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。

船用燃料电池混合供电系统仿真与分析

针对船用燃料电池的供电问题,提出一种混合供电系统。建立以质子交换膜燃料电池堆(Proton Exchange Membrane Fuel Cell Stack,PEMFCs)为主,锂电池和超级电容(Ultra-Capacitor,UC)为辅的能源组成结构,构建PEMFCs-B-UC混合供电系统仿真模型,采用经典比例积分(Proportional Integral,PI)控制策略优化多源混合系统性能,合理分配能量功率。结果表明:PEMFCs-B-UC混合供电系统可通过能量管理策略实现各动力源之间的动态特性互补和协同响应,锂电池和超级电容迅速充、放电,可避免PEMFCs功率输出发生突变,满足在不同工况下船舶负载功率动态变化需求。

基于近端策略优化算法的燃料电池混合动力系统综合价值损耗最小能量管理方法

为了降低市域动车组燃料电池混合动力系统运行燃料经济成本,提升燃料电池耐久性,该文提出一种基于近端策略优化算法的能量管理方法。该方法将混合动力系统能量管理问题建模为马尔可夫决策过程,以综合考虑燃料经济性和燃料电池耐久性的综合价值损耗最小为优化目标设置奖励函数,采用一种收敛速度较快的深度强化学习算法—近端策略优化算法求解,实现负载功率在燃料电池和锂电池间的合理有效分配,最后,采用市域动车组实际运行工况进行实验验证。实验结果表明,在训练工况下,所提方法相较基于等效氢耗最小能量管理方法和基于Q-learning能量管理方法,综合价值损耗分别降低19.71%和5.87%;在未知工况下,综合价值损耗分别降低18.05%和13.52%。结果表明,所提方法能够有效降低综合价值损耗,并具有较好的工况适应性。

燃料电池船舶混合动力系统能量管理研究综述

在“双碳”目标下,发展燃料电池船舶是实现航运业转型升级和低碳化的重要发展方向之一。面对当前燃料电池上船的诸多问题,混合动力系统成为燃料电池船舶应用的有效解决方案,其能量管理的研究也成为核心研究方向之一。系统梳理燃料电池船舶的发展概况,针对燃料电池船舶多类型能源能量管理中涉及的能量调度问题以及变换器功率分配问题进行综述;分析各类方法的优缺点及其在实船上应用的可能性;探讨燃料电池船舶推广可行性和发展方向,以期能为技术创新和工程应用提供参考。

基于计算机软件的燃料电池混合储能系统分析

燃料电池自身特征导致其越来越多出现在混合储能系统中,为了实现能源调配控制,进一步降低能源成本,提高应用范围,本文分析研究了计算机软件下的燃料电池混合储能系统,包括燃料电池混合储能技术的整体脉络,以及其核心技术架构包括燃料电池功率系统和控制系统两大部分。研究结果表明,有效的能量控制系统可以提高储能调配合理性,降低应用成本,而燃料电池混合储能系统也具有较好的应用发展前景。

锂电池与燃料电池混合观光车动力系统的优化设计

为了解决传统电动车续航焦虑的问题,对燃料电池观光车进行了功率匹配设计与仿真验证,提出了一种功率跟随型能量管理策略。对比了纯锂电池观光车(LI)、纯燃料电池观光车(FC)、LI与FC的混合动力观光车(LI-FC)的输出特性,并仿真试验。结果表明:LI-FC的爬坡度与纯锂电池观光车不相上下,续航里程较纯锂电池观光车提升了15%,等效氢耗较纯锂电池观光车减少了53%,动力电池荷电状态(SOC)能保持在0.5~0.9之间稳定工作,燃料电池也会在额定工况与怠速工况下稳定切换。因此,燃料电池锂电池混合动力观光车具有这3种观光车中最优续航能力、较好的使用经济性、最好的使用稳定性,燃料电池与动力电池都能在期望工况下稳定工作,有较好的竞争力。

氢燃料电池有轨电车混合供电系统设计

本文结合实际分析了氢燃料电池有轨电车对供电系统的要求。根据有轨电车在不同工况下的功率需求,氢燃料电池的工作特性以及锂电池、超级电容器的储能特性,设计了一种由氢燃料电池、锂电池及超级电容器组成的混合供电系统。本文对该供电系统的具体电路进行了设计,以实际有轨电车功率需求为基础,确定了各供电单元的主要技术参数,同时设计了该混合供电系统中每个供电单元的具体运行模式、控制策略以及保护措施,满足了氢燃料电池有轨电车供电系统的技术要求。

船舶多堆燃料电池混合动力系统能量管理策略优化

为研究多堆燃料电池系统(MFCS)、锂电池为动力源的船舶混合动力系统的能量管理策略(EMS),本文提出一种基于粒子群优化(PSO)算法的多级功率分配策略。首先,利用一级EMS分析MFCS和锂电池需求功率,其次,构建以MFCS总效率为优化目标的二级MFCS协同控制策略,优化燃料电池之间的功率分配。最后,基于燃料电池混合动力船舶典型工况,分析船舶混合动力系统的功率分布、等效氢耗量及燃料电池系统效率、加减载速率。研究结果表明,与等效氢消耗最小化策略(ECMS)相比,该策略下的燃料电池1和燃料电池2的氢耗量分别降低了15%和23%,MFCS总效率提高了1.15%,且燃料电池的功率变化波动更小。该研究有助于提高混合动力系统中燃料电池的经济性和耐久性。

考虑电堆性能一致性的燃料电池混合动力系统多目标优化能量管理方法

为优化燃料电池混合动力系统(fuel cell hybrid power system,FCHPS)并延长其使用寿命,该文提出一种考虑电堆性能一致性的多目标优化能量管理方法。该方法的目的是降低系统等效氢耗、提高燃料电池系统内电堆组运行效率的同时限制锂电池荷电状态(state of charge,SOC)波动。由于电堆组的性能会在实际运行过程中发生退化,因此该方法还考虑了电堆组的性能状态差异,通过限制性能较差电堆的运行压力,以延长系统寿命。为实现这一目的采用樽海鞘群算法(salpswarmalgorithm,SSA)对目标函数进行优化求解,得到系统最优功率分配。最后,基于RT-LAB半实物仿真平台,将所提方法与有限状态机控制方法进行对比,实验结果表明所提出的方法能够有效降低系统氢耗,提高电堆组效率的同时减缓性能较差电堆的功率波动,维持系统一致性,有利于系统长期稳定运行。

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。

基于甲醇燃料的航空燃料电池内燃机混合动力系统性能分析

为了实现航空碳减排的时代需求,亟需在航空燃料体系和航空动力系统方向实现技术革新。本文提出了基于甲醇燃料的航空燃料电池内燃机混合动力系统方案,甲醇通过机载在线催化重整制氢为燃料电池供氢,燃料电池和内燃机发出的电能带动电动螺旋桨进行工作。进行了模块化建模方法和混合动力系统性能仿真分析研究,结果表明:混合动力系统的发电效率达到了55%,相比甲醇内燃机有了15%绝对值的效率提升,有助于降低燃料消耗。进行了混合动力系统性能参数影响规律分析,结果表明:混合动力系统的效率随着压比的增大而提高,随着燃料利用率的提高而呈现先升高后降低的效果。进行了混合动力系统的?分析,结果显示:混合动力系统中?效率最高的部件是燃料电池,?损最大的部件是重整器。质量分析结果表明:混合动力系统的功率密度达到0.488 kW/kg。

基于最优功耗的燃料电池/超级电容混合动力系统能量管理方法研究

[目的]随着科技发展与我国“双碳”进程的稳步推进,氢能在城市交通中的应用也日益增加;为降低数轨电车用燃料电池/超级电容混合动力系统整体能耗,提出了一种基于最优功耗的能量管理方法。[方法]以数轨电车在不同运行状态下的功耗分布为基础,通过拟合近似的方式,并结合燃料电池系统与超级电容系统的功耗模型,联合构建了混合动力系统的瞬时功耗函数;通过对功耗函数的寻优与求解,得到燃料电池系统的最佳输出功率;基于半实物仿真平台及数轨电车的实际运行数据,验证了所提方法的在线控制能力。[结果及结论]燃料电池系统在所提方法的控制下,在复杂工况下保持了较为稳定的输出功率,且平均电氢转化效率达54.84%,这能够有效降低数轨电车的运维成本。

基于改进型等效氢耗的车用燃料电池混合动力系统能量管理方法研究

[目的]等效氢耗作为一种针对燃料经济性优化的方法,其在储能系统荷电状态跟随方面表现欠佳,故需对其进行改进以实现区间荷电状态的动态平衡。[方法]在传统等效氢耗算法基础上,对系统的氢耗函数进行了优化;通过加入电压平衡系数,以确保超级电容在车辆运行过程中不会出现过充或过放的情况,进而通过极小值求解,实现了对系统功率的实时分配。[结果及结论]基于数轨电车的运行数据,对所提出的方法在半实物仿真平台上进行了验证。实验结果表明,所提出的改进型等效氢耗算法能够实现复杂工况下的混合动力系统能量分配,所加入的电压平衡系数能够保证车辆区间末端超级电容的电压在合理的区间内。

兼容火箭推进剂的燃料电池混合能源系统

针对使用液氢/液氧的重型火箭发动机上存在氢氧蒸发气体无法有效利用的问题,提出了一种与火箭推进剂兼容的氢氧燃料电池混合能源系统设计方案。混合能源系统以满足负载使用需求为主要目标,综合考虑氢氧燃料电池效率和锂电池使用寿命,制定了混合能源系统的控制策略以及混合能源系统评价函数。基于MATLAB的仿真分析结果表明,在火箭上使用混合能源系统比单一的锂电池减重约940 kg,系统比能量提高约214.5%,且可以与箭上生命保障、环境热控系统相结合,具有广阔的实际应用前景。

燃料电池混合动力系统功率匹配设计方法

针对燃料电池混合动力系统在轨道交通的发展状况,文章以机车燃料电池混合动力系统为例,阐述其典型扑拓结构和工作原理,对影响燃料电池混合动力系统功率匹配的特征参数进行分析,并结合相关应用案例介绍了燃料电池混合动力系统功率匹配参数的具体计算方法。

基于模糊控制的燃料电池有轨电车混合动力系统研究

本文针对燃料电池有轨电车混合动力系统进行了研究,采用模糊控制技术以提高系统的能效和动态性能。首先,对混合动力系统的组成进行了分析和介绍,然后提出了基于模糊控制的控制策略并设计了相应的模糊控制器,通过仿真和实验验证证明了该控制策略在提高系统效率和动态性能方面的有效性和可行性,期望本研究对相关领域的发展有所参考作用。

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%。

计及多堆燃料电池效率特性的氢储混合系统协调优化控制方法

针对传统多堆燃料电池的控制方法难以解决系统全功率范围高效运行与暂态电压稳定的问题,提出了一种计及多堆燃料电池效率特性的氢储混合系统协调优化控制方法,分为系统优化分配层与装备协调控制层。在系统优化分配层,提出了一种优化分配与轻载运行策略,以多堆燃料电池系统的效率最优为目标求解全功率映射集合,实现多堆燃料电池功率的优化分配,并避免燃料电池运行于轻载区间;在装备协调控制层,提出了一种燃料电池和电池组暂态功率快速平衡控制与稳态能量互补方法,实现两者之间暂、稳态的能量互补,抑制系统直流母线电压波动,提高系统的运行稳定性。基于Simulink平台进行算例分析,结果验证了所提协调优化控制方法的可行性与正确性。

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。

基于燃料电池船舶混合电力推进系统的功率追踪控制策略

为提升混合电力推进船舶的续航能力,针对小型船舶巡航负荷的特点,组建以锂电池为动力源、燃料电池为增程单元的混合电力推进系统。选取典型船舶确定试验平台运行工况,设计与其相匹配的增程式燃料电池混合动力系统,并搭建质子交换膜燃料电池与锂电池混合电力推进系统的试验台架。以适配巡航工况为目的,基于锂电池荷电状态(SOC)调节功率追踪,获取燃料电池与锂电池间的能量分配策略。研究结果表明,该功率追踪控制策略能实现母线功率输出与模拟船舶工况间的适配。当将锂电池作为主要动力源时,系统发电单元的转换效率可维持在85%左右;当将燃料电池作为主要动力源时,系统发电单元的转换效率仅维持在75%左右。由此说明,以锂电池为动力源、燃料电池为增程单元的混合电力推进系统的设计是合理的。