基于燃料消耗和质量估计的插电式燃料电池混合动力汽车功率分配方法



基于燃料消耗和质量估计的插电式燃料电池混合动力汽车功率分配方法

插电式燃料电池混合动力汽车有两种动力源：电池组是主要能源；燃料电池是第二能源，其本身不能满足车辆的动力需求。提出了一种自适应能量管理策略及其动力分配系统。该方法基于两层结构，上层使用在线质量估计法估算电池组的放电深度DOD，并输出给下层；下层通过最优功率分配算法，将燃料电池和电池组之间所需功率进行有效的分配。

为了保证电池组的电能消耗不低于给定的最小阈值，能量管理系统（EMS）必须能确定最佳时间来起动燃料电池。此外，EMS需要考虑汽车质量在行驶过程中的变化。对于上层需要由驾驶员提供目的地，并提供初始质量以及车辆其它物理参数，根据地理资讯系统（GIS）检索出路段的限速、红绿灯等信息，从系统中获得道路等级，据此计算出高效行驶工况，再根据计算出的驾驶模式，计算出所需电力、能耗以及放电深度，并将这些信息输出给下层。下层负责燃料电池和电池组之间需求功率的分配，对于每个时间点k来说，根据以下的功率滞后函数定义出燃料电池的参考功率：

为使耗能最小，通过以下的能耗函数来分配各个功率：

式中，C代表耗能比率，即氢耗能和电耗之间的比值。

JLL的第1项是所需的最低电能；第2项考虑到能耗比率，如果燃料电池的功率Prfc=0，则其将达到最小值；第3项是为了使功率符合规则，实际上，如果系统的机械功率Pm近似于驱动功率Pu，则该值能达到最小。

为得到一个简单实用且实时的方案，提出了功率分配算法。该算法为燃料电池和系统的机械功率提供局部最优控制信号:①将设为Pu，这样第3项就能达到最小；②由于燃料电池的功率Pfc只有两个取值（0和），因此分别用两值估算JLL；③选出能使JLL达到最小的燃料电池功率；④将设成最小燃料电池功率。

功率分配算法的目的是当考虑到氢/电的能耗比时能降低DOD，同时使燃料电池可一直在最大效率下运行。研究结果表明，使用在线质量估计法可以提高总的燃料消耗率，同时降低DOD。

图1　质量变化的全球能源规划流程

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2014年第248期

作者：Khalil Maalej et al

编译：倪媛媛