[發(fā)明專利]一種燃料電池汽車自適應等效消耗最小化能量管理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011092913.2
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112140942B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設計）人: 張財志;曾韜;陳家偉;余濤
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B60L58/30
• 分類號: B60L58/30
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種燃料電池汽車自適應等效消耗最小化能量管理方法，其特征在于：該方法包含如下步驟：

S1、以n秒為固定周期，在每個周期的開始時刻，采集全功率式燃料電池汽車動力系統(tǒng)直流母線上的實時整車需求功率及其變化率；

S2、將步驟S1采集到的實時需求功率及其變化率數(shù)據(jù)，輸入到由機器學習算法構建的功率需求預測模塊中，預測出從周期開始時刻向后未來n秒內的整車需求功率時序數(shù)據(jù)；

S3、將步驟S2所得的近未來需求功率預測數(shù)據(jù)輸入到ECMS等效因子局部優(yōu)化模塊中，得到未來n秒內最優(yōu)的等效因子；

S4、全功率式燃料電池汽車動力系統(tǒng)控制器中建立的基于ECMS的功率分配模型依據(jù)步驟S3所得的近未來最優(yōu)等效因子計算未來n秒內的需求功率分配方案；

S5、根據(jù)步驟S4所得的需求功率分配方案，由全功率式燃料電池汽車動力系統(tǒng)底層DCDC變換器完成未來n秒內的需求功率分配；

所述ECMS等效因子局部優(yōu)化模塊中的執(zhí)行方法為：

31、輸入功率需求預測模塊預測的未來n秒內整車需求功率時序數(shù)據(jù)；

32、將步驟31輸入的整車需求功率時序數(shù)據(jù)代入基于動力系統(tǒng)半經(jīng)驗模型開發(fā)的ECMS功率分配模型，求解出等效因子設定為區(qū)間[a,b]中某一數(shù)值時的需求功率分配比例；

其中，基于動力系統(tǒng)半經(jīng)驗模型開發(fā)的ECMS功率分配模型具體如下：

優(yōu)化目標函數(shù)：

約束條件：

符號定義：

表示：等效氫氣消耗率；

P_{fc_net}表示：燃料電池系統(tǒng)參考凈功率；

η_{fc_stack}表示：燃料電池電堆效率；

η_{fc_system}表示：燃料電池系統(tǒng)效率；

s表示：ECMS等效因子；

P_bat表示：儲能電池功率；

n_cell表示：燃料電池單體數(shù)量；

表示：氫氣的摩爾質量；

F表示：法拉第常數(shù)；

V_{fc_oc}表示：燃料電池電堆開路電壓；

R_fc表示：燃料電池電堆內阻；

表示：氫氣低熱值；

R_bat表示：儲能電池內阻；

V_oc表示：儲能電池開路電壓；

f₁表示：燃料電池系統(tǒng)凈功率與系統(tǒng)效率的標定函數(shù)關系；

f₂表示：燃料電池系統(tǒng)凈功率與電堆效率的標定函數(shù)關系；

P_demand表示：直流母線需求功率；

SOC表示：儲能電池荷電狀態(tài)；

SOC_min表示：儲能電池荷電狀態(tài)許可運行范圍下限值；

SOC_max表示：儲能電池荷電狀態(tài)許可運行范圍上限值；

P_{fc_net_min}表示：燃料電池系統(tǒng)許可凈功率范圍下限值；

P_{fc_net_max}表示：燃料電池系統(tǒng)許可凈功率范圍上限值；

P_{fc_net}′表示：燃料電池系統(tǒng)功率變化率；

33、按照步驟32所得需求功率分配比例進行儲能電池和燃料電池系統(tǒng)之間的需求功率分配，并結合儲能電池半經(jīng)驗模型求解出未來n秒內的儲能電池荷電狀態(tài)理論變化軌跡；

其中，儲能電池半經(jīng)驗模型：

符號定義：

SOC_int表示：儲能電池荷電狀態(tài)初始值；

η_coulomb表示：儲能電池庫倫效率；

I_bat表示：儲能電池電流；

Q_max表示：儲能電池容量；

V_oc表示：儲能電池開路電壓；

R_bat表示：儲能電池內阻；

P_bat表示：儲能電池功率；

f₃表示：儲能電池荷電狀態(tài)與開路電壓的標定函數(shù)關系；

f₄表示：儲能電池荷電狀態(tài)與內阻的標定函數(shù)關系；

34、計算未來第n秒時的儲能電池荷電狀態(tài)理論計算值與目標參考值之差，將這個差值連同此時的等效因子數(shù)值一并存入暫存數(shù)組；

35、判斷是否完成等效因子在區(qū)間[a,b]內的逐點搜索，若未完成，跳轉至步驟36，否則，跳轉至步驟37；

36、將上一個等效因子加上設定搜索步長，形成新的等效因子搜索值，然后跳轉至步驟32；

37、搜索暫存數(shù)組，輸出使未來第n秒時的儲能電池荷電狀態(tài)理論計算值與目標參考值之差最小的等效因子，將其作為最優(yōu)等效因子。