[发明专利]一种考虑电池老化抑制的燃料电池混动汽车能量管理方法

说明书

本发明提供了一种考虑电池老化抑制的燃料电池混动汽车能量管理方法：（1）生成预测模型；（2）获取参考轨迹；（3）滚动优化实时控制；（4）反馈校正。该方法利用动态规划算法的先进性，采用模型预测控制能量管理框架，提供了一种考虑电池老化抑制的改进的模型预测控制能量管理方法，在燃料电池混动汽车的能量管理实际应用中,有效地保护了电池的同时，显著地提升了整车总体经济性。

技术领域

本发明涉及燃料电池混动汽车的能量管理领域，具体地，涉及一种考虑电池老化抑制的燃料电池混动汽车能量管理方法。

背景技术

燃料电池混动汽车相较于其他类型的电动汽车，由于其主要依靠车载燃料电池装置产生的电力作为动力源驱动整车行驶，排放物仅仅是水，无任何有毒有害气体，因此，具有卓越的节能环保性，符合当前“碳达峰、碳中和”政策的发展主流；此外，燃料电池由其固有特性决定的其“只能放电，不能充电”的特点，为了利用制动回收的能量，燃料电池混动汽车上通常会采用动力电池作为储能元件。然而，在行驶过程中，动力电池需要频繁地充放电来满足车辆瞬时功率的需求，这将加剧电池的老化，基于当前三分之一的电动汽车成本都来自于电池这一客观事实，使得燃料电池混动汽车在电池成本方面面临巨大挑战，尤其是在当前电池循环寿命和价格未取得突破的前提下，电池的老化成本将极大地提升整车的行驶成本。因此，如何开发先进的能量管理方法，在进行功率优化分配控制的同时抑制电池的老化成为了燃料电池混动汽车发展的重点。

燃料电池混动汽车能量管理方法具备十分重要的应用价值，近年来，越来越多的学者关注并专研这个领域。K.Ettihir等（ETTIHIR K, BOULON L, AGBOSSOU K, et al.Design of an energy management strategy for PEM Fuel Cell Vehicles;proceedings of the 2012 IEEE International Symposium on IndustrialElectronics, F, 2012 [C]. IEEE.）提出了一种基于规则的能量管理策略，他们将能量管理方法分为最大效率、最大功率和停止等三种模式，仅通过电池荷电状态SOC的阈值来使车辆在三种工作模式之间进行切换；虽然基于确定规则的能量管理方法简单，应用效果较好，在实际工业中应用广泛，但是，针对不用的应用场景，规则需要做相应的调整来获取较好的控制效果，规则的迁移性较差，节能效果较差。Liangfei XU等（XU L, OUYANG M, LI J, etal. Dynamic programming algorithm for minimizing operating cost of a PEM fuelcell vehicle; proceedings of the 2012 IEEE International Symposium onIndustrial Electronics, F, 2012 [C]. IEEE.）提出了一种基于动态规划算法的能量管理方法，他们以最小化燃料电池和电池运行成本为目标函数，讨论了SOC惩罚因子、初始SOC对动态规划算法的影响；虽然考虑电池老化抑制的动态规划算法虽然能够实现经济性最优，但它是一种离线求解算法，无法在线控制。

发明内容

针对当前基于规则的能量管理策略迁移性较差、节能效果差、无法在线控制等缺点，本发明提出了一种考虑电池老化抑制的改进的模型预测控制能量管理方法，应用于燃料电池混动汽车的能量管理中。

具体的技术方案为：

一种考虑电池老化抑制的燃料电池混动汽车能量管理方法，包括以下步骤：

（1）生成预测模型：基于马尔科夫链（Markov Chain, MC）蒙特卡洛法（Monte Carlo, MC）进行车辆运行状态的预测，得到车辆每个时刻在未来一段预测时域内的速度、加速度预测结果；

（2）获取参考轨迹：集成降维-电池寿命模型，基于动态规划算法求解出一条使得整车系统的总消耗成本最小的电池荷电状态SOC（State of Charge）轨迹；