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燃料电池汽车的能量管理策略

发布日期: 2020-03-06
浏览人气: 440

说起燃料电池汽车的能量管理策略,总觉得看不见摸不着,很难感受它的存在。如何做好燃料电池的能量管理策略?我们先从燃料电池动力源的构成讲起。

什么是燃料电池汽车能量管理策略?

近年来卓有成效的研发,使得车用燃料电池在功率以及功率密度上取得了长足的进步,但受限于燃料电池性能特点(成本较高,寿命较短,变载能力难以覆盖整车变载需求,无法进行制动能量回收等),目前各大整车厂商把精力主要集中在燃料电池混合动力汽车上,基本形成燃料电池并联蓄能器的电-电混合能量源架构。

以燃料电池系统作为提供续航里程的主动力源;动力蓄电池、超级电容或两者共同作为蓄能器,实现对整车功率削峰填谷的功能,即在整车变载运行过程中补充瞬时功率,在整车制动过程实现能量回收,延长整车续驶里程。

燃料电池汽车动力系统简图

能量管理控制,作为燃料电池混合动力汽车的核心技术之一,就像坐镇中军的指挥官,合理指挥手下几员大将,充分利用各能量源优势,指挥它们相互协作,扬长避短,让燃料电池汽车达到更好的动力性和经济性,延长燃料电池寿命。

各动力源优缺点

目前,由于超级电容的能量密度和成本问题,最主流的还是燃料电池+动力蓄电池的动力源方案。

能量管理策略目标都有什么?

对于燃料电池动力系统而言,整车能量管理控制策略的核心就是良好的分配燃料电池和动力电池的功率输出,优化二者的效率,控制动力电池SOC在合理的范围内波动,同时保护燃料电池,尽量避免燃料电池工作在对寿命不利的工况(大幅变载、启停、连续低载和过载),并能够让燃料电池汽车在驾驶员的意图下工作。

有人会说:“这简单,匹配一块足够大的动力电池,就能够让燃料电池工作得足够舒服。”

但理想很丰满,现实很骨感。这时候不光需要从技术的角度出发,还需要综合考虑整车成本、质量、空间布置等工程问题,毕竟物尽其用,性价比才是硬道理。

这就涉及到多目标的优化问题,整车良好的动力性经济性与燃料电池理想工作状态(适度输出功率,较平缓变载)很多时候是矛盾的,“鱼和熊掌不可兼得”,需要根据目标应用车型有所侧重。

针对乘用车,车辆寿命要求及使用强度较低,整车动力性要求较高,且整车布置空间较小,匹配的动力电池容量不大,整车能量管理策略侧重于满足整车动力性,会适当增加燃料电池使用强度。

 

针对商用车,车辆寿命要求及使用强度高,但无需追求较高的动力性,且整车布置空间较大,匹配的动力电池容量大,整车能量管理策略侧重于提升燃料电池耐久性和整车经济性。

能量管理策略有哪些?

 

按照整车对燃料电池和动力电池功率分配的控制策略形式,将能量管理策略分为:

确定规则型能量管理控制策略

确定规则控制,基于明确定义的控制规则来操控系统工作。主要分为SOC开关控制、功率跟随式控制。该策略可靠性高,但需要匹配标定各项规则中的参数及插值表,对开发标定人员经验要求高。

SOC开关式控制:在动力电池SOC上下限内及整车功率需求高时,燃料电池在一个或几个功率点工作,保证燃料电池输出效率及寿命。SOC开关式控制适用于匹配较大容量动力电池的商用车辆。

功率跟随式控制:燃料电池按照自身功率输出能力,时刻跟随整车需求功率变化,保证整车动力性。功率跟随式控制适用于匹配较小容量动力电池的乘用车。

模糊逻辑型能量管理控制策略

模糊逻辑控制,采用由模糊数学语言描述的控制规则来操控系统工作。

模糊化思想可以将复杂的问题简单化,适用于解决被控系统复杂,拥有多个控制和优化目标的控制问题。模糊逻辑控制的鲁棒性强,不需要过程精确的数学模型,但信息简单的模糊处理会导致系统的控制精度降低和动态品质变差。

模糊逻辑控制基本原理

 

动态规划型能量管理控制策略

动态规划控制,指定系统最you控制目标,计算得到全局最you解。很多时候,将其应用在事先得到循环工况数据,针对既定工况和目标,通过计算机的快速运算,量身打造最you控制策略,为实车策略提供优化参考方向。

工程中能量管理策略如何应用?

在燃料电池实车工程应用中,能量管理控制大都通过整车控制器实现。

按照整车动力性、安全性、经济性、耐久性等不同侧重目标,衍生出了功率跟随、基于SOC平衡、基于积分预测、基于多目标优化的能量管理策略等。捷氢科技会根据不同车型及市场需求,选用不同的能量管理策略,尽可能保证燃料电池在自身能力范围内动态响应整车功率需求,保证动力电池SOC维持在一定范围内波动,并实时监控动力电池及燃料电池工作状态。

燃料电池汽车能量管理策略,捷氢科技有着丰富的开发经验,提供燃料电池整车动力系统匹配及能量管理策略开发等工程服务。已开发的多款燃料电池整车能量管理策略,支撑着荣威950燃料电池轿车、大通FCV80燃料电池轻客、申沃燃料电池客车在全国各地稳定可靠地运行。

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