[发明专利]一种基于燃料电池温度反馈的自适应等效氢耗最小策略

说明书

本发明公开一种基于燃料电池温度反馈的自适应等效氢耗最小策略，属于燃料电池汽车能量管理和热管理领域，本发明主要融合燃料电池汽车的能量管理与热管理，提出一种耦合两者的控制策略。本发明能够在提升燃料电池汽车经济性的同时，进一步提升燃料电池的热管理效果。本发明具体包括一下步骤：(1)以等效总氢耗最小为优化目标函数，对优化函数的约束条件进行界定；(2)在约束范围内得到使目标函数最小的控制决策，对动力系统的功率进行合理分配，同时进一步优化燃料电池温度波动范围；(3)建立综合考虑燃料电池温度与电池SOC建立等效因子的自适应调整算法，实现等效因子的自适应调整。

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车能量管理和热管理领域，主要涉及一种基于燃料电池温度反馈的自适应等效氢耗最小策略。

背景技术

燃料电池汽车被认为是实现未来交通低碳化的最佳解决方案之一，并成为行业的热点研究方向。而随着研究的发展，开发燃料电池汽车的能量管理和集成热管理系统已成为行业共同的目标。燃料电池汽车的能量管理可以保障整车的经济性；燃料电池汽车的热管理系统在保障燃料电池汽车各部件工作在最佳的温度范围的同时，能够提高工作的可靠性与安全性，并进一步实现整车系统性能的改善与整车经济性的提高。由此可见，燃料电池汽车的热管理和能量管理之间存在耦合的地方，两者相互耦合控制可以进一步提升燃料电池汽车的经济性和安全性。但现有研究主要针对单一的燃料电池汽车能量管理或单一的热管理进行研究，缺乏燃料电池汽车能量管理与热管理耦合的研究。

综上所述，一种融合燃料电池汽车能量管理和热管理的集成控制策略非常具有研究意义。因此，本发明在适用于多目标优化的能量管理策略——等效最小氢耗策略的基础上，提出一种融合热管理的控制策略。

发明内容

本发明旨在解决燃料电池汽车的能量管理和热管理问题，在进一步提升燃料电池汽车整车经济性的同时，提升燃料电池的热管理效果。

本发明是采用如下技术方案实现的：

步骤一：以等效总氢耗最小为优化目标函数，对优化函数的约束条件进行界定；在约束范围内得到使目标函数最小的控制决策，对动力系统的功率进行合理分配，同时进一步优化燃料电池温度波动范围。

在实现等效氢耗最小优化问题过程中，首先选取合适的状态变量与控制变量，分别选取动力电池SOC与燃料电池功率作为上述两个变量，以等效总氢耗最小作为性能优化指标。由此可以将该优化问题表示为：

Minimize J(u,x)

式中，为燃料电池氢耗。

该优化问题的约束条件为：

燃料电池输出功率的频繁波动影响燃料电池的使用寿命，因此对燃料电池输出功率P_fc(t)进行限制；同时在系统的约束条件中将生热功率与生热功率变化率进行约束，生热功率的约束可以限制电堆在高功率区间的工作；生热功率变化率的约束可以限制电堆在短时间内功率快速变化导致的电堆温度急速变化的情况：

式中，P_bat为动力电池的需求功率,ΔP_fc,min、ΔP_fc,max为燃料电池输出功率变化率的阈值，P_fc,heat,min、P_fc,heat,max为燃料电池生热功率的阈值；ΔP_fc,,heat,min、ΔP_fc,heat,max为燃料电池生热功率变化率的阈值。

根据上述分析得到优化问题的哈密顿函数为：