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氢燃料电池混合动力有轨电车的自适应瞬时等效能耗优化

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机械工程学报 2023年第6期59卷 226-238页

作者：高锋阳张浩然兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070 中国铁道科学研究院深圳研究设计院深圳518057

城市轨道交通机车负载具有空间分布广泛、冲击性强以及强脉动宽频域变化等特性,致使传统等效氢耗最小化策略(Equivalent consumption minimization strategy,ECMS)在应用到燃料电池混合动力有轨电车的能量管理时,存在工况适应性和鲁棒... 详细信息

城市轨道交通机车负载具有空间分布广泛、冲击性强以及强脉动宽频域变化等特性,致使传统等效氢耗最小化策略(Equivalent consumption minimization strategy,ECMS)在应用到燃料电池混合动力有轨电车的能量管理时,存在工况适应性和鲁棒性差的问题,为此提出一种等效能量因子自适应调整的瞬时优化新方法。将传统马尔科夫链扩展到多维度状态空间中,构建计及运行车速、加速度以及道路坡度时变性的三维转移概率矩阵,采用蒙特卡洛采样法获取工况序列,并进行瞬时特征参数误差分析。基于等效氢耗理论,将电车牵引制动能耗分为内部氢能源的实时燃料消耗和外部储能电源的电能消耗两部分,推导等效能量因子随锂电池荷电状态(Stateofcharge,SOC)自适应调整的数学模型,矫正电-氢能量转化的评估偏差。最后搭建300 kW有轨电车动力系统半主动式仿真平台,应用多维状态空间下的负载功率历程,对比所提策略、传统ECMS策略以及状态机策略的在线运行性能。结果表明,所提的有轨电车行驶工况构建方法瞬态误差低于1.2%,稳态误差低于0.2%,对高精度推演实际行驶场景具有广泛代表性和普适性;所提的能量管理策略根本上解决了基于瞬时优化的方法普遍存在的计算量庞大、控制结构复杂度高、功率分配和能耗无法实现全局最优的问题,工程应用前景广阔。

关键词：燃料电池混合动力自适应等效能耗工况构建能量管理

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燃料电池混合动力系统镍氢电池特性

清华大学学报（自然科学版） 2008年第5期48卷 864-867页

作者：徐梁飞李建秋杨福源欧阳明高清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

结合Rint模型分析某80Ah镍氢动力电池单体特性，以确定其在燃料电池混合动力系统中的最佳工作范围，并加以实验验证。结果显示，在燃料电池混合动力系统中镍氢电池SOC应保持在40％～60％之间，充放电电流应处于-160～240A的范围，温度... 详细信息

结合Rint模型分析某80Ah镍氢动力电池单体特性，以确定其在燃料电池混合动力系统中的最佳工作范围，并加以实验验证。结果显示，在燃料电池混合动力系统中镍氢电池SOC应保持在40％～60％之间，充放电电流应处于-160～240A的范围，温度应维持在常温附近，以确保系统安全性和经济性。台架实验显示，通过稳态分配结合动态滤波的算法模式和恰当的参数匹配，整车控制器可以使镍氢电池工作在目标区域，从而使混合动力系统满足城市公交工况的动力性和经济性需求，并限制燃料电池发动机的输出功率波动。

关键词：镍氢电池 Rint模型充放电内阻燃料电池混合动力

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城轨交通用燃料电池/超级电容混合动力系统瞬时等效最小氢耗硬件在环方法研究

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中国电机工程学报 2019年第19期39卷 5714-5723页

作者：苏波李奇王天宏燕雨黄文强陈维荣西南交通大学电气工程学院

为了提高轨道交通用燃料电池混合动力系统的燃料经济性并有效保持储能单元的荷电状态(state of charge,SOC),该文提出一种适用于燃料电池/超级电容混合动力系统的瞬时等效最小氢耗硬件在环方法。该方法采用超级电容的一阶RC等效电路模型... 详细信息

为了提高轨道交通用燃料电池混合动力系统的燃料经济性并有效保持储能单元的荷电状态(state of charge,SOC),该文提出一种适用于燃料电池/超级电容混合动力系统的瞬时等效最小氢耗硬件在环方法。该方法采用超级电容的一阶RC等效电路模型,建立超级电容的等效氢耗模型,通过推导得到超级电容最优输出的功率,根据当前SOC下超级电容最优输出功率并结合需求功率控制燃料电池系统的输出。通过在搭建的RT-LAB半实物硬件在环平台下,与功率跟随方法进行对比分析。结果表明,提出的方法能够有效减少氢气消耗量和保持超级电容SOC,将在轨道交通混合动力车辆大功率应用中具有良好的应用前景。

关键词：燃料电池混合动力瞬时等效最小氢耗 RT-LAB半实物平台硬件在环超级电容

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非电气化区间铁道车辆的电驱动技术(1)

国外铁道机车与动车 2024年第1期 1-5页

作者： [日]近藤圭一郎彭惠民(译) 张静(校) 不详

日本铁路公司为减轻对环境的影响,持续推进铁路的节能减排,开发非电气化区间铁道车辆的电驱动技术。文章着重介绍了内燃混合动力动车、蓄电池电力动车及燃料电池混合动力动车的混合动力系统结构、工作原理及设计特点,强调了采用电力动... 详细信息

日本铁路公司为减轻对环境的影响,持续推进铁路的节能减排,开发非电气化区间铁道车辆的电驱动技术。文章着重介绍了内燃混合动力动车、蓄电池电力动车及燃料电池混合动力动车的混合动力系统结构、工作原理及设计特点,强调了采用电力动车的电驱动成熟技术在混合动力动车上发挥的重要作用。

关键词：非电气化区间车辆电驱动技术内燃混合动力蓄电池燃料电池混合动力主电路系统

新型供电制式有轨电车混合动力系统能量管理优化研究

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新型供电制式有轨电车混合动力系统能量管理优化研究

作者：张浩然兰州交通大学

学位级别：硕士

氢燃料电池是实现零碳排放的关键车载能源载体,同时结合锂电池、超级电容等大容量储能部件所具备的高效制动能量回收的优势,构建新型供电制式有轨电车混合动力系统,已逐渐成为轨道电车无接触网受流的理想解决方案。然而,储能元件的多元... 详细信息

氢燃料电池是实现零碳排放的关键车载能源载体,同时结合锂电池、超级电容等大容量储能部件所具备的高效制动能量回收的优势,构建新型供电制式有轨电车混合动力系统,已逐渐成为轨道电车无接触网受流的理想解决方案。然而,储能元件的多元化使能量管理策略趋于复杂,燃料经济性的不足制约了其在轨道交通领域大规模产业化的进程。为此基于节能、降低成本、增强动态性能和达到整体高效率的核心目标,围绕有轨电车典型行驶工况构建、锂电池/超级电容混合储能系统动态功率分配、燃料电池混合动力系统运行氢耗优化三个方面深入探究,开展的工作如下:首先,针对有轨电车典型行驶工况构建领域存在的研究空白,提出一种基于多维马尔科夫链的工况构建新方法。在以国内多个城市有轨电车线路数据组成样本数据库的基础上,筛选出主成分累计贡献率高于90%的特征参数,并划分短行程行驶特征;随后将传统马尔科夫链扩展到多维状态空间,构建计及运行速度、加速度、以及道路坡度时变性的三维状态转移概率矩阵;进而采用累积泊松分布函数与蒙特卡洛采样相结合的方式生成随机数确定下一时刻运行状态,以获取实时工况;紧接着通过误差分析验证了所提方法高精度推演了有轨电车的实际运行场景。其次,针对有轨电车用锂电池/超级电容混合储能系统动态功率分配中所面临的过于依赖专家经验与工况适应性差的问题,提出在传统模糊控制的决策变量层中引入电车工况条件。依据行驶工况制定隶属度函数与论域,调整超级电容高功率密度响应时刻,优化列车动力性能;同时采用粒子群算法对模糊控制规则权重寻优,在保证功率需求的同时降低锂电池峰值电流,延长储能系统使用寿命。与此同时通过算例验证了所提策略能够有效规避传统规则控制无法实现全局最优功率分配的缺陷。最后,针对城市轨道交通行驶工况负荷空间分布广泛、冲击性强以及强脉动宽频域变化等特性约束下的有轨电车能量管理问题,提出一种燃料电池混合动力系统运行氢耗在线瞬时优化策略。基于等效氢耗理论,推导能量因子随储能系统荷电状态自适应调整的数学模型;进而将其目标函数改写为外部能耗最大化,以提升系统应对负载变载的鲁棒性;采用多维度典型行驶工况进行在线运行效能对比验证,结果表明所提策略的优势在于使燃料电池混动系统兼具高能量密度、功率密度和高用氢效率。

关键词：有轨电车燃料电池混合动力工况构建动态功率分配能量管理优化

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固体氧化物燃料电池在电动汽车中的应用

人民公交 2008年第6期 42-44页

作者：叶开志吴志新郑广州万正高

本文主要论述了燃料电池混合动力电动汽车相对于传统内燃机汽车及其他电动汽车的优势,固体氧化物燃料电池相对于其他的燃料电池的优势。若将其应用于电动汽车上,可以有效地增加电动汽车的行驶里程,提高燃油经济性。

关键词：燃料电池混合动力固体氧化物燃料电池辅助动力单元燃油经济性