机械工程学报

作者：高锋阳, 张浩然

单位：1. 兰州交通大学自动化与电气工程学院 兰州 730070;2. 中国铁道科学研究院深圳研究设计院 深圳 518057

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；

基金：中车“十四五”科技重大专项计划(2021CXZ021)、广东省住房和城乡建设厅研究开发(2021-k35-115943)和国家重点研发计划(2017YFB1201003-020)资助项目。

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(State of charge, 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。

来源：2023年第6期

《机械工程学报》期刊编辑部

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