[发明专利]一种超级电容-燃料电池混合动力特种车辆功率协调方法

权利要求书

1.一种超级电容-燃料电池混合动力特种车辆功率协调方法，其特征在于，包括：

步骤100，建立混合动力系统结构的数学模型，包括：功率平衡模型、超级电容的数学模型以及燃料电池的数学模型，所述超级电容和燃料电池作为混合动力源，以得到超级电容的剩余电量以及燃料电池的电量消耗量；

所述步骤100中，还包含有以下几个步骤：步骤101，从功率流动的角度出发，建立全车电力总和节点的功率平衡模型；步骤102，根据超级电容的工作原理和电路模型建立数学模型，并得到超级电容的剩余电量的表达式；步骤103，根据燃料电池的工作原理和电路模型建立数学模型，并得到燃料电池的电量消耗量的表达式；

步骤200，根据得到的超级电容的剩余电量以及燃料电池的电量消耗量建立模型预测控制器系统，进行能量管理，最终得到最优控制序列；

所述步骤200中，包括以下步骤：步骤201，基于步骤200得到的超级电容模型和燃料电池模型，建立模型预测控制器的数学模型；步骤202，基于模型预测控制器系统，拟定系统的系统参数包括：状态变量、控制变量、测量输入、输出以及指标函数；步骤203，得到超级电容-燃料电池混合动力系统的目标函数的计算公式，并得到最优控制输入序列；

步骤300，将步骤200最终得到的最优控制序列中的第一个值附加给模型预测控制器，更新状态值，进行依次迭代。

2.根据权利要求1所述的一种超级电容-燃料电池混合动力特种车辆功率协调方法，其特征在于，所建立全车电力总和节点的功率平衡模型的表达式为：P_C(t)＝P_uc(t)+P_req(t)，其中P_C(t)为燃料电池的瞬时输出功率，P_uc(t)为超级电容的瞬时输入输出功率，其值为正数时为充电状态，P_req(t)为车辆负载的瞬时输出功率，所述车辆负载包括电动机和其他车用电气负载。

3.根据权利要求2所述的一种超级电容-燃料电池混合动力特种车辆功率协调方法，其特征在于，所述超级电容的剩余电量SOE(t)的表达式通过其微分形式SOE(t)′表示：其中E_cap为最大能量容量，ξ_cap为超级电容器功率。

4.根据权利要求1所述的一种超级电容-燃料电池混合动力特种车辆功率协调方法，其特征在于，得到所述燃料电池的电量消耗量B_e的表达式为：其中P_C为燃料电车的功率，t₀为燃料电池地起始工作时间，为电量消耗率。

5.根据权利要求4所述的一种超级电容-燃料电池混合动力特种车辆功率协调方法，其特征在于，所述模型预测控制器系统的状态变量为x，其控制变量为u，测量输入为v，测量输出为y，其中，u＝P_uc，v＝P_req，P_uc为超级电容的输出功率，P_req为车辆负载的输出功率。

6.根据权利要求1所述的一种超级电容-燃料电池混合动力特种车辆功率协调方法，其特征在于，模型预测控制器系统的指标函数通过对系统进行线性化和离散化处理后得到的。

7.根据权利要求1所述的一种超级电容-燃料电池混合动力特种车辆功率协调方法，其特征在于，模型预测控制器系统进行线性化、离散化处理后的状态空间形式为：其中k为时刻，属于时间集合{1，2，…,T}；x(k)为k时刻的模型预测控制系统的状态变量；x(k+1)为k+1时刻的模型预测控制系统的状态变量；u(k)为k时刻的模型预测控制系统的超级电容的输出功率；y(k)为k时刻的模型预测控制系统的测量输出；A(k),B_u(k),B_v(k)和C(k)分别为：

其中，为单位时间电量消耗量，则m₁为该一次函数的斜率；m₂为该一次函数的常数。