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        燃料電池汽車(chē)功率分流控制策略的比較分析

        2017-12-05 16:34:04李臣
        汽車(chē)文摘 2017年5期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)子瞬態(tài)燃料電池

        燃料電池汽車(chē)功率分流控制策略的比較分析

        燃料電池汽車(chē)因其具有高效率和零排放而得到了廣泛關(guān)注。常用的燃料電池包括酸性燃料電池、堿性燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池。其中,質(zhì)子交換膜燃料電池具有功率密度高、工作溫度低以及電解液對(duì)CO2不敏感等優(yōu)點(diǎn),因而是最具發(fā)展前途的燃料電池。但是,質(zhì)子交換膜燃料電池在汽車(chē)瞬態(tài)工況中反應(yīng)較慢,不能及時(shí)遵循汽車(chē)功率需求的變化,且這種瞬態(tài)變化會(huì)降低質(zhì)子交換膜燃料電池反應(yīng)堆的使用壽命。通過(guò)并聯(lián)儲(chǔ)能電池可解決該問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)時(shí)需要考慮燃料電池和儲(chǔ)能電池之間的功率分配,即功率分流。功率分流常用的控制策略包括基于確定性規(guī)則的控制策略和最優(yōu)控制策略,并對(duì)它們進(jìn)行了比較分析。

        選用基于確定性規(guī)則的控制策略是,汽車(chē)功率需求出現(xiàn)瞬態(tài)變化時(shí),由儲(chǔ)能電池提供或回收功率需求變化的部分,燃料電池則始終提供恒定的功率。選用的最優(yōu)控制策略包括動(dòng)態(tài)規(guī)劃(DP)和模型預(yù)測(cè)控制(MPC)。對(duì)這3種控制策略進(jìn)行對(duì)比時(shí),首先控制模型的開(kāi)發(fā),包括汽車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)模型、燃料電池堆反應(yīng)模型和儲(chǔ)能電池模型;之后分別應(yīng)用這3種控制策略,并記錄不同控制策略在城市循環(huán)工況下產(chǎn)生的燃油消耗。需要注意的是,在應(yīng)用MPC控制策略時(shí),預(yù)測(cè)時(shí)間是該策略下的一個(gè)可變參數(shù),因而設(shè)定預(yù)測(cè)時(shí)間的范圍為1~10s,間隔為1s。分析結(jié)果顯示:①M(fèi)PC控制策略預(yù)測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)其性能具有較大影響;②與MPC控制策略預(yù)測(cè)時(shí)間為2s時(shí)的燃油消耗相比,DP控制策略的燃油消耗降低了12%,而當(dāng)MPC控制策略的預(yù)測(cè)時(shí)間設(shè)定為7s甚至更大值時(shí),這兩種最優(yōu)控制策略的燃油消耗大致相等;③與基于確定性規(guī)則的控制策略產(chǎn)生的燃油消耗相比,DP控制策略的燃油消耗降低了5%。

        Arya Yazdanietal.SAE 2016-01-1189.

        編譯:李臣

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