基于控制目标的氢-电混动系统能量管理策略综述

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23003

发电技术 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 452-464.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23003

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基于控制目标的氢-电混动系统能量管理策略综述

王博斐¹, 肖浩哲¹, 李国豪², 修文恒³, 莫云浩², 朱铭杰¹, 吴震¹

^1.西安交通大学化学工程与技术学院，陕西省西安市 710049
^2.西安交通大学能源与动力工程学院，陕西省西安市 710049
^3.西安交通大学物理学院，陕西省西安市 710049

收稿日期:2023-01-10 出版日期:2023-08-31 发布日期:2023-08-29
通讯作者: 吴震
作者简介:王博斐(2001)，女，硕士研究生，主要从事燃料电池技术研究工作，1763956140@qq.com；
肖浩哲(2002)，男，主要从事氢能源研究工作，xiaohz0220@163.com；
朱铭杰(2002)，男，主要从事金属氢化物氢纯化技术研究工作，2233974932@qq.com；
吴震(1988)，男，博士，教授，主要从事固态储氢与燃料电池研究工作，wuz2015@mail.xjtu.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52176203);陕西省重点研发计划项目(2023-GHZD-13)

A Review of Energy Management Strategy for Hydrogen-Electricity Hybrid Power System Based on Control Target

Bofei WANG¹, Haozhe XIAO¹, Guohao LI², Wenheng XIU³, Yunhao MO², Mingjie ZHU¹, Zhen WU¹

^1.School of Chemical Engineering and Technology, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, Shaanxi Province, China
^2.School of Energy and Power Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, Shaanxi Province, China
^3.School of Physics, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, Shaanxi Province, China

Received:2023-01-10 Published:2023-08-31 Online:2023-08-29
Contact: Zhen WU
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52176203);The Key R&D Project of Shaanxi Province(2023-GHZD-13)

摘要/Abstract

摘要：

氢燃料电池因为高能量密度与清洁低碳的特性，在供能领域受到广泛关注。但由于目前加氢基础设施较少，成本较高，且氢燃料电池动态响应较差，故常采用蓄电池和超级电容与氢燃料电池相结合的氢-电混动方式，给无人机、汽车等载运工具提供动力。混合动力系统的能量管理策略对系统动态性能、经济性及电池寿命等参数有着极大的影响，因此，其选用和设计对于控制目标至关重要。介绍了混合动力系统供能原理及方法，根据不同的控制目标，综述了不同的能量管理策略的应用现状与研究进展，分析其特性与应用场合。最后，提出了氢-电混合动力系统能量管理策略面临的挑战，并对其未来的发展方向进行了展望。

关键词: 燃料电池, 蓄电池, 氢-电混动系统, 能量管理策略(EMS)

Abstract:

Hydrogen fuel cells, as the energy supply device, have received a lot of attention because of their high energy density and low carbon emission characteristics. However, due to the insufficient hydrogen refueling infrastructures, the hydrogen cost is high, and the dynamic response of hydrogen fuel cells is poor. Therefore, the hybrid power system of rechargeable battery and hydrogen fuel cells is generally used to supply energy to vehicles such as unmanned aerial vehicles (UAV), cars, and others. The energy management strategy of hybrid power system has an impact on the parameters of system dynamic response, economy and battery life. So the selection and design of energy management strategy are crucial to hybrid power system. This paper introduced the working principle of hydrogen-electricity hybrid power system and its energy supply methods. Besides, the current status of application and research progress of different energy management strategies for various application scenarios were summarized according to different control objectives. Finally, this paper presented the challenges of hybrid energy management strategies and outlooks their future development direction.

Key words: fuel cells, rechargeable battery, hydrogen-electricity hybrid power system, energy management strategy (EMS)

中图分类号:

TK 91

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图/表 15

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EMS种类	每一步计算耗时/s	总计算耗时/s
基于PMP的EMS	0.004 880	13.943 3
传统基于规则的EMS	0.000 304	0.868 8
改进的基于规则的EMS	0.000 539	1.539 5

EMS种类	每一步计算耗时/s	总计算耗时/s
基于PMP的EMS	0.004 880	13.943 3
传统基于规则的EMS	0.000 304	0.868 8
改进的基于规则的EMS	0.000 539	1.539 5

场景	电池SOC状态	燃料电池功率波动/W
燃料电池未退化	0.7~0.8	250
燃料电池退化率50%	0.7~0.8	700
失去部分电池，燃料电池退化率20%	~0.7	700

场景	电池SOC状态	燃料电池功率波动/W
燃料电池未退化	0.7~0.8	250
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失去部分电池，燃料电池退化率20%	~0.7	700

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基于控制目标的氢-电混动系统能量管理策略综述

A Review of Energy Management Strategy for Hydrogen-Electricity Hybrid Power System Based on Control Target

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