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基于燃料消耗和質(zhì)量估計(jì)的插電式燃料電池混合動(dòng)力汽車功率分配方法

插電式燃料電池混合動(dòng)力汽車有兩種動(dòng)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(dòng)力需求。提出了一種自適應(yīng)能量管理策略及其動(dòng)力分配系統(tǒng)。該方法基于兩層結(jié)構(gòu)，上層使用在線質(zhì)量估計(jì)法估算電池組的放電深度DOD，并輸出給下層；下層通過最優(yōu)功率分配算法，將燃料電池和電池組之間所需功率進(jìn)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(tǒng)（EMS）必須能確定最佳時(shí)間來起動(dòng)燃料電池。此外，EMS需要考慮汽車質(zhì)量在行駛過程中的變化。對(duì)于上層需要由駕駛員提供目的地，并提供初始質(zhì)量以及車輛其它物理參數(shù)，根據(jù)地理資訊系統(tǒng)（GIS）檢索出路段的限速、紅綠燈等信息，從系統(tǒng)中獲得道路等級(jí)，據(jù)此計(jì)算出高效行駛工況，再根據(jù)計(jì)算出的駕駛模式，計(jì)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(fù)責(zé)燃料電池和電池組之間需求功率的分配，對(duì)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)k來說，根據(jù)以下的功率滯后函數(shù)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(shù)來分配各個(gè)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(xiàng)是所需的最低電能；第2項(xiàng)考慮到能耗比率，如果燃料電池的功率Prfc=0，則其將達(dá)到最小值；第3項(xiàng)是為了使功率符合規(guī)則，實(shí)際上，如果系統(tǒng)的機(jī)械功率Pm近似于驅(qū)動(dòng)功率Pu，則該值能達(dá)到最小。

為得到一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用且實(shí)時(shí)的方案，提出了功率分配算法。該算法為燃料電池和系統(tǒng)的機(jī)械功率提供局部最優(yōu)控制信號(hào):①將設(shè)為Pu，這樣第3項(xiàng)就能達(dá)到最?。虎谟捎谌剂想姵氐墓β蔖fc只有兩個(gè)取值（0和），因此分別用兩值估算JLL；③選出能使JLL達(dá)到最小的燃料電池功率；④將設(shè)成最小燃料電池功率。

功率分配算法的目的是當(dāng)考慮到氫/電的能耗比時(shí)能降低DOD，同時(shí)使燃料電池可一直在最大效率下運(yùn)行。研究結(jié)果表明，使用在線質(zhì)量估計(jì)法可以提高總的燃料消耗率，同時(shí)降低DOD。

圖1　質(zhì)量變化的全球能源規(guī)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