[發明專利]一種考慮電池性能衰減的混合動力汽車能量優化管理方法

有效

• 申請號: 201711080659.2
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107878445B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 曾小華;王星琦;宋大鳳;楊南南;王振偉;崔皓勇;云千芮;孫楚琪
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B60W20/10
• 分類號: B60W20/10;B60W10/06;B60W10/08
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明公開了一種考慮電池性能衰減的混合動力汽車能量優化管理方法，包括以下步驟：根據中國城市典型循環工況制定均衡考慮燃油消耗和電池性能衰減的針對電量保持型混合動力汽車能量管理優化控制策略，以電池功率為控制變量，電池荷電狀態(SOC)為狀態變量，引入權重因子，把每階段的燃油消耗成本與電池性能衰減成本、電量維持成本總和作為目標函數，形成全局優化控制問題，利用離散動態規劃算法進行求解；最后根據優化結果提取可用于實車的控制規則。與現有技術相比，本發明在保證燃油經濟性的基礎上，能夠有效減少電池內阻增加，提高電池峰值功率和壽命，有利于提高車輛的動力性、降低車輛使用總成本。

技術領域

本發明屬于混合動力汽車能量管理技術領域，特別涉及一種考慮電池性能衰減的混合動力汽車能量優化管理方法。

背景技術

在全球能源緊張、環境保護意識日益增長的時代，再加上汽車工業的發展，傳統內燃機汽車由于其高污染和高能源消耗已經不能滿足當前時代的要求，節能與新能源汽車的發展迫在眉睫。由于新能源汽車中純電動汽車電池續駛里程、能量密度等技術限制有待突破，當前混合動力汽車正逐漸受到汽車開發商和消費者的青睞。混合動力汽車是將發動機、電機以及蓄電池通過控制系統組合的一種車輛，結合了電動汽車和傳統內燃機汽車的優點，具有低能源消耗、動力性好的優點。

混合動力系統由多個能量源構成，多個能量源和動力系統各部件通過相互配合實現不同的工作模式，從而達到車輛的整體性能最優。能量管理策略是混合動力整車控制的核心內容，是實現整車性能的關鍵。當前的能量優化管理控制策略主要集中在如何通過性能指標和優化策略的選取來達到燃油消耗最小，很少考慮控制策略對車載電池的性能衰減的影響。混合動力汽車工作時，動力電池主要是彌補發動機功率相對整車需求功率的不足，即起到“削峰填谷”的作用，電池頻繁工作在充放電狀態，會導致其內阻增加，功率降低，影響整車的動力性和經濟性。研究表明，燃油消耗與電池性能衰減速度是矛盾的關系，因此在能量管理優化控制策略中協調油耗與電池性能衰減的關系對于提高車輛運行過程中的動力性和燃油經濟性、降低車輛使用總成本是十分必要的。電池的性能衰減主要表現為容量衰減和內阻增加，對于純電動和插電式混合動力汽車，電池的實際容量直接影響到其續駛里程的多少，因此電池性能模型多為容量衰減模型。如中國專利公布號為CN104627167A，公布日為2015-5-20，公開了一種考慮電池壽命的混合動力車能量管理方法，該方法以油耗成本和電池容量衰減成本之和作為控制策略成本函數，可以有效提高電池壽命，而未考慮由于混合動力汽車工作在電量維持模式，其電池為功率型電池，電池容量衰減模型并不適用于混合動力汽車的情況。

此外，混合動力控制策略一般可分為規則控制策略和優化控制策略，雖然規則控制策略經常應用于實時控制，但其規則的確定由于沒有準確的數學模型往往需要根據經驗或直觀性觀察進行反復調試而確定，所以其性能水平對規則的調整依賴性非常大，而國內研究的性能優異的動態規劃全局優化管理策略由于是進行離線優化不能直接應用于實時控制。

發明內容

為解決上述現有技術存在的不足，本發明提供了一種考慮電池性能衰減的混合動力汽車能量優化管理方法，均衡考慮燃油消耗和電池性能衰減的針對電量保持型混合動力汽車，其可在實現節油的同時保證車輛的動力性、有效提高電池性能和壽命、降低車輛使用總成本。

為實現上述目的，本發明提出的一種考慮電池性能衰減的混合動力汽車能量優化管理方法主要包括以下步驟：

(1)根據中國城市典型循環工況開展全局優化得到混合動力系統發動機和電池工作狀態隨車速和整車需求功率的變化結果，具體包括：

①把中國城市典型循環工況劃分為不同的階段，通常以秒為單位，根據每一階段的速度和整車功率需求，計算每一階段的燃油消耗成本、電池性能衰減成本和電量維持成本總和；

②建立多目標控制模型，所述多目標控制模型包括目標函數和約束條件,采用動態規劃算法獲得滿足優化目標的最優控制量；

所述目標函數為：