有轨电车燃料电池混合动力多目标匹配优化

有轨电车燃料电池混合动力系统配置对整车动力性能、系统效率及经济效益具有重要影响，但是目前缺乏有效的优化匹配方法. 基于有轨电车沿线动态工况下的牵引功率计算，提出了面向服役周期成本最低的燃料电池有轨电车混合动力系统匹配优化方法. 以混合动力系统整车服役周期成本最低、体积/重量最小为目标函数，以动力性能、直流母线电压、电源输出功率、功率/能量实时平衡、储能系统充放电倍率及其充放电深度和SOC （state of charge） 为约束条件，建立了多目标多约束配置优化模型. 采用多目标优化方法获取Pareto前沿，同时给出了体积/重量可接受、经济性最优的推荐方案确定方法. 仿真结果表明，多目标匹配优化方法配置的有轨电车燃料电池混合动力系统满足了所有设计指标，混合动力系统全寿命周期成本从7 000万元降为1 500万元.      

基于动态混合度的储能式有轨电车能量管理策略

为了提高混合储能式有轨电车的系统效率和运行经济性,基于动态混合度和系统效率之间的关系,提出了基于动态混合度在线凸规划的混合储能式有轨电车能量管理策略.首先基于混合储能式有轨电车各系统参数,对各部件进行建模;其次采用在线凸规划法求解,得到了系统每一时刻的最优动态混合度;最后以有轨电车的典型工况为例,在RT-LAB实时仿真平台研究动态混合度对系统效率的影响.研究结果表明动态混合度同系统效率之间存在凸函数关系:在相同参数条件下,基于动态混合度的在线凸规划能量管理策略较传统的功率跟随式能量管理策略系统瞬时效率最高提升9.6%;当完成整条线路运行,可节省电量2 886.2 kJ,运行经济性提升3.29%.     

混合动力汽车动力系统匹配优化仿真实验研究

运用ADVISOR2002仿真软件,构建不同混合度下混合动力系统匹配优化平台,以车辆燃油经济性和排放性为依据,通过设计低、中、高混合度的混合动力系统,利用欧洲CYC_ECE_EUDC_LOW循环工况测试,对不同混合度的混联式混合动力系统进行仿真实验,比较各自的燃油经济性和排放性,实现动力系统的优化匹配。结果表明,高混合度的混联式动力系统燃油经济性和排放性最优。     

燃料电池混合动力的功率跟随管理策略分析

为了提高燃料电池混合动力系统的经济性,基于燃料电池氢耗量和功率波动率,对功率跟随能量管理策略中参数和荷电状态(SOC)调节方式进行了分析,并定义了燃料电池的功率波动率;基于仿真软件ADVISOR中建立的燃料电池/超级电容混合动力系统模型,计算了不同的超级电容SOC限值和充电功率参数时的燃料氢耗量和波动率;设计了两种SOC调节方法,即Z曲线法和比例积分(PI)调节法,比较了不同SOC调节方法下的氢耗量和波动率.研究结果表明:若SOC的下限增大,致使氢耗量和波动率增加,SOC下限为0.5时的氢耗量比0.25时增加7.10%,波动率增加3.85%;若SOC的上限增大,燃料电池波动率减小,0.95时的波动率比0.75时减小3.51%;充电功率参数在一定范围改变,能够减小燃料电池氢耗量和波动率;SOC调节方式中,当SOC初始值在[0.28,0.52]区间,PI调节法的波动率最优;当SOC初始值在[0.75,0.90],Z曲线法的波动率最优.     

考虑性能衰退的燃料电池汽车自适应优化能量管理策略

为了提高系统效率与降低因不利运行条件导致的燃料电池使用寿命缩短风险,提出了考虑燃料电池性能衰退的自适应庞特里亚金极小值原理(P MP)能量管理策略,用于城市公交车燃料电池/超级电容混合动力系统;分析了离线式P MP燃料电池/超级电容混合动力系统在5种不同循环工况下的能量分配结果,获取了在3种典型城市公交循环工况下初始协...     

基于Cruise-Simulink联合仿真的FCEV能量管理策略研究

采用Cruise与Simulink建立整车联合仿真平台,提出了燃料电池发动机负载均衡和动力蓄电池SOC功率补偿的能量管理策略,并以欧洲NEDC循环工况对燃料电池电动汽车进行仿真研究.结果表明:提出的控制策略可以很好对燃料电池和动力蓄电池进行能量分配,满足整车的动力性要求.     

基于全局优化算法的增程式电动汽车模糊控制策略

针对传统模糊控制中规则库制定单一、动力系统与控制策略参数协调性不高等问题,提出一种基于全局优化算法的增程式电动汽车模糊控制策略.根据增程器最优效率曲线,分析并提取动态规划算法在不同需求及动力部件状态下的多能源分配规则,并结合传统工程经验作为模糊控制规则库制定依据;以燃油经济性为优化目标,利用粒子群算法优化整车动力部件与隶属度参数,获取具有全局优化性的EREV能量分配.最后,在MATLAB/Simulink中建立整车模糊控制策略模型,嵌入到ADVISOR中仿真并进行硬件在环测试.结果表明:所提出的控制策略适用于多种工况,与原车功率跟随控制策略相比,能控制动力电池SOC在合理范围内,同时提高整车燃油经济性.     

基于动态规划算法的增程式电动汽车能量管理策略优化

提出了一种动态规划改进算法, 根据约束条件确定未来可达状态序列, 通过计算离散状态点间的转移代价, 在保证求解精度的同时, 降低了离线优化计算量; 利用改进动态规划算法设计了增程式电动汽车能量管理策略, 根据能量管理优化问题特点, 建立了动力系统模型和适用于全局优化求解的系统状态方程, 并确定了以动力电池荷电状态为系统状态量和增程器发电功率为系统控制量; 在迭代计算过程中, 将发动机燃油费用和动力电池电能费用之和作为目标函数, 构建了基于北京主干道不同行驶里程仿真工况, 得到了驱动电机需求功率最优分配结果; 提取了增程器启停状态与动力电池荷电状态和驱动电机需求功率二者之间的控制规则, 利用最小二乘法对增程器功率分流比与驱动电机需求功率的分布规律进行拟合, 建立了基于优化规则的能量管理策略。仿真结果表明: 对于行驶里程为100km的仿真工况, 动态规划改进算法计算时间为7 239s, 与经典动态规划算法相比计算效率提高了78.2%;基于优化规则的能量管理策略能够获得类似动态规划改进算法的控制效果, 2种控制策略的动力电池荷电状态误差小于2.5%;相比实车电能消耗-电能维持型控制策略, 基于优化规则的控制策略能够使整车经济性提高5.4%, 使燃油经济性提高7.9%。      

燃料电池小型车SOC动态调节的功率跟随控制策略

针对风冷型质子交换膜燃料电池与锂电池组成的小型车用混合动力系统,提出一种根据SOC(state of charge)动态调节功率跟随系数的能量管理方法,完成混合动力观光车样车研制.对构成样车的混合动力系统、氢气储存供给系统、信号控制系统3部分进行了详细阐述,并对不同工况下功率跟随算法调节系数对控制效果的影响进行了分析;...     

基于车辆工况试验的混合动力系统动力分配

动力分配控制技术被普遍认为是混合动力汽车控制的核心技术,其动力分配是否合理、灵活以及精准直接影响着混合动力汽车各方面性能表现。通过对混合动力汽车不同运行工况的道路试验测试,研究混合动力系统动力分配控制策略,分析混合动力汽车在不同工况、不同电池SOC值和不同加速踏板开度时,混合动力系统如何分配发动机和电机动力。试验表明,混合动力系统控制单元根据驾驶人的驾驶意图,在保证驾驶人需求的基础上,同时兼顾发动机稳定工作在最优工作区域,实现既可以有效节省燃油,又不会因为考虑燃油经济性而影响车辆的动力性。     

燃料电池混合动力有轨电车动力性分析与设计

为解决燃料电池混合动力有轨电车中燃料电池(FC)动态响应慢、输出特性软,且无法回收制动能量的问题,提高整车的动力性能和经济性能,在Matlab平台下,以两动一拖编组型燃料电池混合动力有轨电车为例,分析了在最高运行速度、最大加速度和爬坡度这3种典型工况下分别由燃料电池、蓄电池(B)和超级电容(SC)供电的动力和能量需求特性.在此基础上,根据指定工况要求提出了不同的配置方案,并探究了混合动力方案的可行性.研究结果表明:为满足有轨电车以1 m/s~2的加速度加速到30 km/h并持续加速到70 km/h的动力性能要求,配置两套150 k W的燃料电池系统、800节蓄电池和108个超级电容模块的三混动力系统是一种可行且合理经济的方案,可为同类混合动力有轨电车的设计提供参考.     

基于状态机的燃料电池混合动力系统控制策略

针对由2套大功率氢燃料电池、超级电容和动力电池所构成的有轨电车用混合动力系统,提出能够满足运行工况需求的状态机控制能量管理策略. 首先,以状态机为基础构架,将有轨电车的运行划分为牵引、惰行、制动和故障4种状态;接着研究了4种运行状态下的能量管理策略,牵引状态采用基于自适应放电系数的均压算法,惰行状态采用改进的最大效率点跟随算法;然后基于4种状态,进行了整车实际运行;最后对比分析了功率跟随策略、状态机控制策略的能耗和电池堆效率. 研究结果表明:基于自适应放电系数的均压算法能够保证2套超级电容在牵引状态中均匀放电,避免了单套超级电容过度使用的情况;改进的最大效率点跟随算法使得燃料电池的平均效率提高了3.91%;此外,状态机控制策略与功率跟随策略的电堆效率分别为61.89%、57.98%,前者比后者节约了3.2%的氢气.      

基于动态规划的混合动力有轨电车能量管理方法

针对传统动态规划算法在燃料电池混合动力系统能量分配中存在的误差累积问题,以及为进一步提高燃料电池混合动力有轨电车的耐久性和燃料经济性,提出了一种基于改进动态规划算法的燃料电池混合动力有轨电车能量管理方法;改进动态规划算法在传统动态规划的基础上调整了状态转移方程,通过只对系统状态量进行离散从而避免计算过程中的插值计算导致的误差累积;同时将系统等效氢耗、动力电池充电状态(SOC)约束和燃料电池加、减载带来的耐久性问题作为优化目标构成加权惩罚函数,使系统在获得良好燃料经济性的同时兼顾耐久性;将所提管理方法与功率跟随和传统动态规划进行对比分析.研究结果表明:所提方法相较于功率跟随方法,使末态SOC值降低了13.3%,燃料经济性提高了78%;相较于基于传统动态规划算法的能量管理方法,使燃料经济性提高了3.5%,且SOC变化范围和燃料电池变载情况均具有显著改善.     

基于转矩分配的并联式混合动力电动轿车能量管理策略研究

提出了基于对驾驶员行驶需求转矩进行实时分配的混合动力电动汽车整车能量管理策略．针对一款双电机结构的并联式混合动力电动轿车的特点，提出以发动机稳态状态下的燃油消耗率特性图为基础，将车辆行驶需求转矩合理地分配给发动机、主电机及ISG，从而实现降低发动机燃油消耗，维持电池SOC平衡的控制目的．按此能量管理策略建立该电动轿车的控制器模型，并将其整体嵌入电动汽车前向仿真软件HEVSim中的相应整车模型中进行仿真测试，仿真结果达到控制要求，证实该能量管理策略具有合理性与可行性。     

燃料电池混合动力有轨电车动力系统设计

基于氢能的燃料电池混合动力有轨电车是现代有轨电车的研究热点.结合有轨电车的总体性能需求,对燃料电池混合动力有轨电车进行了系统设计,给出了燃料电池/超级电容混合动力系统的总体方案与拓扑结构,进行了混合动力系统配置和有轨电车牵引性能计算.结果表明,所配置的混合动力系统的输出功率分配可以很好地满足列车在0~35 km/h速度时加速度为1.2 m/s2、最高车速70 km/h的动力性能要求.研制的混合动力系统样机在有轨电车模拟运行工况进行了试验,在试验过程中可以实现多套系统能量的分配管理.      

纯电动汽车能量回收控制策略研究

纯电动汽车的能量回收技术有很高的研究价值,是提高整车经济性的有效手段之一。以一种并联能量回收方案为研究对象,从再生制动原理进行分析,在电池回收能力、电机回收能力及负载功率消耗的限制前提下,提出一个合理的能量回收控制策略,兼顾整车的经济性及乘客的舒适性,并通过ADVISOR进行NEDC工况仿真验证。试验表明,与无能量回收车型对比,相同时间内该策略下整车电池SOC值明显下降缓慢,该研究为制动能量回收策略算法的进一步优化开发提供参照。     

并联式混合动力汽车能量管理的马尔可夫决策

为研究同轴并联式混合动力汽车的能量管理策略,建立了同轴并联式动力系统动态方程,分析了转矩需求无后效性的马尔可夫特性.在维持电池容量不变的条件下,以燃油消耗最小为优化目标,采用马尔可夫决策实施能量管理策略,并采用策略迭代方法求解了马尔可夫能量管理的转矩决策过程,在J1015工况和昆明工况进行了仿真,实现了能量管理的在线实施.结果表明,与基于动态规划的能量管理策略相比,马尔可夫决策的能量管理策略能在线实施,且电池容量变化更为平稳;在燃料消耗方面是全局次优的,在J1015行驶工况下100 km燃油消耗增加了1.32 L,在昆明行驶工况下100 km燃油消耗增加了1.59 L.      

混合动力电动汽车控制策略——分类、现状与趋势

对现有混合动力汽车控制策略进行了归纳和分析,指出当前混合动力汽车控制策略的研究主要集中在以提高燃油经济性为目的的能量管理优化和以降低冲击度为目的的动力协调控制等方面,对排放性能的研究还未受到重视。提出今后混合动力汽车控制策略的研究重点不仅要实现最优的燃油经济性,而且要兼顾发动机尾气排放,尤其是低温冷起动阶段催化器出口的排放,以满足日益严格的排放法规要求。在此基础之上,考虑电池温度、电池寿命、模式切换时的平顺性以及各部件的可靠性等因素,整体分析、系统优化以油耗和排放为多目标的能量管理策略,研究发动机热管理、蓄电池热管理与混合动力汽车能量管理方法,从人-车-路闭环角度开发满足实际道路运行条件要求的控制策略是未来的发展趋势。     

城市混合道路行驶工况的能量利用率研究

随着机动车保有量的不断增加,汽车燃油消耗迅速增加,能源短缺问题越来越严峻。汽车的污染物排放、燃油消耗量和运行经济性受汽车实际行驶工况的影响较大。在分析国内外行驶工况研究现状的基础上,根据车辆在城市混合道路上经历加速、匀速、减速、怠速各种工况变化的行驶情况,定义能耗、能态、能量利用率的概念,利用车辆没有制动行驶克服空气阻力和滚动阻力下的自由行驶距离构建能量利用率模型,并将此模型在我国市区的行驶工况下进行应用,计算出标准工况下的能量利用率。研究表明:车辆的能量利用率不到40%,提升空间较大,为减少能源消耗提供新的研究方向。     

混合动力汽车动力系统控制策略试验分析

介绍了一种混合动力客车动力系统的结构组成,阐述了该混合动力系统的各种工作模式、整车控制系统组成及控制策略,并通过其相关试验测试了数据信息。最后以该车能量消耗量试验过程数据为基础,分析了整车能耗状况、发动机工作区域及机械自动变速器与电机协调换挡控制策略。