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专利号: 2020102275517
申请人: 河南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般车辆
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种氢燃料电池混合动力汽车的能量管理方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一):建立混合动力汽车能量管理系统模型;

步骤二):采集混合动力汽车不同工况下的数据,利用最近邻方法,对上述的数据进行处理,获得具有普适性的需求功率转移概率矩阵,然后以储能系统SOC和总氢耗ECMS为学习目标,获得最优混合动力汽车能量管理策略;

步骤三):基于步骤一)建立的混合动力汽车能量管理系统模型,结合需求功率的变化率、锂电池和超级电容SOC数据,并通过自适应模糊低通滤波器进行分频解耦,对氢燃料电池混合动力汽车进行能量管理。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池混合动力汽车的能量管理方法,其特征在于,所述的步骤一)中所述的混合动力汽车能量管理系统模型包括:A.燃料电池电压模型:

VFC=ncell×(Ecell-Vact.loss-Vohm.loss);其中,式中,ncell是燃料电池堆中燃料电池片数,Ecell是单片燃料电池电压,Vact.loss是单片燃料电池的活化损失电压,Vohm.loss是单片燃料电池的内阻损失电压;

B.锂电池电压模型:

其中,SOCini是锂电池初始SOC,iBAT是锂电池电流,β=±1是锂电池充放电状态选择系数(充电时为负、放电时为正),Cnom是锂电池额定容量,V(SOCBAT)BAT.oc和r(SOCBAT)分别是当锂电池SOC为SOCBAT时锂电池的开路电压和内阻,PBAT是锂电池的电功率;

C.超级电容电压模型:

VUC.oc=SOCUC·(VUC.minUC.max+VUC.min)其中,VUC.max和VUC.min分别是超级电容最大和最小输出电压,RUC是超级电容等效内阻,PUC是超级电容电功率;

D.三能量源的氢燃料电池混合动力汽车能量管理系统模型:

Pdemand=PFC+PBAT+PUC;其中,式中,Pdemand是负载需求功率,PFC是燃料电池功率,PBAT是锂电池功率,PUC是超级电容功率;当锂电池和超级电容放电时,PBAT和PUC为正;当锂电池和超级电容充电时,PBAT和PUC为负。

3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池混合动力汽车的能量管理方法,其特征在于,在步骤二)中,基于历史数据的混合动力汽车能量管理深度强化学习策略的过程如下:

1.采集大量不同工况的数据,以获得更具普适性混合动力汽车能量管理策略;

2.利用最近邻方法,对上一步的数据进行处理,获得具有普适性的需求功率转移概率矩阵: 其中,pk,ij表示速度为k时,需求功率由i到j的转移概率;Nk,ij表示速度为k时,学习样本中需求功率由i到j的转移次数;Nk,i表示速度为k时,学习样本中需求功率由i转为其他功率的转移总次数;

为了保证混合动力汽车能量管理策略的最优性和实时性,以储能系统SOC和总氢耗ECMS为学习目标,设计多目标优化问题:min Ctotal(t)=kFCCFC(t)+kBATCBAT(t)+kUCCUC(t);

其中,SOCBAT和SOCUC分别表示电池和超级电容的

荷电状态; 和 分别表示单位时间内电池充放电时的荷电状态变化率;PFC(t)和PBAT(t)分别表示燃料电池和电池在t时刻的输出功率;PFC(t)min和PFC(t)max分别表示燃料电池在t时刻输出功率的最小和最大值;

通过上述公式获得最优混合动力汽车能量管理策略;

同时由模糊自适应低通滤波器确定正功率Pdemand.pos分流,其具体内容如下:根据功率Pdemand和储能系统加权SOC的不同组合,设计的模糊规则如下:

1)负载总需求功率Pdemand为负时,储能系统回收能量

①SOCESS≤0.5时,当Pdemand≤-0.4Prating为,选取uf<0.02;当-0.4Prating<Pdemand≤-

0.1Prating时,选取0.02≤uf<0.04;

②0.5<SOCESS≤0.6时,当Pdemand≤-0.7Prating时,选取uf<0.02;当-0.7Prating<Pdemand≤-0.4Prating时,选取0.02≤uf<0.04;当-0.4Prating<Pdemand≤-0.1Prating时,选取0.03≤uf<0.05;

③0.6<SOCESS≤0.7时,当Pdemand≤-0.4Prating时,选取0.02≤uf<0.04;当-0.4Prating<Pdemand≤-0.1Prating时,选取0.04≤uf<0.06;

④0.7<SOCESS≤0.8时,当Pdemand≤-0.4Prating时,选取0.04≤uf<0.06;当-0.4Prating<Pdemand≤-0.1Prating时,选取0.06≤uf<0.08;

⑤0.8<SOCESS≤1时,当Pdemand≤-0.4Prating时,选取0.06≤uf<0.08;当-0.4Prating<Pdemand≤-0.1Prating时,选取0.08≤uf<0.1;

2)当-0.1Prating<Pdemand<0.1Prating时,所有情况均选取0.08≤uf<0.1;

3)负载总需求功率Pdemand为正时,储能系统释放能量

①SOCESS≤0.6时,当0.1Prating≤Pdemand<0.4Prating时,选取0.06≤uf<0.08;当0.4Prating≤Pdemand<0.7Prating时,选取0.04≤uf<0.06;当0.7Prating≤Pdemand时,选取0.02≤uf<0.04;

②0.6<SOCESS≤0.7时,当0.1Prating≤Pdemand<0.4Prating时,选取0.04≤uf<0.06;当

0.4Prating≤Pdemand<0.7Prating时,选取0.04≤uf<0.06;当0.7Prating≤Pdemand时,选取0.02≤uf<0.04;

③0.7<SOCESS≤0.8时,当0.1Prating≤Pdemand<0.4Prating时,选取0.02≤uf<0.04;当

0.4Prating≤Pdemand<0.7Prating时,选取0.02≤uf<0.04;当0.7Prating≤Pdemand时,选取uf<

0.02;

4)0.8<SOCESS≤1时,当0.1Prating≤Pdemand<0.4Prating时,选取0.02≤uf<0.04;当

0.4Prating≤Pdemand<0.7Prating时,选取uf<0.02;当0.7Prating≤Pdemand时,选取uf<0.02。

4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池混合动力汽车的能量管理方法,其特征在于,步骤三)包括以下步骤:a.根据车辆加速踏板的变化幅值,得到驱动电机负载需求功率Pdemand;

b.根据上一步得到的驱动电机负载需求功率Pdemand,利用饱和器件实现正负功率分流,其中负功率Pdemand.neg由超级电容承担,正功率Pdemand.pos则由燃料电池、锂电池和超级电容共同承担;

c.获得储能系统加权SOC;

d.将步骤b得到的正功率Pdemand.pos和步骤c得到的储能系统加权SOC作为输入变量输入至步骤二),得到可调频率uf;

e.将可调频率uf和正功率Pdemand.pos输入至自适应模糊低通滤波器中,对正功率Pdemand.pos分频解耦,输出量为高频正功率Pdemand.pos.h和中低频正功率Pdemand.pos.ml,其中高频正功率由超级电容承担,中低频正功率由燃料电池和锂电池共同承担;

f.根据上一步获得的中低频正功率Pdemand.pos.ml,结合步骤二)所获得的最优混合动力汽车能量管理策略,得到对应此刻需求功率的燃料电池和锂电池的输出功率比;

g.利用上一步的输出功率比,通过计算,可以获得实际的燃料电池功率PFC,根据瞬时功率平衡,得到实际的锂电池功率PBAT。