[发明专利]一种燃料电池汽车最优氢耗控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池汽车最优氢耗控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：建立燃料电池汽车传动系统模型；

S11：建立质子膜交换电池系统模型；

S12：建立锂电池系统模型；

S13：建立目标函数：由于电池的功率由调节母线上的电压间接控制，得到：

其中，η_PEM为氢气的效率，η_DCDC是DC/DC的电压转换效率，a₂,a₁和a₀是曲线的拟合参数，P_B是锂电池的功率输出，P_R是驱动电机驱动车辆运行的功率需求；同时电池的等效氢气消耗可根据下式计算:

则总的目标函数定义为：其中，氢耗Q_th(t)＝Q_h(t)+Q_he(t)；

S14：优化控制目标需求功率在燃料电池和锂电池之间分配以实现氢耗Q_th(t)最优，即采用凸规划的方法对目标函数进行优化以得到决断输出μ_c；

S2：建立控制系统：优化目标函数；通过优化氢耗代价函数以获得控制输出，在质子膜交换电池系统和锂电池系统之间合理分配目标需求功率；

S21：基于MDP的控制系统包括：自训练系统：基于马尔科夫决策过程，以马尔科夫转移概率矩阵为条件；MH采样估算系统：采用基于MCMC算法的Metropolis-Hastings采样方法，获得平均奖励输出；以及控制选择输出系统；

S22：凸规划优化：根据目标函数可得离散目标代价函数，即优化函数：

其中，β为氢气能量和电能的能比系数，Δt为步长，N_s为采样点数；等式右边第一项为燃料电池氢能消耗，第二项为电池的等效氢能消耗；

S23：氢耗优化问题总结为：得出所需最优氢耗。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车最优氢耗控制方法，其特征在于：步骤S1的建立燃料电池汽车传动系统模型为：氢气供给质子膜交换电池系统进行化学反应以产生驱动车辆运行的主要动力源，锂电池作为辅助动力源，电机驱动车辆运行，直流变换器(DC/DC)实现电压转换；T和ω可由车辆的动力系统方程计算：

其中，F_d、F_r、F_f、F_a分别是驱动车辆的驱动力、空气对车辆的阻力、车辆的滚动阻力、车辆的加速阻力，C_roll和C_drag分别是滚动摩擦系数和空气阻力系数，v(t)是车辆的速度，ε是车辆的加速系数，T是电机的输出扭矩，ω是电机的转速。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车最优氢耗控制方法，其特征在于：步骤S11具体包括以下子步骤：

S111：氢气的效率用燃料电池的输出功率和输入氢气的功率比值表示：

η_PEM＝P_FCS/P_H；

其中，P_FCS是质子膜交换电池的功率输出，P_H是消耗氢气所产生的功率，氢气功率P_H为：P_H＝F_flow·H_heat；其中，F_flow是氢气的流量速率，H_heat是氢气的热值；

S112：根据步骤S111得出，最优效率下氢气流量和输出功率的关系，则氢气的消耗Q_h(t)(P_H)和燃料电池输出功率P_FCS定义为：

其中，a₂,a₁和a₀是曲线的拟合参数。