Development of fuel cell hybrid powertrain research platform based on dynamic testbed

An experimental research platform based on a dynamic testbed is developed and applied for fuel cell hybrid powertrain integration and control. A driver brake model is added to the dynamic testbed to simulate the braking process of an electric vehicle. Sub-systems of the fuel cell hybrid powertrain are tested, and characteristic parameters are obtained. A simulation platform is constructed in LabVIEW environment, and its validity is verified by dynamic test results. A real time control system is developed with an embedded PC for the function of rapid control prototyping. Using this platform, fuel cell battery hybrid and fuel cell supercapacitor hybrid configurations are investigated. This platform provides a powerful tool for fuel cell powertrain research and development.     

燃料电池汽车动力总成结构配置及参数优化匹配

结合燃料电池大客车动力系统的实际开发过程,分3个步骤阐述燃料电池汽车动力总成结构配置和参数匹配的一般方法。第1步,通过分析燃料电池的特性论证了动力总成结构配置的优化解决方案。第2步,通过分析不同类型功率部件特性阐述了主要功率部件选型的依据,并且根据设计性能要求进行动力总成主要部件基本参数设计。第3步,进行燃料电池混合动力总成参数优化匹配的研究。仿真和实验台测试的结果证明所设计的燃料电池大客车动力总成满足要求。     

燃料电池电动车的混合度分析

通过软件ADVISOR对燃料电池电动车和各子系统进行了建模并对整车性能进行了仿真。仿真结果显示,在某种混合度下整车燃料经济性较高。通过仿真过程分析,描述了不同行驶循环的动力性要求、两供能部件效率以及混合度三者之间的相互影响和复杂关系,并给出了结论。     

基于LABCAR的插电式混合动力轿车硬件在环测试系统设计与应用

以LABCAR为平台搭建了插电式混合动力轿车硬件在环测试系统,该系统可实现对混合动力控制器的功能验证测试和性能测试,以及模拟实车故障验证诊断策略等,针对实车较难测试的电驱变速器的液压油路系统和离合器等故障进行模拟,体现出硬件在环测试在难以实现的特殊或危险驾驶工况中,减少实车路试的次数,降低测试危险方面的优势,在混合动力控制器开发中起到关键作用.     

单轴并联式混合动力汽车性能仿真

简述了各种形式混合动力汽车的特点,分析了单轴并联式混合动力汽车的结构及优缺点;建立了柴油机模型、离合器和电动机模型以及整车模型;以优化整车动力性和经济性为目标,制定针对单轴并联式混合动力汽车的能量分配策略,确定最佳混合比。仿真结果表明,该单轴并联式混合动力汽车较原机性能有较大的提高。     

燃料电池汽车混合动力系统参数匹配与优化

首先分析燃料电池的特性得出了动力总成结构配置的优化解决方案,并且根据设计性能要求进行动力总成主要部件基本参数设计;最后基于典型的客车循环工况,建立燃料电池混合动力系统的优化模型,采用序列二次规划算法对混合动力系统的两种能量管理策略进行优化仿真,其结果符合设计要求。     

基于上海市区道路行驶工况的混合动力汽车性能仿真研究

文章基于上海市区道路行驶循环进行了混合动力汽车的燃油经济性能仿真研究。具体内容包括动力部件的选型、控制策略的制定以及对混合动力汽车性能仿真结果的研究分析。在理论上阐述了改善混合动力汽车燃油经济性的方法以及混合动力汽车相对于传统燃油汽车的显著优势,为控制策略的具体制定奠定了基础。     

轻度混合动力汽车能量管理策略研究

ISG混合动力汽车由于对普通轿车改动较小,成本较低且易于实现,已经成为混合动力汽车研究与应用的热点。文章阐述了利用Matlab/Simulink和Stateflow建立能量管理策略模型,再将模型集成在Labcar平台上,最后在Labcar平台的仿真基础上进行实车试验。通过对试验数据的分析,结果表明了这种控制策略的可行性。     

基于粒子群算法的Plug—in混合动力汽车能量管理策略优化研究

基于对混合动力汽车能量管理策略优化的目的,建立了丰田PnusPlug-in混合动力汽车的MATLAB／Simulink数学模型,用数学公式描述了系统优化控制问题,采用粒子群优化算法对该包含众多约束条件的非线性优化问题进行了求解,利用PSAT专业软件对比分析了基本型优化控制算法、改进型优化控制算法和规则控制算法等的控制效果及燃油经济性。结果表明,经过优化后的Plug-in混合动力汽车在不牺牲汽车各项性能的前提下能提高动力系统工作效率。     

基于增益功率燃油系数的HEV能量管理策略

为了优化等效燃油最小能量管理策略的节油效果，以适用于工程批量应用为导向，制定基于增益功率燃油系数的混合动力汽车(HEV)能量管理策略。基于瞬时优化原理，提出基于增益功率燃油系数的工作模式决策机制，根据电机发电或电动引起的发动机功率与燃油消耗率的变化关系，分别给出电机充电和放电模式下增益功率燃油系数的计算方法。考虑发动机扭矩瞬态快速变化对油耗的影响和电机及电池包充放电效率特性，提出发动机高效区域扭矩滞回控制方法，建立基于增益功率燃油系数的能量管理策略算法架构。基于MATLAB/Simulink搭建控制策略软件模型，通过转鼓试验台进行实车试验验证。研究结果表明：相对于等效燃油最小能量管理策略，基于增益功率燃油系数的能量管理策略提升了节油率和舒适性，在全球轻型汽车测试循环(WLTC)工况下的百公里油耗降低了约4.8%，发动机的启停次数降低了约53%；相对于有效燃油消耗率(BSFC)最优工作点控制方法，发动机高效区域滞回控制方法降低百公里油耗约1.8%；与采用基于动态规划的全局优化能量管理策略的仿真结果对比，在不能提前预知工况的条件下，制定的能量管理策略在WLTC工况与新标欧洲测试循环(NEDC)工况下的油耗与理论最优值差距均较小。     

燃料电池混合动力汽车动力系统匹配与优化研究

首先,基于中国客车典型循环工况对燃料电池混合动力系统进行匹配计算,确定了电动机、燃料电池发动机和蓄电池的基本参数;然后基于中国客车典型循环工况,建立燃料电池混合动力系统的优化模型,采用序列二次规划算法进行优化,分析了各种参数对整车燃料经济性的影响,包括燃料电池发动机与动力蓄电池之间的功率分配比、SOC的初始值与目标值、变速器传动比及传动比间隔以及主减速比等,为燃料电池混合动力汽车的构型提供指导。     

Application of a modified thermostatic control strategy to parallel mild HEV for improving fuel economy in urban driving conditions

A modified thermostatic control strategy is applied to the powertrain control of a parallel mild hybrid electric vehicle (HEV) to improve fuel economy. This strategy can improve the fuel economy of a parallel mild HEV by operating internal combustion engine (ICE) in a high-efficiency region. Thus, in this study, experiments of a parallel mild HEV were conducted to analyze the characteristics of the hybrid electric powertrain and a numerical model is developed for the vehicle. Based on the results, the thermostatic control strategy was modified and applied to the vehicle model. Also, battery protection logic by using electrochemical battery model is applied because the active usage of battery by thermostatic control strategy can damage the battery. The simulation results of the vehicle under urban driving conditions show that the thermostatic control strategy can improve the vehicle’s fuel economy by 3.7 % compared with that of the conventional strategy. The results also suggest that the trade-off between the fuel economy improvement by efficient ICE operation and the battery life reduction by active battery usage should be carefully investigated when a thermostatic control strategy is applied to a parallel mild HEV.     

基于Cruise的ISG混合动力中型卡车能量分配策略研究

文章对ISG混合动力中型卡车发动机、电池、电机的联合工作进行了分析,并基于Matlab/Simulink建立了整车能量分配控制策略,基于AVL/Cruise建立了整车被控对象模型,进行了联合虚拟仿真。对仿真结果,包括整车的经济性、排放、SOC等性能进行了分析和研究,说明采用ISG混合动力系统的中型卡车实现了节油,并且保证了电池SOC平衡,车辆动力性能够满足要求,控制策略是有效的。     

电-气串联混合动力客车动力系统方案设计

基于对电-气串联混合动力客车运行目标驾驶循环的分析,对动力系统进行了方案设计。对混合动力系统的构型进行了设计,并基于城市公交驾驶循环对动力系统的主要零部件(发动机、发电机、电动机、蓄电池)进行选型计算。建立了整车仿真模型,对整车零部件的选型结果进行了仿真验证。仿真结果表明,所设计的动力系统方案可以满足整车动力性和经济性要求。     

基于深度学习的混合动力汽车预测能量管理

为了优化混合动力汽车的能量动态分配过程,提升混合动力汽车的燃油经济性和动力电池荷电状态（SOC）平衡性,提高混合动力汽车能量管理策略的鲁棒性,以等效燃油消耗最小化策略为基础,结合对车辆未来行驶工况的预测研究,分析车辆未来行驶需求能量的变化,制定相应的动态调整策略。基于车联网通信技术,实时采集车辆的运行状态信息和交通信息,作为车辆未来工况预测模型的输入变量。以数据驱动为特征,基于混合深度学习建立工况预测模型。利用STL分解算法对各输入变量进行周期性、趋势性等特征分解,并对各输入变量的特征分量,使用混合深度学习网络从数据局部特征及时间维度依赖特征来深度挖掘目标车辆车速与外部信息及历史数据的关系,进而对车辆未来的行驶工况进行预测。利用预测的工况信息,分析车辆未来行驶需求能量的变化,应用于自适应等效消耗最小化策略等效因子的实时动态调整,从而实现对车辆的优化控制,并通过与传统自适应等效消耗最小化策略进行对比,验证该方法的有效性。研究结果表明：基于混合深度学习的工况预测模型预测精度比BP网络预测模型高44.72%;利用精确的预测工况信息预测能量管理,可以实时动态调整发动机和电机的功率输出,降低油耗并维持电池SOC平衡。     

HEV实时等效能量消耗最小控制策略

以变速器前置式并联结构为例,介绍了一种实时等效能量消耗最小控制策略。在研究车辆行驶于循环工况中消耗燃油热能和电能之间关系的基础上,针对该策略的关键问题———蓄电池组的电能和发动机的燃油热能消耗量的等效方法进行了详细阐述。最后在车辆仿真模型的基础上对该种策略进行仿真试验,并与其他类型的控制策略进行了比较。     

混合动力电动汽车模糊逻辑控制策略的研究与仿真

以四川汽车工业集团野马混合动力电动汽车设计要求为基础,提出了一种混合动力电动汽车模糊逻辑控制策略。这种策略通过对油耗和各排放参数动态地分配权重值确定出发动机的最佳转矩,然后再根据模糊控制原理,以电池SOC值、汽车驱动需求的输出转矩和电动机转速为模糊输入确定出发动机的实际输出转矩,最终实现整车油耗和排放的综合优化。通过在S imu link软件中搭建该控制策略的仿真模型并与基础的电力辅助控制策略相比较,证明了这种控制策略有利于整车运行经济性和环保性的提高。     

燃料电池混合动力瞬时优化能量管理策略研究

以提高燃料经济性为目标,采用基于瞬时优化的方法开展能量分配策略研究,并引入了蓄电池等价燃料消耗理论,将蓄电池电能消耗或者电能补充,等效为燃料电池发动机的燃料消耗量,并由此建立系统瞬时燃料消耗量函数.为保证蓄电池工作在最优的范围内,引入蓄电池的充电保持策略.仿真结果表明,按照等价燃料消耗量瞬时优化理论得出的优化结果,能提高燃料经济性,同时蓄电池SOC保持在合理范围内,对今后实车的研制具有一定指导意义.     

Fuel economy evaluation of fuel cell hybrid vehicles based on optimal control

The fuel economy of a fuel cell hybrid vehicle (FCHV) depends on its power management strategy because the strategy determines the power split between the power sources. Several types of power management strategies have been developed to improve the fuel economy of FCHVs. This paper proposes an optimal control scheme based on the Minimum Principle. This optimal control provides the necessary optimality conditions that minimize the fuel consumption and optimize the power distribution between the fuel cell system (FCS) and the battery during driving. In this optimal control, the final battery state of charge (SOC) and the fuel consumption have an approximately proportional relationship. This relationship is expressed by a linear line, and this line is defined as the optimal line in this research. The optimal lines for different vehicle masses and different driving cycles are obtained and compared. This research presents a new method of fuel economy evaluation. The fuel economy of other power management strategies can be evaluated based on the optimal lines. A rule-based power management strategy is introduced, and its fuel economy is evaluated by the optimal line.     

氢燃料电池混合动力汽车能量管理系统建模与仿真分析

为了合理分配燃料电池/动力电池混合动力汽车(FCHV)行驶过程中双电源的能量投入比例,更好地保护电池,本文讨论了“FC+B”汽车混合动力系统,设计了一种能量管理控制方法,利用Matlab/Simulink建立了能量管理系统模型,并对该能量管理系统进行了仿真研究。研究结果表明,制定的能量管理控制方法,可有效判断并计算需求功率,准确分配燃料电池和动力电池的功率,使FCHV具有良好经济性和安全性。