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专利号: 2020105391967
申请人: 长春理工大学
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:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑电池寿命的制动能量滚动优化控制方法,其特征在于:其步骤是:步骤一、建立系统模型:

1)建立汽车动力学模型:

根据牛顿第二定律及力矩平衡方程,建立制动动力学模型如下:其中,M表示电动汽车整车质量,vx表示制动车速,Fx表示车轮与地面之间的摩擦力,Fa表示空气阻力,这里忽略了滚动阻力,Jj表示每个车轮的转动惯量,ωwj表示前后车轮的转动速度,Re表示轮胎有效滚动半径,Tbj表示作用于前后车轮上的制动力矩;

2)建立电池模型和电池寿命损耗模型:

分别建立电池电流Ib和电池SOC模型如下:

其中,Uoc为电池开路电压,Rin是电池内阻,Uoc和Rin都是电池剩余电量SOC和电池温度的函数,Ib为电池充电电流,Pb为电池功率,SOC0为电池初始SOC,Qbat为电池容量,0和tf表示电池充电过程的初始时刻和终止时刻;

建立面向控制的半经验电池老化模型如下:

其中,Qloss%为电池容量损失的百分比,Rgas为气体常数,θ为电池绝对温度,Ah为电池总的电荷吞吐量,称为Ah吞吐量,Ic为电池充放电倍率,α和β为模型参数;

用来估计电池寿命的重要指标

其中,Γ为电池标称寿命,γ为电池实际寿命,EOL表示电池寿命终止时刻,Inom为电池标称工作电流;

在电池温度可控为标称工作温度的假设条件下,根据电池容量损失达到20%时电池寿命终止以及公式(5),推导严重性因子与电池工作电流及电池SOC的关系式如下:定义电池的有效安时吞吐量,即有效寿命损耗如下:

Aheff是指电池所累积的安时吞吐量;

步骤二、建立制动经济性评价指标:建立制动能量损失费用模型及电池容量损失费用模型1)制动能量损失费用计算CEloss=Ce(Emloss+Ealoss+Ebloss+Ehloss), (10)其中,CEloss表示制动能量损失费用,Ce表示单位能量所需的充电费用,包括充电电费及服务费,Emloss、Ealoss、Ebloss、Ehloss分别表示轮毂电机、空气阻力、电池系统及液压系统所产生的能量损失;

2)电池容量损失费用计算

其中,CQloss表示电池容量损失费用,Cb表示整个电池费用,Qloss%为电池容量损失的百分比;步骤三、设计制动经济性优化控制器:设ωw=vx/Re,根据动力学方程(1)和(2),及电池SOC方程(4),得到系统状态空间方程如下:T T

其中x=[vx,SOC] 为系统状态量,u=[Tm,Th] 为控制量,Tm和Th分别为电机制动力矩与液压制动力矩;

建立优化控制问题:

CEloss(k)=Ce[Pmloss(Tm,ωm)+Paloss(vx)+Pbloss(Tm,ωm)+Phloss(Th,ωm)]Ts, (15)式(17)为优化问题的约束条件, 和 是系统状态空间方程约束条件,4Tm(k)+4Th(k)=Tref(k)为制动力矩需求等式约束,Tm,max、Th,max、ωm,max分别表示电机最大制动力矩、液压系统最大制动力矩和电机最大转速,SOCmin≤SOC(k)≤SOCmax是电池最佳工作区间约束;

把等式约束4g0Tm(k)+4Th(k)=Tref(k)转化为目标函数惩罚项形式,优化问题转化如下:其中, 是等式约束的目标函数惩罚项形式,Q1和Q2分别是制动费用损耗与制动需求跟踪目标所对应的权重;

在采样时刻k,根据模型预测得到的状态量,采用粒子群算法求解全部预测时域内的独*立变量序列Uk,使得在预测时域内目标函数J(X(k),Uk)达到最小,然后将其第一个元素u(k)作用于系统,在下一采样时刻利用更新后的系统状态信息刷新优化问题,并再次进行求解,直到控制过程结束,即:* * * T

u(k)=[Tm(k),Th(k)]=[1,0,…,0]Uk(k)   (21)。