• ISSN 0258-2724
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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

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]. 西南交通大学学报, 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]. 西南交通大学学报, 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−130锂电池额定电压/V58.5
    最大载客量/人12锂电池额定容量/(A•h)200
    最大续航里程/km150氢气储气罐压力/MPa35
    动力电机功率/kW5氢气储气罐容量/L28
    燃料电池电堆功率/kW3最大爬行坡度/(°)15
    动力母线电压/V60
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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/V60SOC上限/%50
    标准充电功率/kW1SOC下限/%20
    电机额定功率/kW5SOC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46.797.7
    动态调节系数功率跟随48.157.5
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出版历程
  • 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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