【摘 要】
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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态变量随能量管理系统的状态量,即超级电容荷电状态始、末时刻差值的变化关系,插值出在线式P MP初始协态变量与荷电状态的对应关系,结合P MP正则方程计算每一时刻的协态变量,形成具有维持荷电状
【机 构】
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福州大学 机械工程及自动化学院,福建 福州 350108;北京理工大学 电动车辆国家工程研究中心,北京 100081;福州大学 机械工程及自动化学院,福建 福州 350108;北京理工大学 电动车辆国
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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态变量随能量管理系统的状态量,即超级电容荷电状态始、末时刻差值的变化关系,插值出在线式P MP初始协态变量与荷电状态的对应关系,结合P MP正则方程计算每一时刻的协态变量,形成具有维持荷电状态稳定的在线P MP协态变量自适应更新方法;将影响燃料电池性能衰退的功率变化率、启停次数和最大功率作为约束条件,并在自适应P MP的成本函数中引入燃料电池功率变化率,获取满足约束条件且混合动力系统燃料经济性较好的能量管理策略;开展控制器硬件在环(HIL)仿真测试,验证该能量管理策略的实际应用效果.研究结果表明:在不同于确定协态变量的公交工况SC03和纽约城市循环(NYCC)工况下,自适应PMP末态荷电状态稳定在目标值附近,且与离线PMP相比,燃料经济性损失分别仅为1.27％和0.93％;在不同于确定协态变量和成本函数权重系数的运行工况即中国公交行驶循环(CBDC)综合测试工况下,该自适应优化能量管理策略可实现满足约束条件的能量分配,且燃料经济性保持为离线最优经济性的90.76％;在CBDC和纽伦堡公共汽车(NurembergR36)测试工况下,HIL仿真结果与数值仿真结果平均误差均小于5％.综上,该自适应优化能量管理策略考虑了燃料电池性能衰退,可实现混合动力系统的高效运行,具有长寿命使用潜力.
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