[发明专利]考虑电池寿命的制动能量滚动优化控制方法

说明书

一种考虑电池寿命的制动能量滚动优化控制方法，属于车辆工程技术领域。本发明的目的是综合考虑制动能量回收效果与电池老化程度，建立统一的经济性评价指标，协调优化制动过程中整车经济性的考虑电池寿命的制动能量滚动优化控制方法。本发明步骤是：建立系统模型，建立制动经济性评价指标，设计制动经济性优化控制器。本发明针对四轮轮毂电动汽车的制动能量回收与电池寿命协调优化控制问题，建立了二者统一的经济性评价指标，提出的制动经济性滚动优化控制策略，能够权衡考虑制动能量损失费用和电池容量损失费用，从而有效地降低制动损失费用，提高整体的制动经济性。

技术领域

本发明属于车辆工程技术领域。

背景技术

限制电动汽车发展的因素不仅包括电池能量密度低，充电设施建设不完善所引起的续驶里程焦虑，还包括电池寿命短，成本高的问题。电池在使用过程中会发生电池老化现象，比如电池容量会衰减，内阻会增大，比能量和比功率降低，所以电池老化的问题直接关系到电池的使用寿命。电池老化的机理较为复杂，其与电池工作的外部环境有直接关系，如充放电倍率，电池剩余电量及工作温度等。制动能量回收系统的工作原理是利用电机进行回馈制动，从而将电动汽车的动能转化为电能存储到电池中，在此过程中，电池老化程度会受到充电电流与电池SOC变化情况的影响。因此，在电动汽车制动时，整车的能效水平和电池寿命这两个指标并不是分立的，而是相互耦合和制约的。

发明内容

本发明的目的是综合考虑制动能量回收效果与电池老化程度，建立统一的经济性评价指标，协调优化制动过程中整车经济性的考虑电池寿命的制动能量滚动优化控制方法。

本发明步骤是：

步骤一、建立系统模型：

1)建立汽车动力学模型：

根据牛顿第二定律及力矩平衡方程，建立制动动力学模型如下：

其中，M表示电动汽车整车质量，v_x表示制动车速，F_x表示车轮与地面之间的摩擦力，F_a表示空气阻力，这里忽略了滚动阻力，J_j表示每个车轮的转动惯量，ω_wj表示前后车轮的转动速度，R_e表示轮胎有效滚动半径，T_bj表示作用于前后车轮上的制动力矩；

2)建立电池模型和电池寿命损耗模型：

分别建立电池电流I_b和电池SOC模型如下：

其中，U_oc为电池开路电压，R_in是电池内阻，U_oc和R_in都是电池剩余电量SOC和电池温度的函数，I_b为电池充电电流，P_b为电池功率，SOC₀为电池初始SOC，Q_bat为电池容量，0和t_f表示电池充电过程的初始时刻和终止时刻；

建立面向控制的半经验电池老化模型如下：

其中，Q_loss％为电池容量损失的百分比，R_gas为气体常数，θ为电池绝对温度，Ah为电池总的电荷吞吐量，称为Ah吞吐量，I_c为电池充放电倍率，α和β为模型参数；

用来估计电池寿命的重要指标