燃料电池汽车最优模糊控制器的设计

燃料电池汽车最优模糊控制器的设计

电动汽车虽然有利于减轻环境污染，但成本较高且行驶距离受限。混合动力汽车扩展了行驶距离，但仍需要燃烧大量的化石能源。而燃料电池汽车可以兼具两者的优点。汽车行驶过程中的功率需求不是一个定值，仅采用独立的燃料电池系统作为动力源，不能满足汽车的瞬态功率需求。因此，将燃料电池系统与能量存储系统（如锂电池）相结合，可提高燃料电池汽车性能。由于燃料电池和锂电池具有不同的动态特性，因此需要合适的能量管理系统对燃料电池系统、锂电池和驱动系统之间的功率流进行控制管理。经典的控制方法需要对整个汽车具有深刻的了解，并建立精确的数学模型。而采用模糊逻辑控制方法，则可以利用试验数据和总结经验对该复杂系统进行建模，并进行模糊控制。本文基于模糊逻辑控制方法，同时考虑不同驾驶条件产生的影响，设计一种最优模糊控制器，用以在保证汽车性能的前提下，改善其燃油经济性。

在燃料电池汽车动力系统中，燃料电池通过1个直流-直流转换器与电路总线相连，锂电池直接与电路总线相连，电路总线通过1个直流-交流转换器与交流电机相连，交流发电机驱动车轮转动。在设计最优模糊控制器之前，需要确定汽车主要部件的最佳参数。混合动力系统较为复杂，部件较多，因而利用参数化设计方法确定主要部件的最佳参数，优化参数包括燃料电池燃料转换器的最大功率、电机的最大功率、电池组的数量，优化算法采用粒子群优化算法。设计最优模糊控制器时，控制器既要能够感知汽车当前行驶状态，还要预测汽车下一步的行驶状态。利用全球定位系统或智能交通系统确定汽车当前的行驶速度、加速度和转向角，利用统计和和聚类分析的方法对汽车下一步的行驶状态进行预测。控制器则根据获得的上述信息，对燃料电池系统、锂电池和驱动系统之间的功率流进行控制。对设计的最优模糊控制器进行后向仿真，即从车轮的功率需求开始仿真，直到燃料电池系统。仿真共选择了3种循环工况，即联邦测试循环工况（FTP）、十五工况（ECE-EUDC）和城市循环工况（TEH-CAR）。仿真结果显示，采用所提出的最优模糊控制器，在各种驾驶条件下均获得较好的经济性。

刊名：Sharif University of Technology（英）

刊期：2015年第4期

作者：M.Kandi-D

编译：李臣