基于燃料消耗和質量估計的插電式燃料電池混合動力汽車功率分配方法

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基于燃料消耗和質量估計的插電式燃料電池混合動力汽車功率分配方法

插電式燃料電池混合動力汽車有兩種動力源：電池組是主要能源；燃料電池是第二能源，其本身不能滿足車輛的動力需求。提出了一種自適應能量管理策略及其動力分配系統。該方法基于兩層結構，上層使用在線質量估計法估算電池組的放電深度DOD，并輸出給下層；下層通過最優功率分配算法，將燃料電池和電池組之間所需功率進行有效的分配。

為了保證電池組的電能消耗不低于給定的最小閾值，能量管理系統（EMS）必須能確定最佳時間來起動燃料電池。此外，EMS需要考慮汽車質量在行駛過程中的變化。對于上層需要由駕駛員提供目的地，并提供初始質量以及車輛其它物理參數，根據地理資訊系統（GIS）檢索出路段的限速、紅綠燈等信息，從系統中獲得道路等級，據此計算出高效行駛工況，再根據計算出的駕駛模式，計算出所需電力、能耗以及放電深度，并將這些信息輸出給下層。下層負責燃料電池和電池組之間需求功率的分配，對于每個時間點k來說，根據以下的功率滯后函數定義出燃料電池的參考功率：

為使耗能最小，通過以下的能耗函數來分配各個功率：

式中，C代表耗能比率，即氫耗能和電耗之間的比值。

JLL的第1項是所需的最低電能；第2項考慮到能耗比率，如果燃料電池的功率Prfc=0，則其將達到最小值；第3項是為了使功率符合規則，實際上，如果系統的機械功率Pm近似于驅動功率Pu，則該值能達到最小。

為得到一個簡單實用且實時的方案，提出了功率分配算法。該算法為燃料電池和系統的機械功率提供局部最優控制信號:①將設為Pu，這樣第3項就能達到最小；②由于燃料電池的功率Pfc只有兩個取值（0和），因此分別用兩值估算JLL；③選出能使JLL達到最小的燃料電池功率；④將設成最小燃料電池功率。

功率分配算法的目的是當考慮到氫/電的能耗比時能降低DOD，同時使燃料電池可一直在最大效率下運行。研究結果表明，使用在線質量估計法可以提高總的燃料消耗率，同時降低DOD。

圖1　質量變化的全球能源規劃流程

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2014年第248期

作者：Khalil Maalej et al

編譯：倪媛媛