[發明專利]一種考慮電池壽命衰減的混合動力船舶能量控制方法及計算機設備

在審

• 申請號: 202110381622.3
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113043911A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 姜昊洋;高迪駒;王天真;吳國棟;王碩豐;顧偉
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: B60L58/12
• 分類號: B60L58/12;B63H21/20;B63B71/00
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 張靜潔;曹媛

本發明公開了一種考慮電池壽命衰減的混合動力船舶能量控制方法，該方法包括：獲取某固定水域內混合動力船舶的航行工況，并在該工況內進行全局動態規劃，得到該工況內使得目標函數最小的電池SOC變化軌跡；基于A?ECMS，以實時等效油耗最小為目標函數，實時求解當前最優的柴油發電機和動力電池之間的功率分配，應用于實時控制。本發明兼顧了燃料消耗和電池壽命，通過引入加權系數，對燃油消耗和電池壽命進行協調控制，保證在燃油消耗變化不大的同時有效延長電池壽命。

技術領域

本發明涉及船舶航運領域，具體涉及一種考慮電池壽命衰減的混合動力船舶能量控制方法及計算機設備。

背景技術

隨著電池管理、充電技術的發展，混合動力船已成為解決航運節能減排問題的熱門方案。而作為其關鍵技術的能量控制策略可以通過對柴油發電機組與動力電池組的能量進行合理分配，從而使柴油發電機盡可能的工作在高效低能耗區域，故能量控制策略的好壞直接影響到船舶航行的動力性與經濟性。

盡管動力電池組的應用使得混合動力船舶可以利用電能來大大提高船舶航行過程中的經濟性，但與此同時，由于頻繁的充放電，動力電池的使用壽命必然會不斷衰減，更換老化的動力電池又會大大增加船舶的運營成本。當前的能量控制策略大多數是通過性能指標來使得船舶的油耗達到最小，較少有能量控制策略同時考慮船舶燃油消耗和電池壽命。

此外，目前常見的混合動力船舶能量控制策略主要有：基于規則的控制策略(包括基于模糊邏輯的控制策略和基于確定規則的控制策略)和基于優化理論的控制策略(包括基于全局優化的控制策略和基于瞬時優化的控制策略)。基于規則的控制策略不能應對混合動力船舶多種運行狀況和實際船舶負荷需求的動態變化(即適應能力不足)，不能達到最優控制。常用的全局優化控制策略如動態規劃，通過逆向求解可以求得全局范圍內的最優控制，但其計算復雜，運算量大，因此很難應用到混合動力船舶的實際控制中。常用的瞬時控制策略如ECMS(等效油耗最小法)，將瞬時電量消耗轉化為油耗，以瞬時等效油耗最小為優化目標，該方法理論上可以獲得與動態規劃相同的優化效果，且可以做到實時控制。但該方案的好壞取決于等效因子的選擇，常用的固定等效因子不能適應工況的變化，無法達到理想的控制效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種考慮電池壽命衰減的混合動力船舶能量控制方法及計算機設備，通過本發明所提供的能量控制方法，可以在減小船舶油耗的同時有效延緩動力電池壽命的衰減，而且能夠做到實時控制，并且實時控制的結果接近全局最優的結果。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種考慮電池壽命衰減的混合動力船舶能量控制方法，該方法包括：

獲取某固定水域內混合動力船舶的航行工況，并在該工況內進行全局動態規劃，得到該工況內使得目標函數最小的電池SOC變化軌跡；

基于A-ECMS(A-ECMS的中文釋義為自適應等效油耗最小法)，以實時等效油耗最小為目標函數，實時求解當前最優的柴油發電機和動力電池之間的功率分配，應用于實時控制。

可選地，獲取某固定水域內混合動力船舶的航行工況，并在該工況內進行全局動態規劃，得到該工況內使得目標函數最小的電池SOC變化軌跡，具體包括：

建立柴油發電機組油耗模型；

建立動力電池電量消耗模型；

建立動力電池壽命損耗模型；

選擇控制變量及狀態變量，并將工況時間進行離散化處理；

建立目標函數及約束條件；

在整個工況內，利用動態規劃求出每一階段使得目標函數最小的控制量并記錄相應的狀態量，記錄下的每個階段的狀態量即為最優的SOC參考軌跡，記為SOC_ref。

可選地，建立柴油發電機組油耗模型，具體包括：