燃料电池混合动力机车参数匹配与等效氢耗优化能量管理方法

为提升燃料电池机车混合动力系统综合经济性,基于机车动力性能分析提出一种基于配置成本优化的燃料电池混合动力系统参数匹配方法。在此基础上,将锂电池能耗等效为燃料电池的氢气消耗,并提出一种基于等效氢耗实时优化的燃料电池混合动力系统能量管理方法,以降低系统整体能耗水平。基于某机车实际参数对所提方法进行可行性验证。结果表明,机车配置10套150 kW的燃料电池和549串16并的锂电池,可在机车安全稳定运行的基础上,实现系统总购置成本最优,并且,基于所提出的能量管理方法,系统等效氢气消耗降低8.44%,混合动力系统的综合经济性得到明显改善。

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。

燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法

为提高燃料电池混合发电系统效率和改善燃料经济性,提出一种基于双DC/DC拓扑结构的燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法。该方法根据等效氢耗理论,在单位控制周期内实时分配燃料电池和锂电池输出功率,使得系统在单位控制周期内等效氢耗最小,并通过将该瞬时等效氢耗优化问题转换为双向DC/DC变换器的最优输出功率求解问题,实现了该方法的工程应用。在搭建的由燃料电池、锂电池、单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器以及能量管理器等组成的混合发电系统测试平台上,利用轨道机车工况开展了多指标性能测试与对比分析。实验结果表明,与状态机控制策略相比,基于等效氢耗瞬时优化的能量管理方法能够有效提高等效氢耗利用率和系统效率,并降低了锂电池运行压力,有效改善了系统燃料经济性和使用寿命。

燃料电池混合动力客车等效氢耗优化策略

为了改进燃料电池混合动力客车的燃油经济性,基于等效氢耗理论,对燃料电池混合动力系统能量管理算法进行了优化。首先建立了系统瞬时氢耗模型,在该模型中,系统瞬时氢耗分为燃料电池瞬时氢耗和蓄电池等效瞬时氢耗2个部分;而后采用最小二乘算法辨识了蓄电池模型待定系数,求解了系统瞬时氢耗最小化问题,探讨了瞬时优化问题的本质;最后以解析解为基础建立了能量管理优化算法,并在中国城市公交典型工况中进行实车试验。结果表明:该工况下所研究的燃料电池城市客车百公里氢耗为9.3 kg,比采用基于规则的能量管理算法降低2.1%;通过提高燃料电池系统效率、降低整车辅助功率和采用制动能量回收策略可进一步提高系统经济性。

城轨交通用燃料电池/超级电容混合动力系统瞬时等效最小氢耗硬件在环方法研究

为了提高轨道交通用燃料电池混合动力系统的燃料经济性并有效保持储能单元的荷电状态(state of charge,SOC),该文提出一种适用于燃料电池/超级电容混合动力系统的瞬时等效最小氢耗硬件在环方法。该方法采用超级电容的一阶RC等效电路模型,建立超级电容的等效氢耗模型,通过推导得到超级电容最优输出的功率,根据当前SOC下超级电容最优输出功率并结合需求功率控制燃料电池系统的输出。通过在搭建的RT-LAB半实物硬件在环平台下,与功率跟随方法进行对比分析。结果表明,提出的方法能够有效减少氢气消耗量和保持超级电容SOC,将在轨道交通混合动力车辆大功率应用中具有良好的应用前景。

考虑燃料电池效率区间优化的混合动力系统双模式能量管理方法

为提高有轨电车用燃料电池混合动力系统的平均效率、降低氢气消耗以及维持锂电池系统荷电状态(state of charge,SOC),提出一种考虑燃料电池效率区间优化的混合动力系统双模式能量管理方法(dual-modeenergymanagement method considering optimization of fuel cell efficiency range,ER-DEM)。该方法根据瞬时等效氢耗模型,考虑燃料电池工作效率区间瞬时优化,针对不同初始SOC值与车辆不同行驶状态,在整个工况周期内实时分配燃料电池和锂电池的输出功率,实现系统多项性能瞬时优化。基于RT-LAB半实物实验平台,采用有轨电车典型工况对多项性能指标展开测试,并与等效氢耗最小能量管理策略(equivalent consumption minimization strategy,ECMS)进行对比分析。实验结果表明,所提方法能够提高混合动力系统的平均效率,降低燃料电池氢气消耗量,并维持锂电池SOC趋于理想点。

一种城轨列车的混合动力能量优化控制

近年来,基于质子交换膜燃料电池的混合动力机车越来越受到机车业界的重视。在能量系统中燃料电池充当主要动力源,锂电池和超级电容充当能量支持和存储系统。将系统瞬时氢耗分为燃料电池瞬时氢耗、蓄电池和超级电容等效瞬时氢耗两个部分,建立数学模型,并提出系统瞬时氢耗最小时的能量管理策略,控制着重于计算最佳的燃料电池功率,最大限度地减少混合动力车的氢气消耗。通过仿真测试该能量管理策略对系统能量的优化程度,并与基于经典的比例积分控制策略进行比较。仿真结果表明,在整个驾驶循环期间,节省约5%的氢气消耗。