[發明專利]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

• 申請號: 202011092913.2
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112140942B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（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: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種燃料電池汽車自適應等效消耗最小化能量管理方法，屬于新能源技術領域。采用周期性更新等效消耗最小化能量管理策略中的等效因子的方式，保證使用更新后的等效因子進行功率分配能使儲能電池荷電狀態在短期未來時間內朝著最快收斂于目標參考值的方向變化；采用智能算法預測車輛在短期未來時間范圍內的需求功率時序數據，將預測所得需求功率數據用于局部優化以確定短期最優等效因子；以等效消耗最小化策略為基礎，輔以局部優化方法自適應調節其等效因子，提升了儲能電池荷電狀態維持能力，最大程度保障了動力系統的燃料經濟性。本發明以等效氫氣消耗近似最優的功率分配比例保障動力系統具有近似最優的燃料經濟性。

技術領域

本發明屬于新能源技術領域，涉及一種燃料電池汽車自適應等效消耗最小化能量管理方法。

背景技術

燃料電池汽車的動力系統通常由燃料電池發動機和儲能電池組成，根據燃料電池發動機功率等級和儲能電池容量差異，燃料電池汽車的動力系統可分為增程式和全功率式。其中全功率式燃料電池汽車動力系統配備大功率燃料電池發動機和小容量儲能電池，具有結構緊湊、輕量化、易于布置、免充電、續航里程長等優點，是燃料電池汽車未來發展的重點方向。對于集成了小容量儲能電池的全功率式燃料電池混合動力汽車而言，其儲能電池的電能余量必須時刻保持在合理的范圍內，以便隨時響應汽車行駛過程中的瞬態峰值功率需求以及存儲不規則出現的制動回收能量，因此儲能電池的荷電狀態維持能力與動力系統的燃油經濟性同等重要。儲能電池的荷電狀態維持能力是指：在車輛運行過程中，儲能電池荷電狀態不隨工況變化而產生劇烈波動或觸及其上下限，能穩定維持在設定的荷電狀態參考值附近或許可范圍內。等效消耗最小化策略(ECMS)作為一種即時優化能量管理方法，具有實時性強的特點，其采用等效氫耗率來表示儲能電池的電能耗率和燃料電池的實際氫氣消耗率之和，然后最小化等效氫耗率來提取最優燃料電池參考功率值，進而完成需求功率的分配，以此保證動力系統燃油經濟性接近最優。然而，ECMS的等效因子通常為固定值，不能在不同的駕駛條件下均實現儲能電池荷電狀態的維持。而傳統的自適應ECMS雖然可以根據儲能電池荷電狀態的實際反饋值定期調整等效因子，將儲能電池荷電狀態收斂到目標參考值，但由于其比例系數恒定，自適應效果有限。本發明設計的基于需求功率預測的全功率式燃料電池汽車自適應等效消耗最小化能量管理方法，可根據需求功率預測模塊所預測的未來短時間內的整車需求功率進行局部優化以確定近未來最優等效因子值，根據所得的最優等效因子進行等效消耗最小化功率分配，可顯著增強儲能電池荷電狀態的維持能力，同時保證近似最優的動力系統燃料經濟性。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種燃料電池汽車自適應等效消耗最小化能量管理方法，實現在允許誤差內，最優解為全局最優解，并且計算時間少，結果準確的目的。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種燃料電池汽車自適應等效消耗最小化能量管理方法，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據，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據；

S3、將步驟S2所得的近未來需求功率預測數據輸入到ECMS等效因子局部優化模塊中，得到未來n秒內最優的等效因子；

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

S5、根據步驟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底層 DCDC變換器完成未來n秒內的需求功率分配。

可選的，所述ECMS等效因子局部優化模塊中的執行方法為：