view in publisher's site

Integrated design and control optimization of fuel cell hybrid mining truck with minimized lifecycle cost

Highlights•Integrating powertrain optimization and optimal control of a fuel cell mining truck.•Jointly considering energy efficiency and degradation cost of fuel cell and battery.•Multi-level fuel cell powertrain design/control optimization and implementation.•Robust and efficient global optimization method for complex optimization problem.•New methods to apply fuel cell to heavy duty vehicles at reduced lifecycle cost.AbstractProton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) system, as a highly efficient, zero pump-to-wheel emission and quick refuelling energy conversion device, is particularly suited for heavy-duty transportation applications. An optimally designed hybrid powertrain with a battery energy storage system and optimal operation control can extend the operating life of the PEMFC system and reduce its lifecycle cost. This work focuses on the minimization of the lifecycle cost of a PEMFC hybrid electric propulsion system through the joint powertrain system design and control optimizations. The approach models and predicts the cost of hydrogen fuel determined by the energy efficiency of the powertrain, as well as the costs associated with the performance degradation and life-shortening of the PEMFC and the battery under a given vehicle operation profile. A nested, tri-level optimization problem is formulated for identifying the optimal powertrain component sizes and energy management parameters, and an advanced surrogate-based global optimization method is used to solve the complex optimization problem. The advantage of the new approach is revealed through the optimal design and control development of a representative mining truck operating under a real-world operation profile, reducing its mining tonnage specific cost by ten percent over its lifecycle. The new integrated design and control optimization method improved energy efficiency, reduced environmental pollutants, and lowered the lifecycle cost of fuel cell mining trucks, contributing to broader applications of the PEMFC technology.

طراحی یکپارچه و بهینه‌سازی کنترل کامیون معدنکاری هیبریدی پیل سوختی با حداقل هزینه چرخه عمر

نکات برجسته * ادغام بهینه‌سازی قطار قدرت و کنترل بهینه کامیون استخراج سلول سوختی. * با در نظر گرفتن بازده انرژی و هزینه تخریب پیل سوختی و باتری. * طراحی و پیاده‌سازی موتور چند سطحی پیل سوختی. * روش بهینه‌سازی جهانی قوی و کارآمد برای مساله بهینه‌سازی پیچیده. * روش‌های جدید برای اعمال سلول سوختی به وسایل نقلیه سنگین در هزینه چرخه عمر کاهش‌یافته. سیستم سلول سوختی غشا تبادل پروتون (PEMFC)، به عنوان یک سیستم بسیار کارآمد، انتشار پمپ به چرخ صفر و تبدیل انرژی سوخت‌گیری سریع، به ویژه برای کاربردهای حمل و نقل سنگین مناسب است. یک موتور هیبرید بهینه طراحی‌شده با یک سیستم ذخیره انرژی باتری و کنترل بهره‌برداری بهینه می‌تواند عمر کاری سیستم PEMFC را گسترش داده و هزینه چرخه عمر آن را کاهش دهد. این کار بر به حداقل رساندن هزینه چرخه عمر یک سیستم نیروی محرکه الکتریکی هیبریدی PEMFC از طریق طراحی سیستم قدرت مشترک و بهینه‌سازی کنترل تمرکز دارد. مدل و پیش‌بینی هزینه سوخت هیدروژن تعیین‌شده توسط بهره‌وری انرژی قطار قدرت، و همچنین هزینه‌های مرتبط با کاهش عملکرد و کوتاه شدن عمر پیل سوختی الکترولیت پلیمری و باتری تحت یک پروفایل عملیات وسیله نقلیه معین. یک مساله بهینه‌سازی تو در تو، سه سطحی برای شناسایی اندازه بهینه اجزای نیرو و پارامترهای مدیریت انرژی فرمول‌بندی شده‌است، و یک روش بهینه‌سازی جهانی مبتنی بر جانشین پیشرفته برای حل مساله بهینه‌سازی پیچیده استفاده می‌شود. مزیت این رویکرد جدید از طریق طراحی بهینه و توسعه کنترل یک کامیون استخراج نماینده که تحت مشخصات عملیاتی دنیای واقعی کار می‌کند، آشکار می‌شود، که هزینه خاص تناژ استخراج آن را تا ۱۰ درصد نسبت به چرخه عمر آن کاهش می‌دهد. طراحی یکپارچه جدید و روش بهینه‌سازی کنترل بهره‌وری انرژی را بهبود بخشید، آلاینده‌های زیست‌محیطی را کاهش داد، و هزینه چرخه عمر کامیون‌های استخراج سلول سوختی را کاهش داد، و به کاربردهای گسترده‌تر تکنولوژی PEMFC کمک کرد.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Mechanical Engineering
  • ترجمه مقاله Mechanical Engineering
  • مقاله مهندسی مکانیک
  • ترجمه مقاله مهندسی مکانیک
  • مقاله Civil and Structural Engineering
  • ترجمه مقاله Civil and Structural Engineering
  • مقاله مهندسی عمران و طراحی ساختار
  • ترجمه مقاله مهندسی عمران و طراحی ساختار
  • مقاله Building and Construction
  • ترجمه مقاله Building and Construction
  • مقاله ساختمان‌سازی و ساخت و ساز
  • ترجمه مقاله ساختمان‌سازی و ساخت و ساز
  • مقاله Management, Monitoring, Policy and Law
  • ترجمه مقاله Management, Monitoring, Policy and Law
  • مقاله مدیریت، نظارت، سیاست و قانون
  • ترجمه مقاله مدیریت، نظارت، سیاست و قانون
  • مقاله General Energy
  • ترجمه مقاله General Energy
  • مقاله انرژی عمومی
  • ترجمه مقاله انرژی عمومی
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.