氫燃料電池汽車的實(shí)時最優(yōu)控制

氫燃料電池汽車混合動力系統(tǒng)的能量管理策略是燃料電池動力系統(tǒng)設(shè)計的主要方面。通過實(shí)時分配氫燃料電池和輔助能源的能量輸出，減少氫燃料電池發(fā)動機(jī)的動態(tài)負(fù)荷，優(yōu)化氫燃料電池發(fā)動機(jī)工作區(qū)域，使動力系統(tǒng)效率最優(yōu)。常用的能量管理策略一般分為瞬時優(yōu)化能量管理策略和全局優(yōu)化能量管理策略。前者只能得到局部最優(yōu)解，后者雖然能夠得到全局最優(yōu)解，但是在優(yōu)化過程中需要有汽車在整個駕駛循環(huán)工況下的速度分布。對此，開發(fā)出了利用動態(tài)規(guī)劃方法優(yōu)化氫燃料電池汽車能量管理的全局優(yōu)化策略。

利用動態(tài)規(guī)劃方法優(yōu)化氫燃料電池汽車的能量管理策略之前，需要建立氫燃料電池汽車動力系統(tǒng)的能量流模型。并將整個駕駛循環(huán)劃分為步長為1s的多階段。由于動態(tài)規(guī)劃方法是一種多階段決策優(yōu)化方法，因而不需要整個駕駛循環(huán)工況下的速度分布，但需要對氫燃料電池汽車下一階段的速度進(jìn)行預(yù)測，以計算需求功率。優(yōu)化時，將氫燃料電池的荷電狀態(tài)和每個階段的能量消耗作為輸入變量，將氫燃料電池荷電狀態(tài)的上下限，以及氫燃料電池輸出功率和輔助能源輸出功率的上下限作為約束條件。優(yōu)化目標(biāo)為整個駕駛循環(huán)內(nèi)的能量消耗。優(yōu)化結(jié)果能夠得到使整個駕駛循環(huán)內(nèi)能量消耗最小的氫燃料電池各階段達(dá)到最優(yōu)控制軌跡。通過仿真方法對利用動態(tài)規(guī)劃方法優(yōu)化能量管理策略和傳統(tǒng)全局優(yōu)化能量管理策略進(jìn)行對比，結(jié)果顯示，在高速公路燃油經(jīng)濟(jì)性駕駛循環(huán)工況和城市道路駕駛循環(huán)工況下，利用動態(tài)規(guī)劃方法的能量管理策略使H2消耗分別減少1.6%和0.45%。

Carla Majed et al. SAE 2016-01-1390.

編譯：張振偉