燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)作為飛行器動(dòng)力源具有極大的發(fā)展?jié)摿?但其混合度配置與飛行器性能密切相關(guān),是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。提出了一種優(yōu)化配置策略對(duì)燃料電池直升機(jī)的混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化配置。根據(jù)直升機(jī)的參數(shù)、需求等對(duì)直升機(jī)需用功率進(jìn)行計(jì)算,以動(dòng)力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)質(zhì)量以及續(xù)航時(shí)間為目標(biāo),直升機(jī)最大功率需求、鋰電池荷電狀態(tài)變化范圍等為約束條件,構(gòu)建了多目標(biāo)多約束的優(yōu)化模型,并且采用多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法與動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法結(jié)合的算法進(jìn)行優(yōu)化,得到多目標(biāo)pareto前沿,根據(jù)質(zhì)量、續(xù)航時(shí)間在可接受范圍內(nèi)、經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)確定了系統(tǒng)混合度匹配方案。 

【文章來(lái)源】：電源技術(shù). 2020,44(10)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１?直升機(jī)燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)??１．１直升機(jī)整機(jī)參數(shù)??本文選取中國(guó)自主研制的單旋翼輕型直升機(jī)直－１１的機(jī)??

中的優(yōu)化目標(biāo)為動(dòng)力系統(tǒng)??經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量以及整體續(xù)航時(shí)間，控制變量為燃料電池的額定??功率、鋰電池的數(shù)量以及攜帶氫氣質(zhì)量，為計(jì)算給定工況下的??續(xù)航時(shí)間，引人一種改進(jìn)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，合理分配燃料電池??和鋰電池輸出功率使其達(dá)到等效氫耗最校??３．２改進(jìn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法??改進(jìn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法首先確定功率分配的可達(dá)集合，將系??統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間作為橫軸離散成Ｔ個(gè)點(diǎn)，縱軸由從０到ＪＷ的燃??料電池輸出功率的ｓ個(gè)狀態(tài)組成，從而得到ｓｘ?ｒ個(gè)節(jié)點(diǎn)，代??表整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行周期內(nèi)不同的ＳＸ?Ｔ種功率分配，如圖３所??示。圖３中每個(gè)點(diǎn)代表燃料電池在某一時(shí)刻ｔ的可輸出功率，??其中狀態(tài)ｉ和時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)具備節(jié)點(diǎn)代價(jià)函數(shù)Ｑ，相鄰時(shí)刻ｆｃ??和）ｃ＋１的狀態(tài)ｉ、ｊ之間存在轉(zhuǎn)移代價(jià)函數(shù)。因此每個(gè)節(jié)??點(diǎn)的總代價(jià)是自身代價(jià)和上一時(shí)刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移代價(jià)之和，若狀??態(tài)之間轉(zhuǎn)移違反約束條件，則被視為不可能，直到最后時(shí)刻ｒ??找到最小代價(jià)的狀態(tài)并且反向追溯到１時(shí)刻的狀態(tài)，形成最??小代價(jià)路徑。??圖３?動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法狀態(tài)離散示意圖??對(duì)于燃料電池和鋰電池，我們只關(guān)心其輸出功率Ｐｆｃ和??巧，而不考慮其電化學(xué)特性，對(duì)于每一時(shí)刻，均有系統(tǒng)總需求功??率ＫｉＨＵＯ＋ｉＵｔ）。且每一時(shí)刻需更新鋰電池的ｓｏｃ，ｓｏｃ??依據(jù)式（１３）計(jì)算Ｐｉ，式中：？）Ｂ表示鋰電池充放電效率，表示電??池總?cè)萘�，鋰電池放電時(shí)ＰＢ（〇為正，充電時(shí)ＪＦＵ０為負(fù)。??５，ＯＣ（ｆ）?＝??ＳＯＣ｛ｔ－＼）－＾＾－……ＰＢ（〇?彡?０??ＳＯＣ｛ｔ－＼）－——－＾—……ＰＢ?（＜）?＜?０??Ｑｂ??（１３）??確定系統(tǒng)代價(jià)函數(shù)，如前所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)均存在節(jié)點(diǎn)??代價(jià)，以系統(tǒng)等效氫耗最小為目標(biāo)。節(jié)

＾ＳＯＣ＾??（）??《Ａ??式中：Ｐｇ為飛行過(guò)程中最大需求功率約束；ｓｏｃ＾和ｓｏｋ??分別為鋰電池荷電狀態(tài)的上下限；ＪＷ和Ｕ分別為燃料電??池輸出功率的上下限；和Ｉ則分別為鋰電池充放電功??率的上下限。??３多目標(biāo)模型求解方法??燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)多目標(biāo)模型的求解采用多目標(biāo)遺??傳算法（ＮＳＧＡ?ｎ）和動(dòng)態(tài)規(guī)劃結(jié)合的算法。．??３．１?ＮＳＧＡ?ＩＩ?算法??ＮＳＧＡ?ｎ是一種基于ｐａｒｅｔｏ最優(yōu)解的并且?guī)в芯⒈Ａ??策略的快速非支配多目標(biāo)優(yōu)化算法１８１，計(jì)算流程如圖２所示。??首先確定變量的可行域，按照式（４）計(jì)算，直－１１在最大巡航速??度飛行續(xù)航３?ｈ條件下，所需攜帶氫氣最大質(zhì)量為７５?ｋｇ，但是??由于動(dòng)力艙空間有限；攜帶氫氣最大質(zhì)量不宜超過(guò)２５?ｋｇ，由??此確定變量搜索空間為：??■＾ＦＣ?Ｇ?｛＾＾ｉｎａｉｉ｝??心＾｛０，２５｝??圖２?ＮＳＧＡ?ＩＩ算法流程??然后在可行域范圍內(nèi)隨機(jī)生成個(gè)體數(shù)為Ｎ的種群，對(duì)每??個(gè)個(gè)體進(jìn)行快速非支配排序和擁擠度計(jì)算，隨后與父代混合??形成新種群，將個(gè)體按照非支配等級(jí)由低到高形成新的父代，??不足部分按擁擠度由大到小加人，最后根據(jù)競(jìng)標(biāo)賽規(guī)則篩選??新的種群，循環(huán)直到代數(shù)上限。本文中的優(yōu)化目標(biāo)為動(dòng)力系統(tǒng)??經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量以及整體續(xù)航時(shí)間，控制變量為燃料電池的額定??功率、鋰電池的數(shù)量以及攜帶氫氣質(zhì)量，為計(jì)算給定工況下的??續(xù)航時(shí)間，引人一種改進(jìn)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，合理分配燃料電池??和鋰電池輸出功率使其達(dá)到等效氫耗最校??３．２改進(jìn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法??改進(jìn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法首先確定功率分配的可達(dá)集合，將系??統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間作為橫軸離散成Ｔ個(gè)點(diǎn)，縱軸由從０到ＪＷ的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]燃料電池轎車能量源混合度仿真優(yōu)化[J]. 趙治國(guó),張賽.  汽車工程. 2014(02)
[3]直升機(jī)需用功率計(jì)算方法研究[J]. 張雅銘.  直升機(jī)技術(shù). 2003(01)

碩士論文
[1]燃料電池多旋翼無(wú)人機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 張志祥.浙江大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3118230