国家标准项目11项。

融合工况预测的燃料电池汽车里程自适应等效氢耗最小控制策略

为有效地提高插电式燃料电池汽车的经济性,实现燃料电池和动力电池的功率最优分配,考虑到行驶工况、电池荷电状态(State of charge,SOC)、等效因子与氢气消耗之间的密切联系,制定融合工况预测的里程自适应等效氢耗最小策略.通过基于误差反向传播的神经网络来实现未来短期车速的预测,分析未来车辆需求功率变化,同时借助全球定位系统规划一条通往目的地的路径,智能交通系统便可获取整个行程的交通流量信息,利用行驶里程和SOC实时动态修正等效消耗最小策略中的等效因子,实现能量管理策略的自适应性.基于MATLAB/Simulink软件,搭建整车仿真模型与传统的能量管理策略进行仿真对比验证.仿真结果表明,采用基于神经网络的工况预测算法能够较好地预测未来短期工况,其预测精度相较于马尔可夫方法提高12.5%,所提出的能量管理策略在城市道路循环工况(UDDS)下的氢气消耗比电量消耗维持(CD/CS)策略下降55.6%.硬件在环试验表明,在市郊循环工况(EUDC)下的氢气消耗比CD/CS策略下降26.8%,仿真验证结果表明了所提出的策略相比于CD/CS策略在氢气消耗方面的优越性能,并通过硬件在环实验验证了所提策略的有效性.

基于TD3-PER的氢燃料电池混合动力汽车能量管理策略研究

为优化氢燃料电池混合动力汽车的燃料经济性及辅助动力电池性能,提出了一种基于优先经验采样的双延迟深度确定性策略梯度(TD3-PER)能量管理策略。采用双延迟深度确定性策略梯度(TD3)算法,在防止训练过优估计的同时实现了更精准的连续控制;同时结合优先经验采样(PER)算法,在获得更好优化性能的基础上加速了策略的训练。仿真结果表明:相较于深度确定性策略梯度(DDPG)算法,所提出的TD3-PER能量管理策略的百公里氢耗量降低了7.56%,平均功率波动降低了6.49%。

氢燃料电池汽车在风洞试验中的氢泄漏扩散分析

采用数值模拟方法,研究氢燃料电池汽车在发生氢泄漏情况下,氢气在风洞内部的流动扩散规律与分布情况。当风洞模拟汽车以80 km/h行驶工况时,车底部泄漏的氢气紧贴着汽车表面向后移动进入汽车的尾流区,氢气浓度随着离汽车尾部距离的增加而降低。从收集口进入流道内的氢气集中在中、底部,具有明显的浓度梯度,经过风扇区后变得均匀;10 s后车底泄漏的氢气又重新回到试验段,与车底正在泄漏的氢气汇合,造成整个区域氢气浓度的持续升高。由于风洞流道拐角导流片的存在,流道内测的氢气浓度升高的更快。当风洞模拟汽车怠速工况时,泄漏的氢气大多在试验段内流动扩散,流道内几乎检测不到氢气。受试验段内气流扰动的影响,汽车两侧的氢气呈现出不对称分布,顶部的氢气集中在车左侧。根据数值模拟结果给出了氢浓度传感器的安装位置建议。

基于FLACS的船舶载运燃料电池汽车氢气泄漏仿真分析

为保障船舶载运燃料电池汽车(FCV)安全,以某滚装船为研究对象,基于FLACS软件模拟闭式滚装处所和开式滚装处所内氢气泄漏场景,对比分析几种不同通风型式、通风效率、泄漏位置及车辆间距对氢气泄漏扩散的影响。结果表明,针对闭式处所,机械进风叠加机械排风的通风效果最好,机械进风叠加自然排风效果次之,自然进风叠加机械排风效果最差;相同进排气型式下,换气次数越多对处所内氢气浓度下降越有利,在通风阻滞区域尤其明显;相同风向和风速条件下,船舶中部氢气泄漏的后果风险明显高于端部,中部氢气泄漏后处所通风达到安全浓度的时间为端部的3~12倍。

基于模型预测框架的燃料电池汽车混合动力系统能量管理

混合动力系统作为燃料电池汽车的关键组成部分,系统的能耗与寿命优化是推动其进一步商业化发展的关键,而能量管理策略(EMS)在提高燃料电池汽车混合动力系统的效率和燃料经济性方面发挥着重要作用。为有效降低混合动力系统的内部损耗,进一步提高系统经济性,提出了一种基于模型预测框架的混合动力系统能耗优化能量管理控制方法。首先构建包含动力系统内部损耗与氢气消耗的目标函数,然后利用模型预测架构求解目标函数来控制燃料电池的输出电流,以实现合理的能量分配,最后在Matlab中进行仿真,验证所制定方法的合理性和有效性。与应用较为广泛的等效氢耗最小策略(ECMS)相比,结果表明所提方法可以显著降低动力系统的内部损耗和氢气消耗。此外,该策略还可以有效保持蓄电池的荷电状态(SOC),延长动力系统的使用寿命。

汽车质子交换膜燃料电池系统的安全性与可靠性研究

汽车质子交换膜燃料电池系统作为新能源汽车的重要动力源,安全性与可靠性是影响其广泛应用的关键因素。本文系统地探讨了汽车质子交换膜燃料电池系统的特性及其在实际应用中的挑战,深入剖析了燃料电池系统的构成与工作原理,为后续分析提供了基础。此外,针对现有系统存在的问题,提出了改进与优化策略,如优化系统设计、提高材料耐久性以及开发智能监控与故障诊断系统,旨在提升燃料电池系统的综合性能与使用寿命。通过对汽车质子交换膜燃料电池系统安全性与可靠性的深入研究,为其实现商业化应用提供了理论支持和技术参考,同时也为未来燃料电池技术的持续发展指明了方向。

“双碳”视域下氢燃料电池汽车储氢技术现状及发展方向

车载储氢技术是开发高效、安全、低成本氢燃料电池汽车的关键,而储氢材料是研究的重点之一,也是氢的储存和输送过程中的重要组成部分。综述了已采用或正在研究的储氢技术,金属储氢、高压气态储氢、液态储氢和复合储氢等,比较了各种储氢技术的优缺点并指出了车载储氢技术的发展方向。

燃料电池汽车动力系统匹配及能量管理

为了分析燃料电池汽车动力系统参数匹配设计以及能量管理方案对整车性能的影响,以某款燃料电池汽车为研究对象,对其主要动力系统部件进行了参数匹配.以提升整车经济性能为目标,提出了功率跟随式能量管理策略和基于模糊控制的能量管理策略,并采用滑动平均滤波算法对模糊控制策略输出量进行优化.基于AVL-Cruise和Simulink建立了联合仿真平台,搭建整车及能量管理系统模型,验证了整车动力性能,对比分析了3种控制策略下的整车经济性能.结果表明:经过优化后的能量管理策略燃料电池输出功率曲线更加平滑,且一直处于高效率输出区间内,基于燃料电池优先保护原则,经过优化后的能量管理策略性能最佳.

燃料电池汽车动力系统及能量管理策略研究进展

动力系统是燃料电池汽车(FCV)的核心,可分为单一式系统与混合动力系统两大类,其中,将燃料电池与辅助电源相结合组成“电-电”混合动力系统,已成为业界主流。本文根据辅助电源类型的不同,提出3类FCV混动系统的构建方案,分别为燃料电池+动力电池方案、燃料电池+超级电容方案、燃料电池+动力电池+超级电容方案,并对各方案的优势和劣势进行比较。同时,本文综述了近年来国内外学者提出的面向FCV的代表性能量管理策略,从理论基础与求解方法的差异出发,将现有燃料电池汽车的能量管理策略分为3类:基于规则定义的策略、基于最优化方法的策略以及基于机器学习的策略,并总结了各类策略在最优性与实时性等方面的优势和劣势。其中,基于规则定义的策略最易实现,在工程应用中最为普遍,但无法实现性能最优;基于最优化方法的策略能够接近甚至达到理论最优,但存在计算量过大、计算耗时过长、实时性差等问题;以强化学习为代表的基于机器学习的策略有望在最优性与实时性之间实现理想的平衡,但目前还存在模型训练耗时长、试错代价高等困难,在实车应用层面还存在一定挑战。基于文献研究与分析,本文提出以下观点:1)以大功率燃料电池为核心的功率混合型系统是FCV混动系统的未来发展方向;2)必须进一步提升智能化程度,根据实际使用场景开发具有个性化的能量管理策略;3)亟需建立关于燃料电池汽车能量管理策略的综合评价体系。

GB/T 26990-2023《燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件》标准分析

近年来随着燃料电池电动汽车技术不断升级,与35 MPa车载氢系统相比,公称压力为70 MPa的车载氢系统具有储氢体积密度大可提高整车续驶里程的优点,在乘用车上得到广泛应用。而在GB/T 26990—2011《燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件》及GB/T 29126—2012《燃料电池电动汽车车载氢系统试验方法》中仅适用于公称工作压力不超过35 MPa的车载氢系统,而且该版标准已实施十余年,已不能完全适应现阶段燃料电池电动汽车车载氢系统技术现状,因此2023年11月,我国发布了GB/T 26990—2023《燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件》,该标准修改和增加了部分技术内容以适应当前燃料电池电动汽车行业发展水平。本文将阐述GB/T 26990—2023的主要技术内容及其与上一版标准的异同,并对新标准中相关技术内容和测试方法进行解析,供行业内企业参考。

基于Stackelberg博弈的燃料电池混合动力汽车跟车能量管理

跟车场景下燃料电池混合动力汽车(FCHEV)的速度与能量管理协同优化是实现车辆节能的重要有效手段,针对现有策略中双能量源退化与能耗耦合关系不明,且难以兼顾全局优化与实时性能的问题,提出一种基于Stackelberg博弈的FCHEV跟车能量管理策略。首先,建立了燃料电池/锂电池的能耗与性能退化模型,并纳入到统一量纲的整车综合使用成本函数中;其次,提出了基于分层解耦的跟车能量管理策略,实现跟车速度与功率分配的解耦控制;最后,综合考虑跟车安全性、舒适性、燃料经济性和能源耐久性,建立跟车控制层与能量管理层对应的双层规划模型,并基于Stackelberg博弈思想设计了双层差分遗传算法对策略核心参数进行离线优化。仿真和实验结果表明:相较于模型预测控制方法,该方法可降低平均车间距误差37.7%、平均冲击度2.4%、等效氢气消耗9.3%和能源退化成本13.9%,实现了优化性能与实时性的兼顾。

中国氢燃料电池汽车市场发展现状及展望

[目的]燃料电池汽车产业作为氢能发展的主要赛道之一,在交通领域脱碳转型过程中承担着关键角色。针对当前政策环境和产业基础,对中国燃料电池汽车市场发展趋势和挑战展开系统性分析具有必要性。[方法]文章聚焦市场规模、细分方向、装备及氢源价格等市场要素,对政策驱动下的燃料电池汽车市场发展情况进行介绍与分析。[结果]中国燃料电池汽车市场的推广应用效果与政策扶持力度、奖补细则明确程度和地方优势企业带动密切相关;市场已根据主机厂和燃料电池系统配套企业综合竞争力初显头部企业效应;整车和动力系统价格相较2021年下降5%~20%,但综合应用成本尚未达到市场化水平。[结论]尽管中国燃料电池汽车市场化进程仍掣肘于装备制造成本、氢源价格和基础设施配套等因素,但产业发展的决心坚定,将不断随着产品性能验证、基础设施建设、商业模式创新得以稳步发展,展现出更大活力。

国内外燃料电池汽车政策发展展望

分析了美国、日本、韩国、欧盟等国家和地区燃料电池汽车产业支持政策,总结了我国以燃料电池汽车示范政策为代表的支持政策。通过分析、借鉴全球燃料电池汽车政策,结合我国燃料电池汽车产业发展现状,为进一步优化顶层政策设计,高效支撑、引导未来燃料电池汽车相关产业发展提供参考。

氢燃料电池汽车用氢气中痕量硫化物的分析进展

氢燃料电池汽车(FCV)用氢气中的痕量硫化物会导致催化剂中毒,使电池的性能显著下降。各标准组织均对氢燃料电池用氢气中的硫含量做了严格的限值,要求硫化物的含量(以H_(2)S或S_(1)计)低于0.004μmol/mol,这对硫化物的分析提出了很高的要求。本文介绍了气体分析领域中各种痕量硫分析的方法和原理,比较了它们的优缺点,并对它们在FCV用氢中痕量硫分析的应用进行了探讨。

燃料电池汽车车载氢系统潜在失效模式及原因分析

车载氢系统的安全性是燃料电池汽车(FCV)的核心技术指标之一,其安全性保障是实现FCV大规模商业化的重要前提。本文围绕车载氢系统的安全性,介绍了车载氢系统的组成,分析了车载氢系统及其零部件的失效模式及原因,总结了车载氢系统的失效后果,并探讨了现阶段在FCV消防安全方面亟需完善的内容。分析表明,车载氢系统的潜在失效模式及原因主要包括密封、振动疲劳、机械冲击、碰撞、快速充放氢疲劳、热损伤、控制系统功能失效等,失效的主要后果表现为氢气泄漏。对于氢气泄漏的危害分析应充分结合车辆所处的场景进行综合考量,在极端场景下,“氢气泄漏+密闭/半密闭空间+点火源”将引起火灾甚至爆炸,会严重威胁公众的生命财产安全。因此,建议从强化安全性设计和验证、提升氢泄漏监测和气源控制技术、开展失效致灾危害量化评价、加强火灾防控技术等多个方面,促进车载氢系统的安全性水平提升。

贫数据条件下燃料电池汽车故障分类方法

燃料电池汽车是未来汽车工业可持续发展的重要方向,但现存燃料电池整车相关的测试评价标准尚未对燃料电池汽车存在的故障类型及其分类进行深入研究,缺乏统一故障分级分类方案。为改善该问题,提出一套完善的燃料电池汽车故障模式的分级分类评价指标以统一相关故障等级,重点研究在缺乏数据条件下的燃料电池汽车故障分类方法。基于因子分析法和模糊集理论,提出一种针对燃料电池汽车在贫数据条件下的故障模式分类评价方法,为燃料电池汽车故障等级的分类提供指导意见。