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混合燃料電池汽車的能量消耗監(jiān)控策略

燃料電池汽車一方面能夠回收再生制動能量提高車輛效能，另一方面其傳動系統(tǒng)中附加的能量模塊有利于減少能量消耗和能量分配最優(yōu)化。能量管理系統(tǒng)（Energy Management System, EMS）作為上層控制策略分配燃料電池和儲能系統(tǒng)（本文中為鋰電池組）的輸出能量，具有極為重要的作用。

利用VEHLIB搭建兩種模型：正向模型根據(jù)駕駛員輸入得到最終輸出車速，計算得到各車輛狀態(tài)變量，可用于驗證系統(tǒng)動力學和控制規(guī)則；反向模型用于優(yōu)化控制策略，如根據(jù)所需車速得到異步電機目標電流值。電池模塊中，充電狀態(tài)（State of Charge）定義為累積能量與最大能量的比值，對于混合動力汽車，該值在40%～80%之間。聚合物交換膜（PEM）燃料電池模型基于CEA半經(jīng)驗公式，包括空氣、氫氣和冷卻子系統(tǒng)等，其中空氣回路對燃料電池系統(tǒng)的動態(tài)響應有著重要影響。該模型中空氣回路元件只考慮壓縮機和燃料電池陰極，主要參數(shù)為陰極壓強和空氣流量，最終得到兩者的非線性關系公式。

為了控制非線性動力學系統(tǒng)，采用基于線性狀態(tài)反饋觀測器的非線性控制規(guī)則。根據(jù)平面度理論，將陰極壓強與空氣流量作為狀態(tài)變量，使得系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為線性動力學系統(tǒng)，且其中所有變量均為可控、可觀測（全線性系統(tǒng)）?？紤]到在總能量和充電系數(shù)范圍內(nèi)減少氫氣消耗量，根據(jù)反轉(zhuǎn)模型得到燃料電池輸出能量，基于Pontryaguin最大值原理并采用漢密爾頓函數(shù)（Hamiltonian Function）對動態(tài)系統(tǒng)進行優(yōu)化。

對研究內(nèi)容進行仿真分析，選取新歐洲駕駛循環(huán)（NEDC）作為測試工況。試驗結(jié)果表明，燃料電池空氣循環(huán)采用非線性控制規(guī)則后，控制變量陰極電壓和空氣流量與參考值之間誤差極小，驗證了優(yōu)化算法的有效性。

Ramon da Fonseca et al. 2012 12th International Conference on Control, Automation and Systems.

編譯：張為榮