[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

说明书

本专利涉及一种超级电容‑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；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；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。

技术领域

本发明属于新能源混合动力汽车技术领域，涉及一种超级电容-燃料电池混合动力特种车辆功率协调方法。

背景技术

近年来，新能源汽车由于其环保节能等优势备受人们青睐，发展迅速。在民航领域，随着机场地面特种车辆“油改气”专项试点工作的启动，在机场环境下如何部署新能源汽车正引起业界的关注。相比于一般的运用场景，在机场背景下车辆运行工况复杂，工作时间长、工作频率高且作业负载大，负载变化频繁。特别是对于机场中的飞机引导车辆，要求在极短的时间内平稳拖动飞机，这对于车辆的功率瞬时变化提出了极高的要求。

基于上述场景需求，迫切需要设计出一种属于机场特种车辆的可靠动力系统以适应机场工况。

燃料电池作为一种新型的车辆动力源，具备能量密度高、放电速度快以及清洁环保等特点，为满足机场工况下的特种车辆作业要求提供了一种新的思路。然而，燃料电池存在无法回收多余能量，以及要求燃料电池系统具备较高的动态性能和可靠性问题，这就要求配合其他的动力源来改善燃料电池的上述缺点。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种超级电容-燃料电池混合动力特种车辆功率协调方法，用以解决现有技术中对负载变化动力系统响应、燃料电池的能量浪费以及对燃料电池系统高要求的问题。

本发明的目的是这样实现的：

提供了一种超级电容-燃料电池混合动力特种车辆功率协调方法，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。能够发挥超级电容实时储存电量和削峰填谷的功能，实现了负载变化下的动力系统快速响应并保证了车辆动力系统工作的稳定性和可靠性。

进一步地，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。从系统功率流动的角度出发，协调车辆负载，超级电容和燃料电池三者间的功率分配。