[發(fā)明專利]融合成本壽命因素的多源電驅(qū)動系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910063166.0
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109606137B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋大鳳;雷宗坤;曾小華;王愷;紀(jì)人桓;牛超凡;王越;李廣含;崔臣;孫可華
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: B60L50/40
• 分類號: B60L50/40;B60L58/30;B60L58/40;G06F30/20
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

1.融合成本壽命因素的多源電驅(qū)動系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化方法，其特征在于，基于一種帶有燃料電池單元、超級電容單元、蓄電池單元的多源動力系統(tǒng)，建立燃料電池動力系統(tǒng)的綜合評價方法實現(xiàn)對關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)與控制參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，具體步驟如下：

步驟一，確定整車構(gòu)型及能量管理策略架構(gòu)，該燃料電池動力系統(tǒng)的構(gòu)型設(shè)計為復(fù)合電源燃料電池并聯(lián)輸出構(gòu)型，能量管理策略架構(gòu)設(shè)計為分級能量管理策略架構(gòu)；

步驟二，設(shè)計分級能量管理架構(gòu)的燃料電池能量管理策略為功率跟隨控制策略；

步驟三，設(shè)計分級能量管理架構(gòu)的復(fù)合電源子系統(tǒng)能量管理策略為分層瞬時最優(yōu)能量管理策略；

步驟四，基于循環(huán)工況等效氫耗進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化，循環(huán)工況等效氫耗根據(jù)氫氣低熱值J_H2進(jìn)行折算，以工況實際氫耗C'_H2為基準(zhǔn)，結(jié)合蓄電池SOC變化量Δsoc_bat與超級電容SOC變化量Δsoc_cap計算電量變化對應(yīng)的折算氫耗，得到保證循環(huán)工況氫耗最低的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化函數(shù)一minf₁(x)，如式(1)所示，其中為燃料電池平均工作效率，為蓄電池平均充電效率，E_bat為蓄電池存儲的總能量，E_cap為超級電容存儲的總能量，為超級電容平均充電效率，為單向DC/DC的平均工作效率；

車輛行駛過程中，三能量源的總功率需滿足電機(jī)最大需求功率，如式(2)所示，其中，P_m為電機(jī)需求功率，P_fc為燃料電池需求功率，P_cap為超級電容需求功率，P_bat為蓄電池需求功率，η_DC/DC為DCDC效率；

P_m≥P_fcη_DC/DC+P_capη_DC/DC+P_bat (2)

通過SOC校正減少采用氫氣低熱值與各部件平均效率進(jìn)行電量與氫耗折算過程中的誤差，用ε表示校正因子，如(3)式所示；

步驟五：融合質(zhì)量與壽命因素的系統(tǒng)優(yōu)化，通過對成本函數(shù)f_cost(x)與質(zhì)量函數(shù)f_mass(x)的加權(quán)后得到以質(zhì)量成本為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù)二minf₂(x)，如式(4)所示，ω₁、ω₂分別為系統(tǒng)成本函數(shù)與質(zhì)量函數(shù)的權(quán)重系數(shù)，分別為成本函數(shù)和質(zhì)量函數(shù)設(shè)置折算因子d₁和d₂將優(yōu)化函數(shù)minf₂(x)中成本函數(shù)與質(zhì)量函數(shù)歸一化，進(jìn)而得到優(yōu)化函數(shù)minf₂(x)；

建立以蓄電池壽命因素為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化函數(shù)三minf₃(x)，如式(5)所示，其中T為仿真工況對應(yīng)的時間，I_bat為蓄電池充放電電流；

建立燃料電池輸出約束保證燃料電池的功率變化率P_{fc_limit}在一定范圍內(nèi)，式(6)給出了其約束條件；

建立以燃料電池壽命因素為優(yōu)化函數(shù)四minf₄(x)，如式(7)所示，其中ΔV為燃料電池壽命范圍內(nèi)允許的電壓壓降，k_d為燃料電池壽命衰退的加速系數(shù)，n₁、n₂、t₁、t₂分別代表燃料電池工作過程中，平均每小時的開機(jī)次數(shù)、變載次數(shù)、怠速時間、高功率運行時間，V₁、V₂分別代表每次開機(jī)與變載的電壓衰退率，由燃料電池系統(tǒng)的啟停工況測試數(shù)據(jù)得到V₁，由燃料電池系統(tǒng)的變載工況測試數(shù)據(jù)得到V₂；U₁、U₂分別代表怠速與高功率運行時每小時的電壓衰退率，由燃料電池系統(tǒng)的怠速工況測試數(shù)據(jù)得到U₁，由燃料電池系統(tǒng)的高功率運行工況測試數(shù)據(jù)得到U₂；

基于第二代改進(jìn)非劣排序遺傳算法對多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行求解，采用優(yōu)化前參數(shù)計算各優(yōu)化函數(shù)值，再取各優(yōu)化函數(shù)值的近似值作為各優(yōu)化函數(shù)的折算因子的原則確定f₁(x)、f₂(x)、f₃(x)、f₄(x)的折算因子；

步驟六，多目標(biāo)優(yōu)化實現(xiàn)，基于以上步驟得到的優(yōu)化函數(shù)及各自的折算因子，在Isight中的Optimization控件建立多目標(biāo)優(yōu)化程序，在Isight軟件的設(shè)計門戶下調(diào)用DOE組件，完成各因子及其水平設(shè)置，并基于拉丁方的方法生成設(shè)計向量，再調(diào)用Simcode組件，與DOE組件構(gòu)成一個計算環(huán)，以實現(xiàn)IsightMATLAB平臺的數(shù)據(jù)交互及ADVISOR軟件平臺的模型調(diào)用進(jìn)行建模與仿真，最終得到優(yōu)化后的燃料電池動力系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)與設(shè)計參數(shù)，完成對燃料電池動力系統(tǒng)的壽命-成本-經(jīng)濟(jì)性的多目標(biāo)優(yōu)化。