• ISSN 0258-2724
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基于状态机的燃料电池混合动力系统控制策略

陈维荣 燕雨 李奇

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]. 西南交通大学学报, 2019, 54(4): 663-670. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170279
引用本文: 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]. 西南交通大学学报, 2019, 54(4): 663-670. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170279
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. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170279
Citation: 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. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170279

基于状态机的燃料电池混合动力系统控制策略

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170279
详细信息
    作者简介:

    陈维荣(1965—),男,教授,博士,博士生导师,IEEE Senior Member,IET Fellow,研究方向为铁道电气化、供电监控技术以及燃料电池发电技术等,E-mail:wrchen@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    李奇(1984—),男,教授,博士,博士生导师,IEEE Senior Member,IET Fellow,研究方向为燃料电池系统优化与控制,新能源并网发电技术、微电网运行与控制技术等,E-mail:liqi0800@163.com

  • 中图分类号: TM911.4

Control Strategy Based on State Machine for Fuel Cell Hybrid Power System

  • 摘要: 针对由2套大功率氢燃料电池、超级电容和动力电池所构成的有轨电车用混合动力系统,提出能够满足运行工况需求的状态机控制能量管理策略. 首先,以状态机为基础构架,将有轨电车的运行划分为牵引、惰行、制动和故障4种状态;接着研究了4种运行状态下的能量管理策略,牵引状态采用基于自适应放电系数的均压算法,惰行状态采用改进的最大效率点跟随算法;然后基于4种状态,进行了整车实际运行;最后对比分析了功率跟随策略、状态机控制策略的能耗和电池堆效率. 研究结果表明:基于自适应放电系数的均压算法能够保证2套超级电容在牵引状态中均匀放电,避免了单套超级电容过度使用的情况;改进的最大效率点跟随算法使得燃料电池的平均效率提高了3.91%;此外,状态机控制策略与功率跟随策略的电堆效率分别为61.89%、57.98%,前者比后者节约了3.2%的氢气.

     

  • 图 1  有轨电车用混合动力系统拓扑

    Figure 1.  Electrical topology diagram of the hybrid tram

    图 2  状态机体系示意

    Figure 2.  State machine system diagram

    图 3  两超级电容电压与放电系数的关系

    Figure 3.  Relationship between supercapacitor voltage and discharge coefficient

    图 4  两套超级电容电压曲线

    Figure 4.  Voltage curves of two sets of supercapacitor

    图 5  两套超级电容放电功率

    Figure 5.  Discharge power of two sets of supercapacitor

    图 6  有轨电车实运行功率及速度曲线

    Figure 6.  Running power and velocity curve of tram

    图 7  有轨电车模拟运行状态

    Figure 7.  Tram operation status

    图 8  有轨电车模拟运行时各系统输出功率

    Figure 8.  Output power of each system during operation

    表  1  动力系统配置

    Table  1.   Power system configuration

    参数名称数值
    燃料电池电压/V440~710
    燃料电池标称功率/kW150
    燃料电池电堆最大电流/A320
    超级电容电压/V280~528
    超级电容最大电流/A700
    超级电容容量/F45
    动力电池电压/V279~396
    动力电池最大电流/A120
    动力电池容量/A•h20
    储氢罐数量/个4
    储氢容量/kg12
    储氢压力/MPa35
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    表  2  不同策略下氢耗量对比

    Table  2.   Comparison of hydrogen consumption under different strategies

    策略行驶距离/km氢耗量/kg平均氢耗量/(kg•km–1)
    功率跟随19.27.120.370 8
    状态机控制19.06.820.358 9
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-11
  • 修回日期:  2018-01-11
  • 网络出版日期:  2019-05-14
  • 刊出日期:  2019-08-01

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