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    燃料電池汽車的能量管理策略

    發布日期: 2020-03-06
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    說起燃料電池汽車的能量管理策略,總覺得看不見摸不著,很難感受它的存在。如何做好燃料電池的能量管理策略?我們先從燃料電池動力源的構成講起。

    什么是燃料電池汽車能量管理策略?

    近年來卓有成效的研發,使得車用燃料電池在功率以及功率密度上取得了長足的進步,但受限于燃料電池性能特點(成本較高,壽命較短,變載能力難以覆蓋整車變載需求,無法進行制動能量回收等),目前各大整車廠商把精力主要集中在燃料電池混合動力汽車上,基本形成燃料電池并聯蓄能器的電-電混合能量源架構。

    以燃料電池系統作為提供續航里程的主動力源;動力蓄電池、超級電容或兩者共同作為蓄能器,實現對整車功率削峰填谷的功能,即在整車變載運行過程中補充瞬時功率,在整車制動過程實現能量回收,延長整車續駛里程。

    燃料電池汽車動力系統簡圖

    能量管理控制,作為燃料電池混合動力汽車的核心技術之一,就像坐鎮中軍的指揮官,合理指揮手下幾員大將,充分利用各能量源優勢,指揮它們相互協作,揚長避短,讓燃料電池汽車達到更好的動力性和經濟性,延長燃料電池壽命。

    各動力源優缺點

    目前,由于超級電容的能量密度和成本問題,主流的還是燃料電池+動力蓄電池的動力源方案。

    能量管理策略目標都有什么?

    對于燃料電池動力系統而言,整車能量管理控制策略的核心就是良好的分配燃料電池和動力電池的功率輸出,優化二者的效率,控制動力電池SOC在合理的范圍內波動,同時保護燃料電池,盡量避免燃料電池工作在對壽命不利的工況(大幅變載、啟停、連續低載和過載),并能夠讓燃料電池汽車在駕駛員的意圖下工作。

    有人會說:“這簡單,匹配一塊足夠大的動力電池,就能夠讓燃料電池工作得足夠舒服。”

    但理想很豐滿,現實很骨感。這時候不光需要從技術的角度出發,還需要綜合考慮整車成本、質量、空間布置等工程問題,畢竟物盡其用,性價比才是硬道理。

    這就涉及到多目標的優化問題,整車良好的動力性經濟性與燃料電池理想工作狀態(適度輸出功率,較平緩變載)很多時候是矛盾的,“魚和熊掌不可兼得”,需要根據目標應用車型有所側重。

    針對乘用車,車輛壽命要求及使用強度較低,整車動力性要求較高,且整車布置空間較小,匹配的動力電池容量不大,整車能量管理策略側重于滿足整車動力性,會適當增加燃料電池使用強度。

     

    針對商用車,車輛壽命要求及使用強度高,但無需追求較高的動力性,且整車布置空間較大,匹配的動力電池容量大,整車能量管理策略側重于提升燃料電池耐久性和整車經濟性。

    能量管理策略有哪些?

     

    按照整車對燃料電池和動力電池功率分配的控制策略形式,將能量管理策略分為:

    確定規則型能量管理控制策略

    確定規則控制,基于明確定義的控制規則來操控系統工作。主要分為SOC開關控制、功率跟隨式控制。該策略可靠性高,但需要匹配標定各項規則中的參數及插值表,對開發標定人員經驗要求高。

    SOC開關式控制:在動力電池SOC上下限內及整車功率需求高時,燃料電池在一個或幾個功率點工作,保證燃料電池輸出效率及壽命。SOC開關式控制適用于匹配較大容量動力電池的商用車輛。

    功率跟隨式控制:燃料電池按照自身功率輸出能力,時刻跟隨整車需求功率變化,保證整車動力性。功率跟隨式控制適用于匹配較小容量動力電池的乘用車。

    模糊邏輯型能量管理控制策略

    模糊邏輯控制,采用由模糊數學語言描述的控制規則來操控系統工作。

    模糊化思想可以將復雜的問題簡單化,適用于解決被控系統復雜,擁有多個控制和優化目標的控制問題。模糊邏輯控制的魯棒性強,不需要過程精確的數學模型,但信息簡單的模糊處理會導致系統的控制精度降低和動態品質變差。

    模糊邏輯控制基本原理

     

    動態規劃型能量管理控制策略

    動態規劃控制,系統you控制目標,計算得到全局you解。很多時候,將其應用在事先得到循環工況數據,針對既定工況和目標,通過計算機的快速運算,量身打造you控制策略,為實車策略提供優化參考方向。

    工程中能量管理策略如何應用?

    在燃料電池實車工程應用中,能量管理控制大都通過整車控制器實現。

    按照整車動力性、安全性、經濟性、耐久性等不同側重目標,衍生出了功率跟隨、基于SOC平衡、基于積分預測、基于多目標優化的能量管理策略等。捷氫科技會根據不同車型及市場需求,選用不同的能量管理策略,盡可能保證燃料電池在自身能力范圍內動態響應整車功率需求,保證動力電池SOC維持在一定范圍內波動,并實時監控動力電池及燃料電池工作狀態。

    燃料電池汽車能量管理策略,捷氫科技有著豐富的開發經驗,提供燃料電池整車動力系統匹配及能量管理策略開發等工程服務。已開發的多款燃料電池整車能量管理策略,支撐著榮威950燃料電池轎車、大通FCV80燃料電池輕客、申沃燃料電池客車在全國各地穩定可靠地運行。

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