氢电混合动力船舶双目标能量管理策略的实验验证与性能优化研究

《RELIABILITY ENGINEERING & SYSTEM SAFETY》：Experimental verification of a dual-objective energy management strategy: a case study of hydrogen-electric ship

本文针对氢电混合动力船舶提出一种双目标优化能量管理策略（FDP），通过搭建缩比实验平台验证了该策略在降低能耗（8.20%-18.7%）和燃料电池运行压力（最高98.52%）方面的显著优势。研究填补了优化型能量管理策略从理论模拟到工程应用的实验验证空白，为船舶动力系统智能能量管理提供了实用化框架。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过缩比实验平台模拟真实船舶运行工况，首次系统验证了前向动态规划（Forward Dynamic Programming, FDP）策略在氢电混合动力系统中的双目标优化能力。实验表明，相较于传统船载能量管理策略和状态机策略，FDP策略在复杂航行条件下仍保持强鲁棒性，显著降低系统能耗与燃料电池损耗。

Conclusions

基于实验平台数据对比分析，可得出以下结论：

（1）与状态机策略（SMS-I）相比，FDP策略在稳态和瞬态工况下均能实现能耗优化，燃料电池启停频次降低达98.52%；

（2）策略通过离散化建模精准控制多组燃料电池堆的并网/离网过程，有效规避低效运行区间；

（3）实验框架为船舶能量管理策略从理论到实践提供了可复用的验证范式。

CRediT authorship contribution statement

刘瀚优: 原稿撰写，方法论设计；范爱龙: 审阅与督导；Richard Bucknall: 审阅修订；吴鹏: 审阅修订；刘元昌: 审阅修订；夏敏杰: 审阅修订。

Declaration of competing interest

作者声明无已知竞争性财务利益或个人关系影响本研究。

Acknowledgements

本研究受国家自然科学基金（52571365）、国家重点研发计划（SQ2025YFE0102169）、湖北省国际科技创新合作项目（2024EHA038）及中克双边合作项目（2024-28）资助。