[发明专利]一种燃料电池汽车自适应等效消耗最小化能量管理方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池汽车自适应等效消耗最小化能量管理方法，属于新能源技术领域。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，保证使用更新后的等效因子进行功率分配能使储能电池荷电状态在短期未来时间内朝着最快收敛于目标参考值的方向变化；采用智能算法预测车辆在短期未来时间范围内的需求功率时序数据，将预测所得需求功率数据用于局部优化以确定短期最优等效因子；以等效消耗最小化策略为基础，辅以局部优化方法自适应调节其等效因子，提升了储能电池荷电状态维持能力，最大程度保障了动力系统的燃料经济性。本发明以等效氢气消耗近似最优的功率分配比例保障动力系统具有近似最优的燃料经济性。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，涉及一种燃料电池汽车自适应等效消耗最小化能量管理方法。

背景技术

燃料电池汽车的动力系统通常由燃料电池发动机和储能电池组成，根据燃料电池发动机功率等级和储能电池容量差异，燃料电池汽车的动力系统可分为增程式和全功率式。其中全功率式燃料电池汽车动力系统配备大功率燃料电池发动机和小容量储能电池，具有结构紧凑、轻量化、易于布置、免充电、续航里程长等优点，是燃料电池汽车未来发展的重点方向。对于集成了小容量储能电池的全功率式燃料电池混合动力汽车而言，其储能电池的电能余量必须时刻保持在合理的范围内，以便随时响应汽车行驶过程中的瞬态峰值功率需求以及存储不规则出现的制动回收能量，因此储能电池的荷电状态维持能力与动力系统的燃油经济性同等重要。储能电池的荷电状态维持能力是指：在车辆运行过程中，储能电池荷电状态不随工况变化而产生剧烈波动或触及其上下限，能稳定维持在设定的荷电状态参考值附近或许可范围内。等效消耗最小化策略(ECMS)作为一种即时优化能量管理方法，具有实时性强的特点，其采用等效氢耗率来表示储能电池的电能耗率和燃料电池的实际氢气消耗率之和，然后最小化等效氢耗率来提取最优燃料电池参考功率值，进而完成需求功率的分配，以此保证动力系统燃油经济性接近最优。然而，ECMS的等效因子通常为固定值，不能在不同的驾驶条件下均实现储能电池荷电状态的维持。而传统的自适应ECMS虽然可以根据储能电池荷电状态的实际反馈值定期调整等效因子，将储能电池荷电状态收敛到目标参考值，但由于其比例系数恒定，自适应效果有限。本发明设计的基于需求功率预测的全功率式燃料电池汽车自适应等效消耗最小化能量管理方法，可根据需求功率预测模块所预测的未来短时间内的整车需求功率进行局部优化以确定近未来最优等效因子值，根据所得的最优等效因子进行等效消耗最小化功率分配，可显著增强储能电池荷电状态的维持能力，同时保证近似最优的动力系统燃料经济性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料电池汽车自适应等效消耗最小化能量管理方法，实现在允许误差内，最优解为全局最优解，并且计算时间少，结果准确的目的。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种燃料电池汽车自适应等效消耗最小化能量管理方法，该方法包含如下步骤：

S1、以n秒为固定周期，在每个周期的开始时刻，采集全功率式燃料电池汽车动力系统直流母线上的实时整车需求功率及其变化率；

S2、将步骤S1采集到的实时需求功率及其变化率数据，输入到由机器学习算法构建的功率需求预测模块中，预测出从周期开始时刻向后未来n秒内的整车需求功率时序数据；

S3、将步骤S2所得的近未来需求功率预测数据输入到ECMS等效因子局部优化模块中，得到未来n秒内最优的等效因子；

S4、全功率式燃料电池汽车动力系统控制器中建立的基于ECMS的功率分配模型依据步骤S3所得的近未来最优等效因子计算未来n秒内的需求功率分配方案；

S5、根据步骤S4所得的需求功率分配方案，由全功率式燃料电池汽车动力系统底层 DCDC变换器完成未来n秒内的需求功率分配。

可选的，所述ECMS等效因子局部优化模块中的执行方法为：