基于EKF在线辨识的多堆燃料电池系统最大效率点跟踪控制方法

为保证多堆燃料电池系统(multi-stack fuel cell system,MFCS)在负载不断变化条件下仍能稳定运行在最大效率点,该文提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)在线辨识算法的MFCS最大效率点跟踪控制的方法。该方法利用EKF的实时在线拟合能力,快速实现对MFCS效率/功率曲线的辨识,做到实时估计系统最大效率点功率,并通过功率分配方法实现各个电堆间出力的合理分配,来达到维持系统在最大效率点处稳定运行的目的。最后,在搭建的RT-LAB半实物硬件在环测试平台上,与扰动观测(perturb and observe,P&O)算法进行了对比分析。实验结果证明,该文所提方法能够快速的实时估计MFCS最大效率点功率并且实现跟踪控制,减小燃料电池功率变化率等退化参数,提高燃料电池的耐久性。

车用多堆燃料电池系统能量管理与控制策略

针对单堆燃料电池系统的输出功率、效率和寿命问题,对车用多堆燃料电池(multi-stack fuel cell,MFC)系统的能量管理策略(energy management strategy,EMS)与控制策略进行研究。提出了多级能量管理策略,其中第一级EMS基于工况对MFC系统与动力电池系统间的能量进行自适应分配,第二级EMS引入兼顾效率和寿命的目标优化函数,优化分配每个电堆的功率输出。研究结果表明,在满足同一电功率负载工况需求条件下,与单堆燃料电池系统相比较,MFC系统的燃料经济性可提高约4%,系统寿命性能也有所改善。

考虑系统氢耗和耐久性的多堆燃料电池优化控制方法

为降低多堆燃料电池系统(multi-stack fuel cell system,MFCS)氢耗并延长运行寿命,提出一种计及系统氢耗和耐久性的多堆燃料电池系统优化控制方法,该方法以MFCS氢耗量和耐久性作为多目标,通过海鸥优化算法(seagull optimization algorithm,SOA)与无源控制(passive-based control,PBC)结合,实时优化每个单堆燃料电池系统输出功率,降低MFCS氢耗量,并兼顾约束功率波动率,提高MFCS耐久性,进而延长MFCS使用寿命。最后基于RT-LAB平台,搭建一套由3个不同性能的110kW质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统组成的MFCS实验硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)半实物平台,并从系统氢耗量和运行压力2个方面,与平均分配、链式分配、和基于运行性能衰减程度分配3种MFCS控制方法进行对比验证。结果表明,所提方法能够有效减小系统氢耗量,同时降低PEMFC输出功率波动率,进而提升MFCS耐久性,延长MFCS运行寿命。

多堆燃料电池系统温度模型预测控制

针对多堆燃料电池系统各电堆温度的控制问题,提出了一种将阴阳极出口气体温度作为电堆温度修正项的并联式热管理子系统模型,并对多堆燃料电池系统进行热平衡分析。首先,采用模型预测控制方法进行温度控制;然后,应用系统模型辨识的方法建立多个预测模型,通过切换预测模型控制不同工况点的电堆温度过程;最后,设计测试工况进行仿真验证。结果表明:在相应的温度指标下,并联式热管理子系统应用模型预测控制算法能够快速准确地进行多堆燃料电池系统中各电堆的温度控制,并且增加典型工况点的多个预测模型有助于提升控制效果,使得超调量减小,调节时间缩短。

基于Salp群算法的多堆燃料电池系统效率优化控制方法

为提高多堆燃料电池系统(multi-stack fuel cell system,MFCS)整体效率和维持母线电压的稳定,该文提出一种基于Salp群算法(Salp swarm algorithm,SSA)的MFCS效率优化控制方法。利用SSA算法的快速搜索能力实时优化系统整体效率,实现多个燃料电池间功率的合理分配,并通过下垂控制策略维持母线电压长期稳定。最后,在RT-LAB上搭建硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)仿真平台,与平均功率分配方法和Daisy链式功率分配方法进行对比分析,从功率、效率、容错能力三方面做实验测试。结果表明,所提控制方法既可以保证MFCS整体效率实时优化,稳定母线电压,也可以增强系统容错性,减少MFCS运行成本且能提高燃料电池耐久性和抗扰动能力。

基于FFRLS的多堆燃料电池系统功率分配方法

为减小多堆燃料电池系统(multi-stack fuel cell system,MFCS)中单体燃料电池运行期间输出功率的大范围变化,提高MFCS平均效率,以保证各燃料电池长期稳定运行,针对大功率质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统,提出了一种基于遗忘因子递推最小二乘(forgetting factor recursive least square,FFRLS)在线辨识地改进链式功率分配方法.该方法利用FFRLS算法的实时在线辨识能力估算运行中的每个燃料电池最大效率范围(maximum efficiency range,MER),并将其边界值作为约束参考值实时更新链式功率的限定区间;然后,依据负载需求功率变化和各燃料电池效率高低顺序分配各电堆出力;最后,在搭建的RT-LAB半实物平台上进行试验分析.试验结果表明:与平均功率分配和传统链式功率分配方法相比,本文所提方法对MFCS效率分别提高了0.93%和1.95%.

多堆燃料电池系统分级冷起动策略研究

本文针对燃料电池系统低温冷起动现行国家标准中的测试方法与要求,结合多堆燃料电池系统新型结构,研究其冷起动控制策略,并加以有效性验证。

考虑燃料电池老化的多堆自适应功率分配方法

为延长多堆燃料电池系统(multi-stack fuel cell system,MFCS)使用寿命,保证运行过程中各电堆总体退化性能逐渐趋于一致,针对大功率质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统,提出了一种考虑电堆老化的MFCS自适应功率分配方法.在MFCS运行过程中,由于燃料电池输出功率会随不同运行条件而动态变化,导致每个电堆老化程度通常不一致,因此提出量化指标电压退化程度(voltage degradation degree,VDD)来表征燃料电池在运行过程中电堆的老化程度;还采用燃料电池半经验模型来模拟老化对电堆性能的影响;最后,通过RT-LAB搭建硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)测试平台,与原有的功率分配方法做比较.结果表明:该方法能协调各燃料电池出力,减缓电堆老化速率;相较于平均功率分配方法和链式功率分配方法在MFCS的氢耗量上分别降低了13.59%和8.04%.

氢燃料电池汽车零部件及其防腐蚀技术

对氢燃料电池汽车系统、氢燃料电池零部件材料进行了论述,分析了在温度、湿度、电解质成分、pH、电势、氢压力等不同电池服役环境因素的影响下,电池堆零部件的腐蚀类型;梳理了电池部件常用的耐腐蚀与功能涂镀层及相应的表面处理工艺;分析并提出了在氢燃料电池汽车发展中,电池堆关键组件以及材料的表面防腐蚀技术的重点研究方向。

计及多堆燃料电池功率分配的电氢耦合系统分层控制策略

针对电氢耦合系统运行时单体燃料电池输出功率有限和工作效率低难以维持系统在复杂工况下稳定运行的问题,研究了多堆燃料电池系统(multi-stack fuel cell system,MFCS)功率分配策略,提出了一种计及多堆燃料电池功率分配的电氢耦合分层能量管理策略,将控制系统分为状态机控制层和设备控制层。以燃料电池运行效率最优为目标设计了多堆燃料电池功率分配方法,上层为状态机控制层,采集系统剩余功率、锂电池荷电状态(state of charge,SOC)和储氢罐氢状态(state of hydrogen,SOH),并将系统状态分为8种,下层为设备控制层,接收状态机发送的开关信号控制各设备选择不同的控制模式运行,使燃料电池尽可能运行于正常区间,提高燃料电池寿命和工作效率,减少系统运行状态的切换、提升电氢耦合系统抗扰动能力和光伏利用效率。基于Simulink平台仿真验证了所提分层控制策略的正确性。