[发明专利]考虑能量回收效率的燃料电池混合动力汽车能量管理方法

权利要求书

1.一种考虑能量回收效率的燃料电池混合动力汽车能量管理方法，其特征在于：其步骤是：

S1、通过受力分析求出牵引力的大小，从而求出电机需求功率：

F_i＝mg sinθ       (2)

F_j＝mgμcosθ   (3)

其中m是汽车的质量，g是重力加速度，θ是路面的坡度，A是汽车的迎风面积，μ是汽车轮胎的滚动摩擦系数，δ是旋转质量参数，C_D是空气阻力系数，ρ是空气密度；

S2、根据数据利用最小二乘法拟合出来的制动能量回收效率和速度之间关系，拟合一个四次的多项式函数：

eta＝-3.273×10^-8V⁴+9.147×10^-6V³-0.0009121V²+0.0401V+0.09005    (6)

其中eta是制动能量回收效率；

设待求函数形式如下所示：

其中a₀，a₁，a₂，b₀，b₁,b₂是六个待求的系数，N＝[n，n²]是参数组成的向量；有26组样本值分别为N(1)，N(2)...N(26)和eta(1)，eta(2)，...eta(26)；得到

Xa＝y      (8)

上式中X是常数矩阵，y是常数向量，a是待求的系数向量，将b₂设为1，从而使分式具有唯一的系数向量，如下所示：

a＝[a₀，a₁，a₂，b₀，b₁]     (9)

根据最小二乘法求出待求的系数向量：

a＝X⁺y＝(X^TX)^-1X^Ty      (10)

式中的X⁺是X的广义逆矩阵；

最终求得系数，将系数代入式(7)中，即获得最终的制动能量回收效率eta；

S3、当汽车的需求功率小于0时，汽车处于制动状态，需求功率如下：

P_req＝etaP_e    (13)

其中P_req是加入回收系数之后的需求功率，eta是制动能量回收率；

动力电池的SOC求取公式如下示：

S4、工作流程具体步骤如下：

(1)根据汽车目前的速度以及路况计算出汽车电机需求功率，判断需求功率的正负，从而决定是否添加制动能量回收率；

(2)通过庞特里亚金极大值求得动力电池的最优的功率分配方式；

S5、约束条件包括燃料电池和动力电池的输出功率的约束、燃料电池输出功率和动力电池输出功率之间的等式约束、动力电池的SOC的约束；

约束条件形式如下所示：

其中P_batmin是动力电池最小的输出功率，P_batmax是动力电池最大的输出功率，P_fcmin是燃料电池最小的输出功率，P_fcmax是燃料电池最大的输出功率，SOC_min是动力电池SOC的最小值，SOC_max是动力电池SOC的最大值，P_fc是燃料电池输出功率；

S6、目标函数如下所示：

其中f是耗氢速率函数，t₀是初始时刻，t_f是末值时刻，J是总的耗氢量；

S7、哈密顿函数如下式所示：

其中λ是协态变量；

当哈密顿函数达到极值时的燃料电池输出功率就是最优的输出功率，此时可以求出对应的动力电池的输出功率，即动力电池最优的输出功率；

S8、采用K-means法聚类：

(1)将样本y₁，y₂，y₃，...，y_r分为s个簇，并且随机抽取s个样本作为聚集的中心记作t₁，t₂，t₃，...，t_s；

(2)计算样本中的点到中心点的欧式距离，对于具体的样本d_w来讲，其到中心点t_z的欧式距离如下：

L_wz＝||d_w-t_z||     (18)

(3)根据得到的欧式距离L_wz的值判断该样本属于那一簇，将样本划分到最近的中心点的那一簇；

(4)通过求取损失函数的极小值得到变化之后的各个簇的新的中心，损失函数如下所示：

其中p_g(g＝1，2，...，s)表示不同的簇，S是不同的簇的数量，r是样本总数，Q是整体的损失函数，h1，h2，...，hs是各个簇中的样本数，满足r＝h1+h2+h3+...+hs，求损失函数最小值并将其展开，如下所示：

对上式进行化简，上式中的每个求和式可以依次用Q₁，Q₂，Q₃，...，Q_s表示，Q₁，Q₂，Q₃，...，Q_s是每一簇的损失函数，则上式可以化简为：

min Q＝min(Q₁+Q₂+Q₃+...+Q_s)＝min Q₁+min Q₂+min Q₃+...+min Q_s   (21)

以Q₁为例，Q₁对簇的中心点t₁求偏导，并令偏导结果为0，如下式所示：

进而可以求出t₁的值：

同理可以通过对Q₁，Q₂，Q₃，...，Q_s求偏导，求出各个簇的中心点t₂，t₃，...，t_s的值；

由上可知，当不同簇里面包含的样本不在改变时，每一个簇的中心点也不再变化。当求出的簇的中心点发生变化时，重复步骤(2)到步骤(4)，当求出的各个簇的中心点的值不在变化时，所形成的各个簇就是最终的聚类结果。通过以上的步骤(1)到步骤(4)对得到的动力电池输出功率和SOC的数据进行分类，得到了最终的模式图；

S9、在上述的模式图中根据需求功率找到当前的SOC对应的动力电池的输出功率，在借助需求功率计算出燃料电池的输出功率，通过上述两个功率计算出动力电池的下一时刻的SOC的值。