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专利号: 202210033010X
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:

1.一种基于智能网联信息的FCHEV能量管理方法,其特征在于,包括建立燃料电池混合动力汽车控制模型、利用车联网信息进行速度规划,之后采用自适应等效燃油消耗最小方法和模型预测控制方法的分层能量管理架构对车辆的需求功率进行优化,实现最优分配。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能网联信息的FCHEV能量管理方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:根据复合电源控制系统建立燃料电池混合动力汽车控制模型,其中复合电源包括:燃料电池、锂电池和超级电容;

S2:根据复合电源特性不同,将燃料电池作为主能量源为负载提供较为平缓的输出功率,锂电池和超级电容作为辅助能量源为负载提供功率缓冲;

S3:根据S1中所建立的汽车控制模型利用车联网信息进行速度规划,实时获取车辆的需求功率;

S4:设计自适应等效燃油消耗最小方法和模型预测控制方法的分层能量管理架构,对S3中需求功率进行离线优化,实现最优分配。

3.根据权利要求2所述的一种基于智能网联信息的FCHEV能量管理方法,其特征在于,所述S1中复合电源的拓扑结构为:燃料电池通过单向DC/DC变换器连接到直流母线,锂电池和超级电容分别通过相应的双向DC/DC变换器连接到直流母线。

4.根据权利要求2所述的一种基于智能网联信息的FCHEV能量管理方法,其特征在于,所述S2中锂电池和超级电容的能量都来自于燃料电池。

5.根据权利要求2所述的一种基于智能网联信息的FCHEV能量管理方法,其特征在于,所述S3中利用车联网信息进行速度规划的过程为:S30:基于车联网平台能够实时获取车辆运行状态及交通信号灯信息,通过专用短程通信技术目标车辆能够准确获取下个交通路口信号灯的状态:式中,td为行驶时间,tr和tc分别为红灯时长和信号灯周期;

S31:通过对信号灯状态的判定,实时优化行车速度,为了在避免红灯停车的基础上减少汽车行驶的时间,汽车目标车速的初始值设定为匀速通过第一个交通信号灯且满足正常交规限制的值,而目标车速上下限的计算原理为:式中,tg为绿灯时间,vmax是车辆行驶速度的最大值,Cn和dl分别为信号灯循环次数和目标车辆与信号灯之间的距离,约束限制为tc=tg+tr, vh、vl是目标车速的上下限。

6.根据权利要求5所述的一种基于智能网联信息的FCHEV能量管理方法,其特征在于,所述S3中基于车联网信息获取车辆实时需求功率过程为:提取所述S31中车辆当前规划的目标速度信息作为汽车控制模型的输入信号,结合车辆动力学参数求得每一时刻车辆的需求功率为:式中,Preq为车辆的需求功率,v为目标车速,ηmotor为电动机效率,δ为汽车质量换算系数,Fw、Fr和Fi分别为车辆行驶过程中的空气阻力、摩擦阻力和爬坡阻力,m为目标车辆的质量。

7.根据权利要求2所述的一种基于智能网联信息的FCHEV能量管理方法,其特征在于,所述S4的功率分配过程为:

S40:上层控制方法设计了一种自适应等效燃油消耗最小方法来进行第一次功率分配,建立基于锂电池和超级电容荷电状态的惩罚函数,设计出SOC一致性变等效因子,并根据辅助能量源充放电效率,合理规划出等效因子k2的值,保证燃料电池最优功率的输出;

k2=S0·(1+β+γ)

式中,S0是辅助能量源充放电效率的等效系数,β和γ分别是锂电池和超级电容SOC的惩罚因子,Pfc和PESS分别为燃料电池和辅助能量源的输出功率, 是氢气低热值,ηfc、ηDC1和ηDC2分别是燃料电池、单向DC/DC和双向DC/DC的效率,k1、J、α分别为燃料电池等效因子、设计求解燃料电池输出功率的目标函数和等效氢气转换系数。

S41:在步骤S40的基础上,利用模型预测控制方法对辅助能量源的输出功率进行第二次分配,同时为避免锂电池过充或过放,将锂电池SOC作为模型预测输入的参考值,对其进行最优功率分配。

8.根据权利要求7所述的一种基于智能网联信息的FCHEV能量管理方法,其特征在于,步骤S41中模型预测控制方法的输入变量为锂电池和超级电容的SOC,根据功率平衡方程,将超级电容功率消去,辅助能量源功率作为扰动变量,转化为离散的状态空间表达式:式中,T为离散采样时间,k、Pbat、PAESS为离散过程的状态步数、锂电池和辅助能量源的输出功率。

9.根据权利要求8所述的一种基于智能网联信息的FCHEV能量管理方法,其特征在于,步骤S41中功率分配转化成一个典型的状态方程优化求解问题,为了使控制动作较为缓和且便于方程计算有解,对目标函数加上控制变量约束及松弛因子,目标函数设计如下:式中,Xk、Rk和Uk分别为状态矩阵、参考矩阵和控制矩阵,W1和W2分别是各项权重系数,ρ2

ε为二次松弛因子。

10.根据权利要求9所述的一种基于智能网联信息的FCHEV能量管理方法,其特征在于,步骤S41中采用二次规划算法对锂电池最优输出功率进行求解:T

式中,x=[Uk,ε] ,aj和bj分别为约束变量的系数和边界值,H、j、I分别为对称矩阵、约束变量角标和约束条件集合。