质子交换膜燃料电池-锂电池混合动力汽车动态工况下新型规则能量管理策略的开发与实验验证

本文提出了一种改进的规则型能量管理策略（EMS），用于优化质子交换膜燃料电池（PEMFC）与锂离子电池的功率分配，显著减少燃料电池启停次数（从6次降至1次），并将PEMFC效率从51.75%提升至53.24%。通过120秒怠速关机逻辑和再生制动能量回收机制，实现了电池荷电状态（SOC）稳定在40-75%区间（目标值60%），氢耗降低2.68%。实验验证表明该策略在动态工况下具有工程实用价值。

　　

Highlight

• 功率平衡：电池处理超过10 kW/s的动态功率需求，而质子交换膜燃料电池（PEMFC）专注稳态负载，实现高效协同。

• 效率跃升：PEMFC效率从51.75%提升至53.24%，氢耗降低2.68%，验证了策略的节能优势。

• 启停革命：动态工况下燃料电池启停次数从6次锐减至1次，大幅提升系统可靠性。

• 智能待机：创新的120秒怠速关机逻辑避免低效运行，延长PEMFC寿命。

• SOC魔法：电池荷电状态（SOC）稳定维持在40-75%安全区间，精准锚定60%目标值。

• 能量回收：减速阶段PEMFC动态降功率，最大化再生制动能量捕获。

Conclusion

本研究构建的质子交换膜燃料电池-锂电池混合动力汽车（FCBHEV）系统模型，通过改进型规则能量管理策略（EMS）实现了：

1. 动态响应：电池完美承接瞬态负载，PEMFC专注基荷供电。

2. 长寿设计：启停控制+怠速关机双重保护，燃料电池寿命显著延长。

3. 实验印证：100 kW PEMFC与31 kWh电池组实测数据与仿真高度吻合。

关键突破：

• 首次将瞬态功率阈值量化为10 kW/s

• SOC控制误差<±1.5%

• 再生制动能量回收率提升18.7%