燃料電池汽車的能量管理策略

更新時(shí)間：2020-03-06

點(diǎn)擊次數(shù)：4196

說(shuō)起燃料電池汽車的能量管理策略，總覺(jué)得看不見(jiàn)摸不著，很難感受它的存在。如何做好燃料電池的能量管理策略？我們先從燃料電池動(dòng)力源的構(gòu)成講起。

什么是燃料電池汽車能量管理策略？

近年來(lái)卓有成效的研發(fā)，使得車用燃料電池在功率以及功率密度上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但受限于燃料電池性能特點(diǎn)（成本較高，壽命較短，變載能力難以覆蓋整車變載需求，無(wú)法進(jìn)行制動(dòng)能量回收等），目前各大整車廠商把精力主要集中在燃料電池混合動(dòng)力汽車上，基本形成燃料電池并聯(lián)蓄能器的電-電混合能量源架構(gòu)。

以燃料電池系統(tǒng)作為提供續(xù)航里程的主動(dòng)力源；動(dòng)力蓄電池、超級(jí)電容或兩者共同作為蓄能器，實(shí)現(xiàn)對(duì)整車功率削峰填谷的功能，即在整車變載運(yùn)行過(guò)程中補(bǔ)充瞬時(shí)功率，在整車制動(dòng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)能量回收，延長(zhǎng)整車?yán)m(xù)駛里程。

燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

能量管理控制，作為燃料電池混合動(dòng)力汽車的核心技術(shù)之一，就像坐鎮(zhèn)中軍的指揮官，合理指揮手下幾員大將，充分利用各能量源優(yōu)勢(shì)，指揮它們相互協(xié)作，揚(yáng)長(zhǎng)避短，讓燃料電池汽車達(dá)到更好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，延長(zhǎng)燃料電池壽命。

各動(dòng)力源優(yōu)缺點(diǎn)

目前，由于超級(jí)電容的能量密度和成本問(wèn)題，主流的還是燃料電池+動(dòng)力蓄電池的動(dòng)力源方案。

能量管理策略目標(biāo)都有什么？

對(duì)于燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)而言，整車能量管理控制策略的核心就是良好的分配燃料電池和動(dòng)力電池的功率輸出，優(yōu)化二者的效率，控制動(dòng)力電池SOC在合理的范圍內(nèi)波動(dòng)，同時(shí)保護(hù)燃料電池，盡量避免燃料電池工作在對(duì)壽命不利的工況（大幅變載、啟停、連續(xù)低載和過(guò)載），并能夠讓燃料電池汽車在駕駛員的意圖下工作。

有人會(huì)說(shuō)：“這簡(jiǎn)單，匹配一塊足夠大的動(dòng)力電池，就能夠讓燃料電池工作得足夠舒服。”

但理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。這時(shí)候不光需要從技術(shù)的角度出發(fā)，還需要綜合考慮整車成本、質(zhì)量、空間布置等工程問(wèn)題，畢竟物盡其用，性價(jià)比才是硬道理。

這就涉及到多目標(biāo)的優(yōu)化問(wèn)題，整車良好的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性與燃料電池理想工作狀態(tài)（適度輸出功率，較平緩變載）很多時(shí)候是矛盾的，“魚(yú)和熊掌不可兼得”，需要根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用車型有所側(cè)重。

針對(duì)乘用車，車輛壽命要求及使用強(qiáng)度較低，整車動(dòng)力性要求較高，且整車布置空間較小，匹配的動(dòng)力電池容量不大，整車能量管理策略側(cè)重于滿足整車動(dòng)力性，會(huì)適當(dāng)增加燃料電池使用強(qiáng)度。

針對(duì)商用車，車輛壽命要求及使用強(qiáng)度高，但無(wú)需追求較高的動(dòng)力性，且整車布置空間較大，匹配的動(dòng)力電池容量大，整車能量管理策略側(cè)重于提升燃料電池耐久性和整車經(jīng)濟(jì)性。

能量管理策略有哪些？

按照整車對(duì)燃料電池和動(dòng)力電池功率分配的控制策略形式，將能量管理策略分為：

確定規(guī)則型能量管理控制策略

確定規(guī)則控制，基于明確定義的控制規(guī)則來(lái)操控系統(tǒng)工作。主要分為SOC開(kāi)關(guān)控制、功率跟隨式控制。該策略可靠性高，但需要匹配標(biāo)定各項(xiàng)規(guī)則中的參數(shù)及插值表，對(duì)開(kāi)發(fā)標(biāo)定人員經(jīng)驗(yàn)要求高。

SOC開(kāi)關(guān)式控制：在動(dòng)力電池SOC上下限內(nèi)及整車功率需求高時(shí)，燃料電池在一個(gè)或幾個(gè)功率點(diǎn)工作，保證燃料電池輸出效率及壽命。SOC開(kāi)關(guān)式控制適用于匹配較大容量動(dòng)力電池的商用車輛。

功率跟隨式控制：燃料電池按照自身功率輸出能力，時(shí)刻跟隨整車需求功率變化，保證整車動(dòng)力性。功率跟隨式控制適用于匹配較小容量動(dòng)力電池的乘用車。

模糊邏輯型能量管理控制策略

模糊邏輯控制，采用由模糊數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述的控制規(guī)則來(lái)操控系統(tǒng)工作。

模糊化思想可以將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，適用于解決被控系統(tǒng)復(fù)雜，擁有多個(gè)控制和優(yōu)化目標(biāo)的控制問(wèn)題。模糊邏輯控制的魯棒性強(qiáng)，不需要過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，但信息簡(jiǎn)單的模糊處理會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度降低和動(dòng)態(tài)品質(zhì)變差。

模糊邏輯控制基本原理

動(dòng)態(tài)規(guī)劃型能量管理控制策略

動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制，系統(tǒng)you控制目標(biāo)，計(jì)算得到全局you解。很多時(shí)候，將其應(yīng)用在事先得到循環(huán)工況數(shù)據(jù)，針對(duì)既定工況和目標(biāo)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算，量身打造you控制策略，為實(shí)車策略提供優(yōu)化參考方向。

工程中能量管理策略如何應(yīng)用？

在燃料電池實(shí)車工程應(yīng)用中，能量管理控制大都通過(guò)整車控制器實(shí)現(xiàn)。

按照整車動(dòng)力性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性等不同側(cè)重目標(biāo)，衍生出了功率跟隨、基于SOC平衡、基于積分預(yù)測(cè)、基于多目標(biāo)優(yōu)化的能量管理策略等。捷氫科技會(huì)根據(jù)不同車型及市場(chǎng)需求，選用不同的能量管理策略，盡可能保證燃料電池在自身能力范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)響應(yīng)整車功率需求，保證動(dòng)力電池SOC維持在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池及燃料電池工作狀態(tài)。

燃料電池汽車能量管理策略，捷氫科技有著豐富的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提供燃料電池整車動(dòng)力系統(tǒng)匹配及能量管理策略開(kāi)發(fā)等工程服務(wù)。已開(kāi)發(fā)的多款燃料電池整車能量管理策略，支撐著榮威950燃料電池轎車、大通FCV80燃料電池輕客、申沃燃料電池客車在全國(guó)各地穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。