考虑燃料电池耐久性的FCEV能量管理策略研究

为降低燃料电池的启停循环因素和动态负载循环因素对燃料电池性能的影响,保证燃料电池的耐久性,在等效氢气消耗最小策略基础上,增加负载限制策略和启停控制策略,实现对燃料电池输出的瞬时功率波动的限制和对燃料电池开启和关闭的控制。在更贴合车辆实际行驶情况的WLTC工况下进行仿真实验对比。结果表明,本文提出的策略相较于不使用限制策略和只使用负载限制策略的情况,等效氢气消耗分别增加5.95%和4.15%,但燃料电池的电压衰退分别减少54.26%和40.67%,启停次数分别减少44次和29次,在保证燃油经济性情况下,能够更好的减缓燃料电池的性能衰退,提高其耐久性和延长使用寿命。

考虑燃料电池衰退的FCHEV反馈优化控制策略

为了提高插电式燃料电池混合动力汽车的经济性和燃料电池耐久性,在构建燃料电池衰退模型的基础上,制定等效氢气消耗最小(ECMS)的反馈优化控制策略。ECMS反馈优化控制策略中目标价值函数的等效氢气消耗除包括燃料电池氢气消耗和动力电池等效氢气消耗外,还将燃料电池开路电压衰退转化成等效的氢气消耗加入到目标价值函数之中,以电机需求功率P_m、动力电池SOC值为状态变量,动力电池目标功率为控制变量,取使目标价值函数最小的动力电池目标功率作为参考动力电池目标功率输出,并根据反馈的燃料电池电压衰退速率对燃料电池系统输出功率限制变化值ΔP_f进行动态调整,最终得到燃料电池目标功率。通过MATLAB/Simulink建立插电式燃料电池汽车前向仿真模型,采用城市道路循环(UDDS)工况进行验证。研究结果表明:相比基于规则的能量管理策略,电量保持(CS)阶段采用ECMS反馈优化控制策略,氢气消耗量降低2.6%,同时燃料电池的开路电压衰退降低4.1%,基于ECMS的反馈优化控制策略相比基于规则的能量管理策略在高效区间的工作点占比更高;与ΔP_f分别为1,2,3 kW时相比,采用燃料电池系统电压衰退速率反馈调节ΔP_f策略的氢气消耗量为0.105 3 kg,相比ΔP_f为1,2 kW的氢气消耗量(0.121 3,0.110 2 kg)有明显优化,接近ΔP_f为3 kW的氢气消耗量(0.102 9 kg),同时燃料电池电压衰退速率有明显的减小,整车经济性与燃料电池耐久性都得到了改善。