燃料电池混合动力车辆多能源管理策略.doc

燃料电池混合动力车辆多能源管理策略.doc:..燃料电池混合动力车辆多能源管理策略李奇1陈维荣1刘述奎2宋文胜1杨顺风3(1••淡马锡理工学院新加坡529757)摘要采用电动车辆仿真软件ADVISOR建立了燃料电池和蓄电池混合驱动型车辆(FC+B)仿真模型,并捉出了一种基于模糊逻辑控制方法的多能源管理策略,以捉高FC+B混合驱动熨车辆的燃料经济性,增加车辆的续航里程。仿真结果表明,所提出的多能源管理策略能够满足2种标准循环工况的功率需求,实现其在燃料电池和蒂电池Z间的介理分配。通过与功率跟随控制策略进行对比,证明所提出的多能源管理策略在燃料经济性和动力性指标上具冇较好的冇效性。关键词:混合动力车辆能量管理模糊逻辑燃料电池蓄电池中图分类号:TM343;TM311引言近年來,在全1比界范围内燃料电池混合动力车辆的研发受到了极其广泛地关注。与传统汽车和纯电动汽车技术相比,燃料电池汽车技术貝有绿色环保、使用寿命长、低噪声和效率高等特点,被视为绘佳乍辆动力能源,将其与电动机结合后,构成了一种新概念动力机[l-8]o但是燃料电池系统自身的动态响应较慢,其输出特性无法满足车辆在快速起动、急加速和爬陡坡时的要求,因此需要增加相应的能量贮存系统,用以弥补燃料电池系统输出特性的不足[9-15]oH前,燃料电池和辅助动力源的驱动系统组合方式较多[3-6],国内外学者针对燃料电池混合动力乍辆能量管理策略在整车动力性和经济性方面的影响进行了研究。其中,Markel等[12]对混合动力车辆中使用的不同能罐存储设备进行了分析比较;Emadi等[13]通过比较不同混合动力汽车的结构,提出了对电力电子器件的要求;Wipke等[16]使用ADVISOR汽车仍真软件屮的优化工具箱实现了不同能量源间的动力优化分配;金振华等采用动态规划算法对混介动力系统进行了优化,并采用模糊控制方法对系统进行介理控制。然而,这些管理策略没冇充分考虑整车动力性和经济性的平衡问题。燃料电池混合动力车辆的多能源能量管理策略的设计原则是在保证车辆动力性能的前提下,垠人程度地降低燃料消耗量,增加车辆的续航里程。在实际应川中可以根据不同的车辆运行工况,进行有侧重点的管理策略设计。模糊控制以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理为理论基础,不依赖于系统精确的数学模型,对于过程复杂,具冇菲线性、时变及滞后等特征的对象都具有很好的控制性能,并且具冇良好的鲁棒性[14-15].,模糊控制器(FLC)是模糊控制系统的核心部分,其模糊规则是基丁•模糊条件语言描述的语言控制规则。燃料电池混合动力车辆系统貝有强非线性和多输入输出结构,因此模糊控制作为一种人工智能控制策略,非常适合于多能源控制系统设计。木文使用电动年辆仿真软件ADVISOR建立了燃料电池和蒂电池混介驱动型(FC+B)的年辆仿真模型。为了实现功率在各动力源Z间合理而冇效地分配,在该模型基础上设计了基于FLC的FC+B驱动型车辆多能源管理策略,并对不同标准循环工况下燃料电池混合动力车辆的燃料经济性和动力性指标进行了仿真测试。同时将所提出的皐于FLC的FC+B驱动型车辆多能源管理策略与ADVISOR中广泛采用的皐于功率跟随控制的FC+B驱动熨车辆多能源管理策略进行了分析对比。(FC+B)燃料电池和蓄电池混合驱动型是H前比较普遍使用的-•种驱动结构[9-12],该结构是在燃料电池骡动结构的基础上增加了辅助蓄电池和单向直流/直流(DC/DC)变换器,如图1所示。图1燃料电池和番电池混合驱动型(FC+B)+Bdrivestructureofhybridvehicle燃料电池和逆变器之间使用了单向DC/DC变换器,辅助蓄电池直接与系统直流母线相连接。燃料电池的输出电压通过DC/DC变换器的升床或者降床与系统直流母线的电床等级进行匹配,这样就使燃料电池功率输出能力与系统吉流母线电压间不存在直接耦合关系,而且DC/DC变换器可将玄流母线的电压维持在电机高效率运彳亍的范围内。在该驱动结构里,燃料电池作为主要动力源提供持续功率,当需求功率过大时(如车起动、加速或爬坡),蓄电池提供补充能量起到辅助作用;当车辆进行制动时,111蓄电池回收部分制动能量。此外,辅助蓄电池可以满足燃料电池系统自身的一些特殊需求,比如起动时可以为空气压缩机或鼓风机供电、氢气和空气増湿、电堆加热等。+B混合驱动型多能源管理策略对于FC+B塑燃料电池混合动力车辆,其多能源管理策略主耍包括以下以四种驱动模式[9-13]:-•般山箫电池单独驱动车辆,当燃料