基于电池寿命保护的燃料电池混合动力汽车超前和实时混合模式能量管理



基于电池寿命保护的燃料电池混合动力汽车超前和实时混合模式能量管理

目前，使用动力传动系统电动化的整车包括混合动力汽车（HEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）和基于单独电池的纯电动汽车。基于典型燃料电池和电池的插电式混合动力汽车（FCPHEV），提出了能量管理系统的实时能量分解方法和超前控制方法。

研究中主要考虑了两个方面：①在汽车加速、制动的操作中减少大功率的需求；②将电池的最低功率限制到规定的最低水平，防止电池能量的过度消耗。为了减少高功率需求，能量管理系统使用了超前控制方法，使用小型多功能试验货车的纵向运动模型，论证和解决多目标优化问题，使用线性求解方法，包括氢/电力使用的比率和大功率的预期需求。整个控制系统无需预先了解车辆的运动信息，因此该实时执行系统适用于真实的车辆运行情况。

介绍了FC-PFEV控制算法，提出了用于能量管理的FC-PFEV纵向力模型，该模型包括能量模型、燃料电池/电池组效率模型。使用FC-PFEV纵向力模型对电池寿命保护的能量管理问题进行公式化处理，包括高功率放电的超前控制和实施功率分解。对超前控制问题的求解，为确定超高功率放电顺序，提出了实时高效简单代数求解方法；对于实施功率分解问题，选用非线性规划的加强型线搜索算法。

电池组高功率放电的主要原因是车辆的加速过程，选择应用比较广泛的驾驶循环包括：美国国家环境保护局的高加速度驾驶循环（US06）、新欧洲行驶循环（NEDC）和日本10/15模式驾驶循环（J1015）。仿真对比分析上述3个循环工况：①验证使用超前算法的燃料电池产生的电力；②分析电力系统效率，降低对整个实时能源管理系统的影响；③与一个典型的基于规则的能源管理方法对比能量，以提高效率。

以上3种不同驾驶循环工况的比较表明，在维持电池组最低预期能量的前提下，与基于规则的能量管理系统进行对比，所提出的实时优化方法能够节省氢燃料5%；高功率需求的减少和能量消耗的限制使能量管理系统能够保护电池寿命。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2013年第221期

作者：Sousso Kelouwani et al

编译：何云廷