[发明专利]一种基于工况预测的燃料电池汽车能量管理优化方法

说明书

本发明公开一种基于工况预测的燃料电池汽车能量管理优化方法，包括工况预测和能量管理控制两部分，其中，能量管理优化控制包括内层动力电池能量优化控制和外层燃料电池能量优化控制。针对电‑电混合燃料电池汽车，采用马尔可夫模型预测行驶工况，进而获得电机需求功率，内层控制采用动态规划算法获得动力电池参考目标功率和燃料电池参考目标功率，然后外层控制根据燃料电池系统电压衰退模型修正燃料电池参考目标功率，进而实现多动力源的能量分配。本发明提出的方法可以优化动力源的工作点，主动延长动力电池寿命，提高燃料电池耐久性和车辆经济性。

技术领域

本发明属于汽车控制系统，更确切地说，本发明涉及基于工况预测的燃料电池汽车能量管理优化控制。

背景技术

电-电混合燃料电池汽车存在多个动力源，需要合理协调各个动力源的工作状态以满足整车动力性需求，进而充分发挥其节能优势。其中，动力电池性能和燃料电池性能直接影响驱动电动机的性能，从而影响整车的燃氢经济性和排放性能，是实现整车性能的关键。燃料电池汽车能够提供电池电动汽车那样的环境效益，且行驶范围更长，加氢时间短；然而，燃料电池的耐久性，成为当前燃料电池汽车产业化的主要棘手问题。

研究表明，燃氢消耗、动力电池寿命衰减程度及燃料电池系统电压衰退三者之间是互相耦合的，在能量优化管理控制策略中考虑动力电池寿命的衰减程度即燃料电池系统电压衰退对提高车辆经济性及动力源使用性能、降低车辆使用成本是十分必要的。

目前对燃料电池汽车能量管理的研究主要集中在降低能耗上，如中国专利公布号为CN108944900B，公布日为2020-10-09，公开了一种燃料电池汽车能量管理控制方法，实时检测行驶工况，根据行驶工况计算需求功率，控制燃料电池按照需求功率输出，可以优化整车经济性能，然而未考虑到燃料电池和动力电池衰减对能耗的影响；现有公开专利，整车能量管理研究中很少考虑动力电池寿命衰减、燃料电池系统电压衰退和车辆经济性之间的关系，进而导致动力源工作点恶化，不利于提高整车经济性，本专利针对电-电混合燃料电池汽车，制定了基于工况预测的燃料电池汽车能量管理优化控制方法，对于优化电池使用性能、提高燃料电池耐久性和节能有重要意义。

发明内容

本发明提出了一种基于工况预测的燃料电池汽车能量管理优化方法，为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，包括下列步骤：

(1)工况预测

定义电机的需求功率区间为[U_min,U_max]，U_min为电机最大需求功率，U_max为电机最小需求功率，以单位功率将电机的需求功率区间划分成m个状态区间，即以单位功率作为每个状态区间的长度；

基于历史工况的电机需求功率计算第i个状态区间转移到第j个状态区间的频数除以第i个状态区间转移到任意状态区间频数之和，即为第i个状态区间转移到第j个状态区间的状态转移概率，所有的状态转移概率组成了状态转移概率矩阵；

在电机需求功率的状态转移概率矩阵的基础上，对未来电机需求功率进行预测，假设当前时刻的电机需求功率为U₀，下一时刻的电机需求功率P_m(1)的条件分布列为

在[0,1]区间内满足均匀分布的条件下取随机数r₁，若：

式中，U₁为下一时刻预测的电机需求功率，即P_m(1)＝U₁；以此类推，分别取r₂,...,r_k随机数，得到第k时刻预测的电机需求功率U_k；

(2)能量管理控制

第一步，进行内层动力电池优化能量优化控制，包括以下内容；