燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真

摘要

燃料电池混合动力系统包括燃料电池发动机、直流直流变换器(Direct current to direct current converter,DCDC)、镍氢动力电池和电动机等部件。根据台架试验数据建立燃料电池混合动力系统模型。模型考虑燃料电池性能衰减、总线电压对电动机转矩和效率的影响、DCDC效率和动态过程以及动力电池充放电内阻特性。燃料电池因长时间运行而造成的性能衰减将导致能量管理算法失效。DCDC效率在公交工况下变化不大,其动态过程可以用一阶延迟环节近似。动力电池充放电内阻影响等效氢气消耗量的计算。总线电压对电动机效率与转矩的影响可以用修正系数代替考虑。能量管理算法采用动力电池荷电状态(State of charge,SOC)稳态平衡和燃料电池动态功率补偿相结合的方法,以保持动力电池SOC水平,并在加载过程中防止燃料电池功率突变。仿真结果表明,所建立的模型能反映实际工况中的功率分配情况,动力电池SOC维持在预定区域,燃料电池功率加载速率得到限制。进一步分析表明,随着燃料电池性能衰减,通过调整稳态平衡算法,可以维持SOC水平,保证整车动力性、经济性。