燃料電池/超級電容器混合發電系統能量管理探討

摘 要：從目前的形式上看，空氣質量中的霧霾天氣在一定的程度上已經影響到了人們的正常生活和工作。其中，汽車尾氣貢獻率高達四分之一；混合動力汽車和電動汽車、燃料電磁汽車等新能源汽車發展中，燃料電池是新能源汽車的理想動力源。是一種高效、環境友好新型發電裝置。一般的情況下，可以組合混合動力裝置，從宏觀的角度上，解決環境污染和能源緊缺的想象。

關鍵詞：燃料電池；超級電容器；能量管理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.149

1 燃料電池/超級電容器混合發電系統能量管理概述

新常態的背景下，新能源汽車主要分類型可以分為混合動力汽車及其純電動汽車，另外還有燃料電池汽車三種。在和電動車的比較中，燃料電池不需要存儲電能，但是可以產生電能，只能確保燃料供給，燃料電池就可以不間斷性工作，在行駛時間上也更長，耗能更小，害氣體幾乎為零。由此可見，燃料電池成為了寄望于未來交通運輸最佳動力源之一。從目前狀況下分析，純燃料電池汽車相對來講使用能源較為單一，這樣就帶來了加強的局限性。由此進一步有了燃料電池和其他的能源結合而呈現的混合樣式的動力汽車。在兩種電容和蓄電池的復制下，并并聯進行使用，這樣就可以相互融合，達到汽車驅動的目的。也就是說，多能源動力系統優化控制策略，提高了整車的經濟性和動態性。

燃料電池/蓄電池混合動力系統建模及選型上，可以利用向前建模和向后建模兩種。并在此基礎上利用燃料電池或者是蓄電池兩種混合動力系統進行仿真輸出。也就是在DC/DC轉換器的基礎上，實現的單向構建。緊接著，把鎳氫蓄電池當做新能源，最終連接到了DC/DC總線上，并以并聯的形式進行實現。這樣，燃料電池就會呈現充電的工作中。同時針對能量進行有效的回收。

其中燃料電池的實際輸出電壓可用熱力學預測電壓減去各種過電勢公式：

其中，DC/DC占空比值，調節燃料中的負載電力具體的步驟是利用燃料電池輸出功率進行構建的：首先，是針對電池母線電壓進行的檢測。其次，是利用電池功率分配的形式進行構建的，并在此基礎上實現有效的能源控制管理的狀態。

應該檢查最大功率表對應的應電池負載電壓和電流。最后，這里是利用構建 DC/DC的形式，并在假設轉換器無損耗的狀態下，實現燃料電池的負載電壓實現有效的統一，并調節占比空間。

2 燃料電池/蓄電池混合動力系統能量管理策略探究

2.1 利用瞬時等效燃料優化管理策略

混合動力系統模式上，需要按照標準形式進行構建，實現有效的管理和優化策略，通過瞬間燃料進行動力系統的運行和展現。將燃料電池/蓄電池混合動力汽車工作模式可以歸納為：第一，加速 / 爬坡模式；第二，巡航模式；第三，能量回收模式；第四，啟動/輕載運行模式。

為了提升燃料電池使用效率，防止功率輸出高頻率、大范圍波動。設置燃料電磁最小功率閾值的啟動數值為10kW。同時分析蓄電池 SOC 在 0.5 至 0.8 之間，充放電內阻較小效率理想。

2.2 利用 BP 神經網絡能量控制管理策略

近幾年來，不少神經網絡開始模仿動物的神經網絡優勢進行構建分布式的數學模型建設。并在此基礎上，結合結構的特點進行實現廣泛的連接。實現連接之后就需要結合BP 神經網絡，也就是以上提到的優勢構建，進一步實現燃料電池 /或者蓄電池為基礎的混合動力汽車的動力系統神經網絡能量控制管理策略構建。并把節能建減排作為目標，進行瞬態控制管理。

BP 神經網絡結構建模構建中，含有 2 個隱含層，其中 3 個神經元，并根據以上所含有的模型中，進行瞬時優勢上能量管理構建，并進一步制定相應的計劃，實現車速、電動機需求功率、蓄電池荷電狀態等實現參數對應。構建相應的神經元，代表燃料電池及其蓄電池輸出功率。

BP神經網絡訓練預處理上，需要在能量控制管理策略規律中，實現均勻性和多樣性構建。仿真結果及分析角度看，燃料電池/蓄電池混合動力系統控制模型中，需要把訓練好的神經網絡控制器進行有效的應用。在參數實時性控制基礎上，進行進一步構建，完成混合動力系統燃料電池與蓄電池功率分配工作，這個時候混合動力系統就會實現瞬時的最大化控制及其最大限度的管理。

3 總結

隨著社會的進步，基于國內外混合動力汽車能量控制管理策略上，針對燃料電池混合動力汽車能量控制管理策略進行進一步探究和分析。并在我國“十三五”計劃的理念上，加入回收制動能量及其綠色節能的觀念。在瞬時等效燃料優化管理策略中構建懲罰因子。并根據具體的情況對燃料電池和蓄電池輸出功率實現有效的優化和調整。最終，保證燃料電池/超級電容器混合發電系統能量管理的可持續發展戰略實施。

參考文獻：

[1]溫延兵.氫燃料電池轎車能源與動力系統優化匹配及控制策略研究[D].山東理工大學，2017.

[2]徐陳鋒.基于自適應模糊策略的燃料電池車混合動力系統控制[D].浙江大學，2017.

[3]曹楠.車載燃料電池混合動力系統設計與能量管理[D].西南交通大學，2017.

作者簡介：李浩（1995-），男，山東濰坊人，本科，研究員，研究方向：納米材料制備。