【摘 要】
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在应对气候变化和可持续发展成为国际主流议题的背景下,以氢电系统为代表的新能源技术应用越来越广泛,并因其长续航无污染等优点成为新能源汽车领域最具前景的发展方向之一。然而目前运行成本高、耐久性不足等因素仍制约着氢电汽车实现大规模商业化推广应用,相关研究对于氢电系统长期使用的成本降低和安全可靠具有重要的实际意义。本文的主要研究内容是面向耐久性的氢电混合动力系统实时能量管理策略设计,旨在通过能量管理技术,
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在应对气候变化和可持续发展成为国际主流议题的背景下,以氢电系统为代表的新能源技术应用越来越广泛,并因其长续航无污染等优点成为新能源汽车领域最具前景的发展方向之一。然而目前运行成本高、耐久性不足等因素仍制约着氢电汽车实现大规模商业化推广应用,相关研究对于氢电系统长期使用的成本降低和安全可靠具有重要的实际意义。本文的主要研究内容是面向耐久性的氢电混合动力系统实时能量管理策略设计,旨在通过能量管理技术,在保证动力性和经济性的前提下,提升长期运行工况中的氢电混合动力系统的耐久性。本文的主要工作概括如下:1.在模型建立部分,首先对氢电混合动力系统,建立了包括燃料电池电压模型、锂电池模型、DC/DC变换器模型和车辆动力模型在内的系统模型。然后针对燃料电池催化层降解,开发了一种包含铂的溶解和再沉积、铂氧化物的形成与还原、碳腐蚀和铂离子向膜中扩散沉淀等主要反应过程的催化层老化机理模型。2.在能量管理策略设计部分,针对长期运行工况中耐久性问题,本文基于模型预测控制框架和系统模型,提出待求解优化问题,并将其转化成非线性规划问题求解。在非线性规划问题求解中,在序列二次规划框架上进行改进优化,提出一种包括基于交替方向乘子法的算子分裂二次规划算法、基于宽松条件组的回溯线搜索法和热启动等的改进序列二次规划算法,对优化问题的进行加速求解。3.在仿真和实验部分,进行了包括氢电混合动力系统仿真、催化层老化机理模型仿真、HS问题集上的改进序列二次规划算法测试,以及WLTC工况下能量管理策略仿真在内的仿真测试。在实验平台上,进行了基于校园采集路况的实验测试。本文的主要贡献点概括如下:1.提出了一种包含燃料电池催化层主要降解过程的老化机理模型,相比复杂模型,其在实现和耦合能量管理策略设计上更具优势,相比简单经验模型具有更高的精度和适用性。2.基于模型预测控制框架提出了一种面向耐久性的能量管理策略,提高了长期运行工况中的系统耐久性。并在对应的非线性规划问题求解中,提出了一种改进序列二次规划算法进行加速求解,提升了计算效率。3.设计了一种能衡量综合成本的成本指标,为策略比较提供依据。
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