[發明專利]一種混合動力汽車氫耗與負載變化的能源管理方法

有效

• 申請號: 201810107809.2
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108312870B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 張日東;陶吉利
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01M8/04992
• 分類號: H01M8/04992;G06N3/12
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

1.一種混合動力汽車氫耗與負載變化的能源管理方法，其特征在于該方法具體是：

步驟1.設計燃料電池汽車模型；具體是：

1.1 建立燃料電池模型

V_out＝N₀E_cell-V_act-V_ohm

V_act＝B ln(CI),V_ohm＝IR_ohm

式中，N₀是串聯的燃料電池的數量，B和C是計算被激活電壓的常數，R_ohm是燃料電池內阻，V_ohm是燃料電池內部歐姆電壓，I是燃料電池電流；P_H2和P_O2分別是氫和氧分壓；T是燃料電池堆的溫度，R是氣體常數；λ_e和τ_e均為恒定的常數；E_cell表示能斯特電池電壓，V_act表示激活電壓，是每個電池單元的標準參考電位，k_E是一個常系數，E_dcell通過一個一階傳遞函數計算；

1.2 建立一個具有等效串聯電阻和等效電容的功率負載超級電容模型：

式中，SOC表示超級電容器的充電狀態，V_max表示超級電容器的最大電壓，v表示超級電容器的端電壓，i表示超級電容器的端電流，R表示超級電容器的等效串聯電阻，P_loss表示等效串聯電阻的損耗功率，P表示等效串聯電阻的輸出功率，η_P表示等效串聯電阻的功率效率，n₁表示串聯電容器的數量，n₂表示并聯超級電容器分支的數量，C₁表示額定電容，R₁表示等效串聯電阻；C表示超級電容器的總電容，R_s表示超級電容器的總電阻；

1.3.能量管理控制的目的是最大限度地減少燃料消耗，延長電池的壽命，用數學表達式表示為：

s.t.P_FC+P_SC＝P_dem

0P_FC≤40

0I_FC≤150

-5≤ΔP_FC≤5

-30≤P_SC≤30

-150≤I_SC≤150

60≤V_SC≤188

0.5≤SOC≤0.9

式中：ΔI_j(j＝1,2,...,K)表示整個駕駛過程中燃料電池的電流方差，J₁表示電池的壽命，J₂表示燃料消耗，K表示采集的樣本個數；P_FC表示為燃料電池分配的功率，P_SC表示為超級電容器分配的功率，I_FC表示燃料電池的電流，ΔP_FC表示燃料電池功率變化大小，V_SC表示燃料電池的電壓；P_dem表示燃料電池和超級電容器的功率之和；m_H2表示燃料電池反應中消耗的氫氣量；

1.3.引入模糊邏輯控制器，根據以下模糊化方程，P_dem和SOC分別變為模糊域[0,1],[0,1]；

式中，In₁表示所需要的功率，P_max表示最大功率，In₂表示超級電容器的充電狀態，SOC_min表示燃料電池狀態最小值，SOC_max表示燃料電池狀態的最大值；

1.4.使用質心去模糊化，模糊邏輯控制器的輸出表述為：

式中，r₁和r₂分別是模糊域分割的數目，是P_dem的隸屬函數的程度，是SOC的隸屬函數的程度；

1.5 采用低通濾波器來限制燃料電池在啟動或突然加速過程中的功率輸出的瞬態峰值，將燃料電池的功率輸出修正為：

P_FC(k)＝k₁P_FC(k-1)+(1-k₁)u_fP_dem

式中，k₁是影響輸出平滑度的時間常數；

步驟2：采用遺傳算法對步驟1中的模糊規則進行優化；

2.1.初始化最大代數G，種群大小N，算子概率P_c，P_m和權重系數ω₁，在搜索空間隨機生成染色體；使用十進制編碼的第i個染色體來描述步驟1中的模糊邏輯控制系統：

C_i＝[c_1,i,…,c_19,i]

式中，i＝1,2,…,N，N表示種群大小；

2.2.將步驟2.1公式中的元素在[min,max]之間隨機初始化：

C_j,i＝min+δ·(max-min)1≤j≤19

式中，δ在(0，1)之間生成；

2.3.計算每一代的性能J，構造N個模糊能量管理控制器；為了延長燃料電池的使用壽命并滿足所需的驅動功率，采用加權目標法將步驟1.3中的兩個目標變為一個目標；

Min J(C_i)＝J₁+ω₁J₂

式中，ω₁表示影響優化結果的權重系數，通過實驗確定；

2.4.將SOC不等式約束和冪等約束作為懲罰因子處理，加入到J懲罰因子，計算如下：

2.5 步驟2.3中的等式重寫為：

2.6.使用輪盤選擇法計算每個C_i被選中的概率：

式中，因此，滿足約束條件且輸出電流和氫氣消耗平穩變化的個體被挑選出來的可能性比較大；

2.7.以概率P_c執行交叉算子，以概率P_m實現變異算子；

C′_i＝αC_i+(1-α)C_i+1

C′_i+1＝αC_i+1+(1-α)C_i

式中，交叉位置α是隨機生成的，α∈(0,1)

2.8.重復步驟2.2到2.7，直到達到最大的演化代。