吉林大学学报(工学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (6): 1873-1882.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230926

• 车辆工程·机械工程 • 上一篇    下一篇

基于改进鸽群优化算法的燃料电池汽车模糊能量管理策略

肖纯1,2(),易子淳1,2,周炳寅3,张少睿1,2   

  1. 1.武汉理工大学 自动化学院,武汉 430070
    2.国家能源氢能及氨氢融合新能源技术重点实验室(佛山仙湖实验室),广东 佛山 528200
    3.西安比亚迪半导体有限公司,西安 710061
  • 收稿日期:2023-09-01 出版日期:2025-06-01 发布日期:2025-07-23
  • 作者简介:肖纯(1970-),女,教授,博士.研究方向:新能源汽车电子控制.E-mail:xiaochun70@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(62173264);先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心(佛山仙湖实验室)开放基金项目(XHD2020-003)

Fuzzy energy management strategy of fuel cell electric vehicle based on improved pigeon⁃inspired optimization

Chun XIAO1,2(),Zi-chun YI1,2,Bing-yin ZHOU3,Shao-rui ZHANG1,2   

  1. 1.School of Automation,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China
    2.National Energy Key Laboratory for New Hydrogen-Ammonia Energy Technologies,Foshan Xianhu Laboratory,Foshan 528200,China
    3.Xi'an BYD Semiconductor Co. ,Ltd. ,Xi'an 710061,China
  • Received:2023-09-01 Online:2025-06-01 Published:2025-07-23

摘要:

以提高辅助能量源动力电池的寿命为目标提出复合模糊能量管理策略,采用改进鸽群优化算法(IPIO)更新模糊隶属度函数,同时确保动力电池长时间工作在适宜区间并降低等效氢耗量。对现有ADVISOR模型进行二次开发建立FCEV混合动力系统的仿真模型,并在NEDC、CLTC-P两种工况下进行仿真实验。结果表明:本文提出的复合模糊能量管理策略在初始SoC较低的情况下充电速度是功率跟随策略的2倍以上,能更快达到适宜的SoC区间,可以延长动力电池寿命;在初始SoC较高的情况下,本文提出的复合模糊能量管理策略等效氢耗量相比改进前在两种工况下分别降低了11.8%和9.09%,显著降低了氢耗量,提高了氢燃料电池汽车的经济性。

关键词: 车辆工程, 氢燃料电池汽车, 能量管理策略, 模糊逻辑, 鸽群优化算法

Abstract:

A composite fuzzy energy management strategy was proposed with the goal of improving the lifespan of auxiliary energy source power batteries. The improved pigeon swarm optimization algorithm (IPIO) was used to update the fuzzy membership function, while ensuring that the power battery operates in a suitable range for a long time and reducing equivalent hydrogen consumption. The existing ADVISOR model was developed to establish a simulation model for the FCEV hybrid power system, and was conducted simulation experiments under two operating conditions: NEDC and CLTC-P. The results show that the charging speed of the IPIO-enhanced energy management strategy is more than twice as fast as the power-following strategy when the initial State of Charge (SoC) is low, enabling a faster transition to the optimal SoC range and prolonging battery lifespan. When the initial SoC is high, the equivalent hydrogen consumption of the IPIO-enhanced composite fuzzy energy management strategy is reduced by 11.8% and 9.09% compared with before under two driving cycles, significantly reducing hydrogen consumption and enhancing the economy of hydrogen fuel cell vehicles.

Key words: vehicle engineering, fuel cell electric vehicles, energy management strategy, fuzzy logic, pigeon-inspired optimization

中图分类号: 

  • U461.8

图1

模糊控制器的结构"

表1

模糊规则表"

PfcPm
ZOPSSMBPB
SoCPLMMBPBPBPB
LSSBBBPB
SLSSMMBB
MPSPSSSMB
SHOFFOFFOFFPSSM
HOFFOFFOFFOFFOFFOFF

表2

子模糊控制器的IF-THEN规则"

序号规则
1If ΔSoC is PS,then α2 is PB
2If ΔSoC is S,then α2 is PB
3If ΔSoC is M,then α2 is B
4If ΔSoC is B,then α2 is M
5If ΔSoC is PB,then α2 is S

图2

改进鸽群算法流程"

图3

隶属度函数中的待优化参数"

图4

基于IPIO的模糊能量管理策略仿真流程"

图5

FCEV混合动力系统仿真结构"

表3

FCEV混合动力系统基本参数"

名称整车参数数值
整车部分整车质量/kg1 472
迎风面积/m21.95
车轮半径/m0.3
传动系机械效率ηr0.96
空气阻力系数CD0.63
燃料电池峰值功率/kW45
单体电压/V0.7~0.75
数量280
额定工作电压/V100~200
工作温度/℃80
锂电池电池组峰值功率/kW35
单体额定容量/Ah48
单体额定电压/V3.25
最大充/放电倍率/C1/2
串联/并联数100/1
永磁同步电机额定功率/kW75
额定转速/(r·min-12 750

图6

Boost型DC/DC变换器等效电路图"

图7

Boost型DC/DC变换器效率图"

图8

NEDC工况下初始SoC为0.4时的EMS功率分配图"

图9

初始SoC为0.4时,不同EMS两种工况下的SoC变化"

图10

初始SoC为0.4时,不同EMS的等效氢耗量变化"

图11

初始SoC为0.7时,不同EMS两种工况下的SoC变化"

表4

不同能量管理策略的氢耗量对比"

工况EMS等效氢耗量/g
SoC=0.4SoC=0.7
NEDC功率跟随162.784150.049
复合模糊177.504137.721
IPIO改进170.984121.473
CLTC-P功率跟随221.255183.960
复合模糊242.977191.247
IPIO改进226.663173.871
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