[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

说明书

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，属于燃料电池混合动力汽车控制领域。本发明的目的是针对基于规则的能量管理策略具有节能空间的问题，对基于规则的能量管理策略进行改进的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。本发明需要计算出需求功率，将PMP算法产生的动力电池的最优输出功率绘制成图，得到不同功率、SOC下的工作模式的数据，并通过聚类的方法将动力电池输出功率和动力电池SOC的关系图划分出不同的模式，根据需求功率的值按照设置好的分配方案对燃料电池和动力电池的输出功率进行分配之后，得到燃料电池和动力电池的输出功率。本发明用庞特里亚金极大值原理指导基于规则的能量管理策略，使改进后能量管理策略的优化效果接近最优的效果，并且通过有理分式拟合的方法表达出制动能量回收率，更加的符合实际能量回收的情况。

技术领域

本发明属于燃料电池混合动力汽车控制领域。

背景技术

随着全球经济的快速发展，汽车的保有量也随之迅速增加，这使我们对于能源的需求也快速增加。目前能源的消耗是以石油、天然气、煤炭等为主的不可生能源，这些能源的大量消耗会导致资源短缺、环境污染以及温室效应等问题。为减少不可再生资源的消耗，保护我们的环境，研发可再生的新型能源成为各国迫切要解决的难题，新型能源汽车也成为目前的研究重点。

以燃料电池为主要动力源，动力电池为辅助动力源的燃料电池混合动力汽车是各国关注积极探索的新方向。燃料电池将氢气和氧气反应产生的化学能转化成电能，生成物是水无污染，对环境友好。燃料电池有较高的功率密度，但其动态性能较差，响应速度慢，为弥补这些缺点通常使用动力电池作为辅助动力源。动力电池具有较快的响应速度，当负载变化较大时，动力电池可以提供燃料电池无法及时提供的功率，从而满足汽车的功率需求。此外当汽车处于刹车制动状态时，电机可以将一部分动能转化为电能储存在动力电池中，减少能量的浪费，提高能量的利用率。

燃料电池混合动力汽车具有多个动力源，动力源之间有不同的特性，并且能量流动复杂，因此需要设计能量管理策略来提高汽车的整体性能和燃料经济性。

专利CN113401009A公开了一种能量管理策略，该能量管理策略将燃料电池混合动力汽车作为控制对象，根据动力电池的荷电状态(State of Charge,SOC)和需求功率对燃料电池和动力电池的输出功率进行分配。该专利使用到的燃料电池和动力电池输出功率的分配方法是根据经验制定，无法充分挖掘能量优化的潜力，存在进一步优化的空间，且该专利没有涉及到能量回收的研究。

专利CN113071372A公开了一种功率半跟随式能量管理策略，该能量管理策略根据动力电池的SOC以及电机功率对燃料电池和动力电池的输出功率进行分配。该策略以动力电池荷电量补偿功率为基础划分出不同的区间，当电机功率处于不同区间时有不同的分配方案。但该策略同样无法充分探索节能的空间，且该专利仍然没有谈及能量回收有关的研究，存在改进的空间。

综上所述，针对燃料电池基于规则的能量管理策略主要有以下问题：

1、基于规则的能量管理策略主要是依据制定者的经验设计，和个人的习惯与对于能量管理的理解存在紧密的联系。这种能量管理策略无法充分挖掘节能空间，存在巨大的改进的空间。

2、现有的能量管理策略中，往往认为能量回收是理想的，但是能量的回收效率会随汽车运行速度的改变而改变，现有资料已经提供一些能量回收的数据，但很难建立数学公式计算回收效率的值。

基于规则的能量管理策略的制定主要依靠制定者的经验，仅仅依靠制定者对于能量分配的理解，以及燃料电池和动力电池自身的功率限制制定能量管理的策略。这种能量管理策略距离最优的能量管理策略还有较大的差距，具有改进的空间。此外，目前尚未有针对能量回收效率详尽的研究。

发明内容

本发明的目的是针对基于规则的能量管理策略具有节能空间的问题，对基于规则的能量管理策略进行改进的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。

本发明的步骤是：