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%。

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。

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。

氢燃料电池混合动力汽车能量管理策略研究综述

氢燃料电池混合动力汽车的能量管理是整车控制的核心与关键,尤其是在提高燃料经济性和电池耐久性方面有重要作用。文中梳理了国内外基于规则、基于优化、基于学习和混合能量管理策略的研究进展,分析了各种策略的优势和局限。结果发现:规则型的策略易于实现,但适应性差;优化型的策略灵活性好,但计算复杂;学习型的策略自适应强,但需要大量数据支持;而国内外学者所提出的混合策略在氢燃料电池汽车氢耗量和电池寿命等方面更有优势。未来的研究会聚焦于结合不同策略的优势,将优化算法和机器算法引入基于规则和基于优化的策略,以及优化强化学习中的智能算法以提升整车性能。

燃料电池混合动力汽车能量管理策略研究进展

随着能源与环境问题日益凸显,混合动力汽车 (Hybrid Electric Vehicle,HEV) 成为目前汽车行业的一个重要发展方向。燃料电池混合动力汽车 (Fuel Cell Hybrid Electric Vehicle,FCHEV) 由于其具有零排放、绿色环保、运行噪音低等优点,也被认为是汽车行业中极具吸引力的技术之一。FCHEV 作为一种混合动力系统汽车,能量管理策略也是 FCHEV 混合动力系统控制策略的核心,使汽车在保证动力性和经济性的前提下实现能量高效且合理分配。就目前而言,FCHEV 的能量管理策略仍有很多挑战。本文从此着手,先从多个角度概述能量管理的策略,并分析不同类型策略的优缺点以及不足,最后结合分析对 FCHEV 能量管理策略的研究方向进行展望。

2000 kW氢燃料电池混合动力机车加氢工艺技术研究

2000 kW氢燃料电池混合动力机车为中车大同电力机车有限公司深耕新能源轨道交通装备、瞄准氢能应用技术的又一拳头产品。该车的交付方式与公司主型机车的无火回送至客户有较大不同,需要在厂内完成氢气置换,将机车内氢气置换成氮气,然后将转向架与车体解体,即在厂内试运行时需加氢,在交付路局之前的这段运输需用氮气置换储存的氢气,在段上再次加氢。由于氢气为易燃、易爆气体,加氢过程特别考验相应的工艺技术,因此通过对该过程涉及的特殊工艺和技术参数进行详尽的阐述,为各类型大功率新能源混合动力车安全、高效的加氢工序提供可借鉴的工艺方法和经验。

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%。

基于模糊逻辑控制的燃料电池混合动力汽车能量管理策略究

随着环境问题和能源紧缺问题的日益严重,燃料电池混合动力汽车(FCHEV)作为一种可持续和高效的交通工具逐渐受到关注。能量管理策略是FCHEV设计和开发中的重要内容之一,其性能很大程度上影响车辆的动力性和经济性。以非插电式燃料电池/动力电池混合动力汽车为研究对象,提出一种基于模糊逻辑控制(FLC)的能量管理策略,以改善车辆运行的燃料经济性,同时使动力电池荷电状态尽可能维持在初始水平。首先,在Matlab中建立燃料电池混合动力汽车后向仿真模型,作为能量管理策略研究的仿真平台;其次,以车辆运行需求功率、动力电池荷电状态和燃料电池输出功率为关键变量,在确保满足车辆运行功率需求的前提下,以减少氢耗和维持动力电池荷电状态为原则,进行模糊规则设计;最后,分别将所提策略和功率跟随策略在新欧洲驾驶循环(NEDC)下进行仿真实验。仿真结果表明,与功率跟随策略相比,所提出的基于模糊逻辑控制的能量管理策略使车辆运行燃料经济性提高了17.13%,动力电池荷电状态维持能力提高了68.72%,同时,燃料电池启停次数减少,燃料电池性能衰退也随之减少,验证了所提策略的有效性。

基于PMP算法的燃料电池混合动力车辆实时能量管理策略

为了保证动力电池荷电状态(SOC, State of Charge)处于高效工作区间,针对燃料电池混合动力车辆(FCHEV, Fuel Cell Hybrid Vehicle)设计了一种实时能量管理策略。基于庞特里亚金极小值原理(PMP, Pontryagin’s Minimal Principle)对能量管理问题进行离线求解,得到三种典型工况下协态变量与SOC的关系。根据学习矢量量化(LVQ, Learning Vector Quantization)神经网络,对行驶工况进行识别,进而根据协态变量与SOC关系选取最优协态变量。构建测试工况进行仿真,结果表明,该策略可以有效控制电池SOC在一定范围内,维持电池健康状态。

丰田Mirai氢能源燃料电池混合动力汽车核心控制策略(三)

(4)HV蓄电池温度传感器HV蓄电池温度传感器位于HV蓄电池模块下方,共有4个温度传感器,其中一个位于HV蓄电池模块和HV蓄电池冷却鼓风机总成之间的空气进气口附近。EV控制ECU基于此HV蓄电池温度传感器通过HV蓄电池电压传感器发送给它的信息,控制HV蓄电池冷却鼓风机总成,如图26所示。

基于运行模式和动态混合度的燃料电池混合动力有轨电车等效氢耗最小化能量管理方法研究

清洁环保的燃料电池混合动力有轨电车近年来受到极大关注,其高效的能量管理方法对混合动力系统性能起到至关重要的作用。传统等效氢耗最小化方法的荷电状态(state of charge,SOC)平衡系数通常采用恒定值,而有轨电车在大功率峰值需求和减速制动过程中,恒定的SOC平衡系数不能满足瞬时等效氢耗最小的指标要求,并且在未知有轨电车工况条件下最优SOC平衡系数无法确定。针对上述问题,建立基于燃料电池/锂电池的混合动力有轨电车动力系统模型,并通过分析SOC平衡系数与氢耗特性,提出一种基于运行模式和动态混合度的等效氢耗最小化能量管理控制方法。该方法通过划分有轨电车运行模式,分析不同运行模式下SOC平衡系数与瞬时氢耗的关系,在此基础上提出基于运行模式和动态混合度的等效氢耗瞬时优化方法。结合有轨电车典型工况,搭建RT-LAB实时仿真平台,开展有轨电车能量管理系统实时仿真,并与传统等效氢耗最小化方法进行对比分析。结果表明,所提出的能量管理方法能够根据有轨电车工况的实时变化而自动分配需求功率,并在不同初始SOC的情况下,满足等效氢耗量最小的性能指标要求,提高整车燃料经济性。

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9.6kg/100km提升到7.6kg/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。

燃料电池混合动力系统参数匹配与多目标优化

在满足机车动力性能需求的条件下,运用参数匹配方法对燃料电池系统的重量、体积指标进行了优化.首先,搭建了机车动力学模型,针对列车运行的加速启动、匀速爬坡、最大时速运行3种关键工况,分别得到3个需求功率峰值;其次,基于传统方法,以最大需求功率峰值为目标,分析了超级电容-动力电池配比;然后,在传统方法基础上,采用改进粒子群算法(improved particle swarm optimization,IPSO),进行了基于系统重量和体积的多目标优化参数匹配计算,得到了最优解;最后,对传统方法和多目标优化方法进行了对比分析.研究结果表明:两种方法均能满足列车动力需求;采用多目标优化方法,为同型燃料电池混合动力有轨电车配置2套150 kW燃料电池,124个超级电容(48 V,165 F)和337个动力电池(3.7 V,9 A h).车辆经32.24 s加速可达时速70 km/h,最大爬坡能力为85.5‰,持续爬坡能力为732.5 m;相比较传统方法,重量和体积优化率分别达到83.075%和86.696%.

基于马尔可夫决策理论的燃料电池混合动力汽车能量管理策略

根据道路试验记录的数据建立驾驶员需求功率的马尔可夫模型,利用马尔可夫决策理论获得混合动力汽车的随机能量管理策略。借助燃料电池混合动力汽车控制系统的仿真平台进行仿真计算。北京公交车中速工况的仿真结果表明,与原先的恒电压控制策略相比,随机能量管理策略可以降低燃料消耗。

燃料电池混合动力汽车动力系统匹配与优化研究

首先,基于中国客车典型循环工况对燃料电池混合动力系统进行匹配计算,确定了电动机、燃料电池发动机和蓄电池的基本参数;然后基于中国客车典型循环工况,建立燃料电池混合动力系统的优化模型,采用序列二次规划算法进行优化,分析了各种参数对整车燃料经济性的影响,包括燃料电池发动机与动力蓄电池之间的功率分配比、SOC的初始值与目标值、变速器传动比及传动比间隔以及主减速比等,为燃料电池混合动力汽车的构型提供指导。

利用V型开发模式研制燃料电池混合动力客车的整车控制器

按照V型开发模式对燃料电池城市客车的整车控制器(Vehicle control unit,VCU)进行了开发,取得了初步的 成功,所开发的整车控制器成功装车运行。按照V型开发模式的各个阶段,对以32位单片机为核心的控制器开发 过程的核心关键问题进行了分析和探讨。不仅初步制定了控制器过程中的各种规范标准,例如高低温冷热冲击、 电磁兼容测试、振动冲击等,还搭建了开发VCU的开发和调试平台,为规范评价VCU的各种性能指标、采取针 对性的设计措施奠定了基础。对控制算法的图形化编程、OSEK标准的嵌入式实时操作系统的应用、控制代码在线 升级、网络化的监控和通信等关键的技术在VCU中的集成进行了探索。

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。

基于ADVISOR的燃料电池混合动力车混合度的研究

为了提高燃料电池混合动力车(FCHV)动力系统工作的协调性,解决整车的动力性和燃料经济性问题,针对氢氧质子交换膜燃料电池-铅酸电池混合动力车,首先对动力系统主要部件进行选型,然后确定了若干可行的燃料电池和铅酸电池的功率匹配方案,最后在ADVISOR软件中搭建整车仿真平台,在FTP和ECE_EUDC仿真工况下对各种匹配方案进行了仿真,在满足车辆动力性要求的前提下,对各种匹配方案的燃料经济性进行分析,从而得到燃料电池和铅酸电池的最佳匹配。

燃料电池混合动力系统总线电压对电机转矩及效率的影响

为评价总线电压对电机转矩以及效率的影响，在动态测功机试验台架上设计相应的试验，测量总线电压在400-455V之间变化时某三相异步感应电机的输出转矩和效率。结果表明，在电机低效率区域，电机效率受总线电压影响较大。电机输出转矩相对于目标转矩有平均0．5s的延时，在高总线电压、高电机转速区域，电机控制器启动自保护功能。输出转矩远小于目标转矩。中国城市公交典型工况测试表明，对经济性影响最大的前80％的电机工况点主要分布于受总线电压变化影响较小的高效率区，在城市公交工况下对电机效率的粗略分析可以忽略总线电压的变化。

燃料电池混合动力车能源配置方法研究

燃料电池混合动力车能源系统的配置包括元件尺寸选型、控制策略确定和车辆行驶循环工况选择三要素。文中针对某燃料电池混合动力车的能源系统配置,对能源系统选型、控制策略类型和车辆行驶循环工况三要素分别进行了系统论述。借助于Advisor车辆仿真平台,通过对控制策略采用基线控制的燃料电池混合动力车能源系统配置的实例分析,提出燃料电池混合动力车给出其能源配置的一般方法,最后对仿真结果进行了分析并验证配置方法的有效性和可行性。