无人机燃料电池混合动力系统人工神经网络控制策略

目前,全球有200多项在研电推进飞机项目,包含传统固定翼飞机改造、新构型设计、全电推进系统和混合电推进等。近年来,电推进飞机的发展方向可分为纯电动固定翼、电动垂直起降和混合电推进3类。本文针对某小型无人机燃料电池和锂电池组成的混合动力系统,建立了由质子交换膜燃料电池混合动力系统、6自由度飞行器模型和基于神经网络控制器组成的整个系统仿真模型。为了满足无人机不同飞行阶段的电力需求,控制器控制电池电流和充放电速率。在燃料电池作为无人机主要动力源的情况下,对混合动力系统的性能进行验证和评估。对人工神经网络控制器和模糊逻辑控制器性能进行了比较,结果表明,人工神经网络控制器的性能明显提高,增强了无人机混合动力系统的整体稳定性。人工神经网络控制器在效率和油耗方面比模糊逻辑控制器略有提高,约为1%。这说明在这类系统中,所设计的神经网络控制器比经典控制器具有更强的鲁棒性,更好的响应能力、可靠性,可满足无人机燃料电池混合动力系统运行在最优水平和最优效率上。     

燃料电池混合动力系统优化控制策略

针对车用燃料电池蓄电池混合动力系统的特点设计了优化的能量管理策略。采用动态规划算法对目标驾驶循环进行全局优化,对最优能量分配策略进行分析,提取相应的控制规则,并设计了基于模糊控制的燃料电池混合动力系统实时控制策略。仿真及台架试验结果表明该控制策略能够控制燃料电池工作在高效区,提高整车的燃料经济性。     

燃料电池混合动力系统镍氢电池特性

结合Rint模型分析某80 Ah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-160～240 A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.     

燃料电池混合动力系统多目标优化方法

为解决燃料电池混合动力客车经济性优化时将循环工况耗氢量作为单一经济性评价指标的局限性,通过建立等效氢耗模型及融合质量与寿命因素的多目标优化函数,对影响整车在全寿命周期内的经济性关键参数进行多目标优化.通过对超级电容和蓄电池的容量系数进行优化进而降低了动力系统的质量和成本,优化后超级电容仍能充分发挥"削峰填谷"作用,蓄电池无大电流冲击,优化前后其平均电流能够保持基本不变,燃料电池电压衰退值仅降低2μV,其寿命衰减程度在优化前后变化可以忽略.本文所提出的多目标优化方法能够保证寿命及使用经济性基本不变的情况下,系统的总成本和总质量都得到了优化,对实际燃料电池混合动力系统的综合评价和方案设计提供理论指导.     

燃料电池城市客车动力系统结构研究

文章讨论了几种不同的以燃料电池与超级电容混合为动力源的城市客车(FCCB)的动力系统结构方式,分析了其利弊及对汽车性能的影响。在此基础上,对其中一种构型进行了参数匹配,并用计算机进行了汽车动力性能的仿真研究,结果表明该种动力系统构型是可行的。     

燃料电池客车动力系统建模与能量管理策略研究

基于ADVISOR进行二次开发,建立了燃料电池客车整车前向仿真模型.基于模糊控制方法制定了能量管理策略;为提升燃料电池耐久性,对模糊控制进行改进,提出改进后的模糊控制能量管理策略.中国典型城市工况下的仿真结果表明,改进后的模糊控制能量管理策略在车辆经济性和燃料电池耐久性方面均优于功率跟随式能量管理策略.     

基于锂离子超级电容器的燃料电池混合动力系统能量管理研究

针对目前较为成熟的氢燃料电池汽车动力系统构型和能量管理中存在的不足,提出一种基于锂离子超级电容器和氢燃料电池的模糊控制策略的燃料电池汽车能量管理方法。改进的能量管理方法在传统蓄电池作为辅助电源基础上,运用了锂离子超级电容器,其拥有更大的功率密度和出色的能量密度,可以更好地满足汽车动力性需求。同时将传统功率跟随控制策略进行修改,采用模糊控制策略对新动力系统进行控制,在满足整车动力性的同时有效地提高了燃料经济性,且SOC和燃料电池负载变化情况都有明显改善。     

电池联接方式对燃料电池/燃气轮机混合动力系统性能影响

为了研究不同电池联接方式对混合动力系统性能的影响,应用模块化建模的方法建立了混合动力系统模型.利用该模型分析了电池的燃料和氧化剂都采用串联以及燃料串联氧化剂并联2种不同电池联接模式下燃料电池及整个混合动力系统性能的变化.将所有电池都并联的联接方式作为参考,不同联接方式的结果与参考工况进行了比较.结果表明,将电池的燃料和氧化剂都串联后电池堆可以被更好地冷却,电池堆内的温度分布更加均匀,系统的特性会有明显改善.     

氢能与燃料电池的研发及商业化进展

 氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,近年来以燃料电池技术为代表的氢能开发和利用已在全球各国取得巨大进展,并开始部分实现商业化。本文在广泛调研的基础上,综述了近两年来全球范围内氢能和燃料电池研发、示范和商业化发展的现状与趋势,并提出关于中国氢能与燃料电池技术研究发展的建议。     

燃料电池轿车动力系统网络通信结构的仿真研究

用CANoe对一种燃料电池轿车动力系统的网络通信结构进行了仿真和讨论。对比了有网桥结构与无网桥结构的不同。指出有网桥结构的优点,为进一步的软硬件实现奠定了基础．     

双动力系统燃料电池客车经济性优化设计

以燃料电池大客车为研究对象,根据其经济性、可靠性以及低成本的需求,提出了一种包含两套独立的燃料电池、直流／直流变换器及电机的双驱动动力系统结构形式．该结构在通过动力系统的冗余设计提高整车可靠性的同时,为进一步提高整车经济性的控制方法提供了更为广阔的空间．在此基础上,采用了遗传算法的优化方法,提出了一种双电机转矩优化分配控制策略,并通过路况实验验证了控制策略的有效性．     

自主机器人燃料电池多能源动力系统

为解决传统蓄电池机器人能量密度低、充电时间长等问题,采用质子交换膜燃料电池与镍氢电池混合构成自主机器人多能源动力系统的方案,并对动力系统拓扑结构及优化目标进行了分析.分别设计动力系统在启动、加载、制动及匀速运动工作模式下的能量流控制策略,并根据机器人运行轨迹及实时运行状态切换各模式下相应控制器对系统进行控制.仿真结果表明:多模型控制能提高整个动力系统的经济性,且燃料电池得到了保护.     

燃料电池电站功率调节系统的设计

燃料电池电站功率调节系统对整个电站系统工作的可靠性、效率和输出波形质量有很重要的影响.文中通过仿真、实验的方式,研究电路结构与燃料电池参数的优化配合关系,提出了高效逆变主电路的设计规律.通过研究逆变系统的数学模型,为逆变系统输出波形控制技术提供理论依据和指导,并研制了实用的、高性能和低成本的数字化、智能化控制系统,其中着重于数字控制系统的逆变器输出波形控制技术.文中还采用滑模变结构控制策略研究了波形控制技术,并通过实验进行了验证.结果表明,文中所提出的设计方案满足了系统功能要求,并具有良好的可靠性、输出波形质量和较高的转换效率.     

船舶氢储电力推进系统燃料电池功率变换器设计

为解决氢燃料电池输出特性软,输出电压低,动态响应慢等问题,采用移相全桥直流变换器作为前级功率变换器,构建变换器的状态空间模型,确定电流型变换器主电路参数和关键控制参数设计准则,完成氢燃料电池功率变换器的设计,搭建船舶氢储电力推进系统的仿真平台。仿真结果表明,该功率变换器实现了升压和稳压的功能,使氢燃料电池工作在最佳工作点。     

增压型MCFC/MGT混合动力系统中燃料电池的特性分析

针对增压型熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)与现有微型燃气轮机(MGT)设计的混合动力系统,分析了在部分负荷运行时MCFC的特性;在MCFC建模过程中,考虑了电流密度和电池工作温度等参数的影响,并将模拟结果与其实验数据进行对比;应用压气机和透平的特性曲线建立了MGT在非设计工况下的分析模型;提出了4种不同的控制方式,以控制系统的部分负荷运行,并应用所建模型分析了系统中MCFC在不同控制方式下的特性.结果表明:通过有效的控制手段以保持较高的MCFC工作温度,可使MCFC在部分负荷运行时的效率高于设计点值;MCFC的性能对混合动力系统影响很大;在部分负荷运行时需要维持较高的电池工作温度以提高系统性能.     

氢能源技术预测与燃料电池产业发展策略规划

近年由于能源短缺与全球暖化的问题,使得洁净能源的开发逐渐受到重视.针对氢能源科技的相关技术与燃料电池产业,运用专家访谈、专利计量学、成长曲线模型与策略分析等方法,进行技术预测与产业发展策略规划.研究结果显示,产氢技术与储氢技术尚未达到成熟阶段,需要更多的R&D资金以强化技术发展;同时,政府应采取适当的补助措施,以加速其技术发展进程;而燃料电池技术则以PEMFC技术发展最为迅速.     

Performance Optimization of a Phosphoric Acid Fuel Cell/Absorption Refrigerator Hybrid System

A hybrid system that consists of a phosphoric acid fuel cell(PAFC),an absorption refrigerator and a refrigeration-space is proposed.The four-heat-source absorption refrigerator,which is driven by the waste heat produced from PAFC,provides cooling for a refrigeration-space.A numerical model is set up to analyze both the steady-state performance and transient performance considering the influences of the electrochemical and thermodynamic irreversibilities.Expressions of the equivalent power output and efficiency of the hybrid system are determined.Moreover,the transient behavior of cold-space temperature is performed and the time to reach a prescribed cold-space temperature is displayed.Thus,the operation regions of the current are optimized at different operating conditions.The results showthat in an appropriate current range,the overall power output and efficiencies of the hybrid system are enhanced.     

车载甲醇重整制氢燃料电池系统建模与供氢管理

针对车载甲醇重整制氢燃料电池汽车在实际运行过程中氢气需求问题,设计了面向控制的供氢策略。首先基于Matlab/Simulink平台,搭建了甲醇重整制氢燃料电池系统和整车仿真模型。结合实际工况中整车对燃料电池提出的动态功率需求,以甲醇消耗最低为目标,提出一种基于时间序列指数预测算法提前预知燃料电池耗氢速率进而实时调整重整系统的甲醇供应量的策略。C-WTVC工况仿真结果表明,该策略可使综合等效醇耗降低1.47%。此外,考虑到工况频繁变化会降低甲醇重整效率,进一步设计了一种基于规则的供氢管理策略,维持甲醇重整器运行在高效率区,C-WTVC工况下综合等效醇耗降低3.82%。