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燃料电池小型车SOC动态调节的功率跟随控制策略

陈维荣,李锦程,李奇

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陈维荣, 李锦程, 李奇. 燃料电池小型车SOC动态调节的功率跟随控制策略[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(1): 197-205. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190552
引用本文: 陈维荣, 李锦程, 李奇. 燃料电池小型车SOC动态调节的功率跟随控制策略[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(1): 197-205.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20190552
CHEN Weirong, LI Jincheng, LI Qi. Power Following Control Strategy of SOC Dynamic Adjustment for Small Fuel-Cell Cars[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(1): 197-205. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190552
Citation: CHEN Weirong, LI Jincheng, LI Qi. Power Following Control Strategy of SOC Dynamic Adjustment for Small Fuel-Cell Cars[J].Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(1): 197-205.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20190552

燃料电池小型车SOC动态调节的功率跟随控制策略

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20190552
基金项目:国家自然科学基金(51977181);四川省科技计划(19YYJC0698);霍英东教育基金会高等院校青年教师基金(171104);国家重点研发计划(2017YFB1201003-019)
详细信息
    作者简介:

    陈维荣(1965—),男,教授,博士生导师,研究方向为电力系统及其自动化、工业监控技术、新能源技术及其应用,电话:028-87600768, E-mail:wrchen@home.swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    李奇(1984—),男,教授,研究方向为分布式发电并网技术、电力系统无功优化等,E-mail:liqi0800@163.com

Power Following Control Strategy of SOC Dynamic Adjustment for Small Fuel-Cell Cars

    • 摘要:针对风冷型质子交换膜燃料电池与锂电池组成的小型车用混合动力系统,提出一种根据SOC (state of charge)动态调节功率跟随系数的能量管理方法,完成混合动力观光车样车研制. 对构成样车的混合动力系统、氢气储存供给系统、信号控制系统3部分进行了详细阐述,并对不同工况下功率跟随算法调节系数对控制效果的影响进行了分析;采用动态改变调节系数降低功率跟随算法控制引起的锂电池SOC及燃料电池输出功率波动,延长电堆使用寿命;通过样车实际运行测试,验证混合动力控制方法的有效性. 测试结果表明:运行过程中燃料电池平均工作效率达到48.15%,并推算理论最大续航里程为94 km,与实际运行结果吻合.

    • 图 1燃料电池混合动力车运行实景

      Figure 1.Fuel-cell hybrid electric vehicle

      图 2混合动力车系统结构

      Figure 2.Hybrid car system structure

      图 3混合动力系统结构

      Figure 3.Hybrid system structure

      图 4氢气储存供给系统结构

      Figure 4.Structure of hydrogen storage supply system

      图 5相对剧烈工况下混合动力功率及SOC曲线

      Figure 5.Hybrid power and SOC curves under relatively severe working conditions

      图 6相对平缓工况下混合动力功率及SOC曲线

      Figure 6.Hybrid power and SOC curves under relatively flat working conditions

      图 7基于荷电状态偏差调节的实时功率跟随策略

      Figure 7.Real-time power following strategy based on SOC deviation adjustment

      图 8混合动力观光车运行状态参数曲线

      Figure 8.Parameter curve of hybrid electric sightseeing vehicle

      图 9混合动力观光车运行功率曲线

      Figure 9.Power curve of hybrid sightseeing car

      图 10锂电池SOC曲线

      Figure 10.Lithium battery SOC curve

      图 11氢气压力曲线

      Figure 11.Hydrogen pressure curve

      表 1车辆运行参数

      Table 1.Vehicle operating parameters

      性能指标 数值 性能指标 数值
      最高运行速度/(km•h−1 30 锂电池额定电压/V 58.5
      最大载客量/人 12 锂电池额定容量/(A•h) 200
      最大续航里程/km 150 氢气储气罐压力/MPa 35
      动力电机功率/kW 5 氢气储气罐容量/L 28
      燃料电池电堆功率/kW 3 最大爬行坡度/(°) 15
      动力母线电压/V 60
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      表 2功率跟随参数

      Table 2.Power following parameters

      参数名称 数值 参数名称 数值
      母线电压/V 60 SOC上限/% 50
      标准充电功率/kW 1 SOC下限/% 20
      电机额定功率/kW 5 SOC参考/% 35
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      表 3不同策略效率及氢耗对比

      Table 3.Comparison of efficiency and hydrogen consumption for different strategies

      控制策略 燃料电池
      效率/%
      氢耗/
      (g•km−1
      调节系数恒定为 0.50 功率跟随 46.79 7.7
      动态调节系数功率跟随 48.15 7.5
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      CHEN Weirong, HU Binbin, LI Qi, et al. Energy management method for hybrid electric tram based on dynamic programming algorithm[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 903-911.
      陈维荣, 燕雨, 李奇. 基于状态机的燃料电池混合动力系统控制策略[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2019, 54(4): 663-670.

      CHENG Weirong, YAN Yu, LI Qi. Control strategy based on state machine for fuel cell hybrid power system[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(4): 663-670.
      刘楠, 于博轩, 郭爱, 等. 燃料电池混合动力的功率跟随管理策略分析[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2020, 55(6): 1147-1154.

      LIU Nan, YU Boxuan, GUO Ai, et al. Analysis of power tracking management strategy for fuel cell hyrid system[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(6): 1147-1154.
      徐梁飞,华剑锋,包磊,等. 燃料电池混合动力客车等效氢耗优化策略[J]. 中国公路学报,2009,22(1): 104-108.doi:10.3321/j.issn:1001-7372.2009.01.017

      HUA Jianfeng, BAO Lei, LI Jianqiu, et al. Optimized strategy on equivalent hydrogen consumption for fuel cell hybrid electric bus[J]. China Journal of Highway and Transport, 2009, 22(1): 104-108.doi:10.3321/j.issn:1001-7372.2009.01.017
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      ZHAO Ronghai, WANG Junzheng. Research of energy management of fuel cell hybrid powertrain system based on fuzzy control[J]. Shanghai Auto, 2018(2): 3-8.doi:10.3969/j.issn.1007-4554.2018.02.01
      王哲, 谢怡, 臧鹏飞, 等. 基于极小值原理的燃料电池客车能量管理策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2020, 50(1): 36-43.

      WANG Zhe, XIE Yi, ZHANG Pengfei, et al. Energy management strategy of fuel cell bus based on pontryagin's minimum principle[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2020, 50(1): 36-43.
      徐陈锋. 基于自适应模糊策略的燃料电池车混合动力系统控制[D]. 杭州: 浙江大学, 2017.
      张国瑞,李奇,韩莹,等. 基于运行模式和动态混合度的燃料电池混合动力有轨电车等效氢耗最小化能量管理方法研究[J]. 中国电机工程学报,2018,38(23): 6905-6914,7124.

      ZHANG Guorui, LI Qi, HAN Ying, et al. Study on equivalent consumption minimization strategy based on operation mode and DDOH for fuel cell hybrid Tramway[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(23): 6905-6914,7124.
      陈维荣,刘嘉蔚,李奇,等. 质子交换膜燃料电池故障诊断方法综述及展望[J]. 中国电机工程学报,2017,37(16): 4712-4721.

      CHEN Weirong, LIU Jiawei, LI Qi, et al. Review and prospect of fault diagnosis methods for proton exchange membrane fuel cell[J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 37(16): 4712-4721.
      陈会翠,裴普成. 车用质子交换膜燃料电池经济寿命的研究[J]. 汽车工程,2015,37(9): 998-1004.doi:10.3969/j.issn.1000-680X.2015.09.003

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      CHEN Huicui, PEI Pucheng. Dynamic model of a proton exchange membrane (PEM) fuel cell during load changes[J]. Journal Publishing Center of Tsinghua University Press, 2014, 54(10): 1298-1303.
      周定华, 付贝贝. 电动/混合动力汽车的CAN网络系统[J]. 电子技术与软件工程, 2018(22): 23-25.

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    • 收稿日期:2019-06-17
    • 修回日期:2020-02-11
    • 网络出版日期:2020-11-24
    • 刊出日期:2021-02-01

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