[发明专利]一种融合信息物理系统的燃料电池汽车能量管理方法

说明书

本发明提供了一种融合信息物理系统的燃料电池汽车能量管理方法，不仅考虑了车辆系统内部的能量流动与消耗，还兼顾了未来道路地形、交通情况对车辆能量管理的影响，结合深度确定性策略梯度算法来探索可行域中的最优控制，从而有效避免了离散误差且提高了策略的可靠性。本发明通过信息物理系统实现了车辆系统与网络层的信息交互,并将通过信息物理系统获得的未来地形信息、交通信息与电池老化、燃料电池耐久性约束和氢气消耗等纳入控制框架中,对实车的系统耐久性和氢气消耗达到最佳平衡具有重要的现实意义。

技术领域

本发明属于燃料电池混合动力系统能量管理技术领域，具体涉及一种融合信息物理系统的燃料电池汽车能量管理方法。

背景技术

现阶段，质子膜交换燃料电池由于其清洁、高能效等优点，越来越多地被新能源汽车尤其是混合动力汽车所采用。然而，由于燃料电池的动态响应较慢，而车辆行驶过程中的速度与功率变化却较为迅速且激烈，这使得与动力电池搭配组成的燃料电池混合动力系统的能量管理更具有难度。在针对燃料电池混合动力汽车的能量管理策略中，均存在实际性能过渡依赖所设定条件与建模过程的问题；虽然在诸多现有技术如公开号为CN113085665A的中国专利等已经综合考虑了车辆动力系统本身或者车上其他大功率部件来执行能量分配，但对于车辆外部的环境因素譬如道路地形、交通路况等却没有纳入考虑，根据实际经验这些因素对于车辆行驶中的能耗影响往往更为强烈，可见现有针对燃料电池混合动力系统的能量管理策略不甚完善，仍具有很大的改进空间。

发明内容

有鉴于此，针对本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种融合信息物理系统的燃料电池汽车能量管理方法，具体包括以下步骤：

步骤一、获取燃料电池混动汽车的车辆状态信息、动力电池状态信息以及燃料电池状态信息；其中，所述车辆状态信息包括：车速v、加速度acc、驱动电机转速ω_motor、驱动电机转矩T_motor及驱动电机效率η_motor；所述动力电池状态信息包括：动力电池电压与电流、内阻及SOC；所述燃料电池状态信息包括：燃料电池输出功率P_FC、效率η_FC及功率变化率ΔP_FC；

步骤二、根据车辆动力学对其建立汽车纵向动力学模型；针对燃料电池混合动力系统拓扑结构依次建立燃料电池氢耗模型、动力电池等效电路模型、动力电池寿命衰减模型以及驱动电机模型；

步骤三、由车辆的CAN信号中获取包括车速v、加速度acc的实时驾驶状态信息，并通过GPS模块获取车辆的地理位置数据；利用车载网络将所述驾驶状态信息和地理位置数据上传至云端服务器，所述云端服务器基于这些信息获取车辆将要经过的未来道路的坡度、曲率及交通信息反馈给车辆；

步骤四、针对深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)算法，选取车速v、加速度acc、动力电池SOC、动力电池SOH、未来道路坡度i_f、未来道路曲度c_f及未来道路交通信息t_f作为状态变量，并组成状态空间S：

S＝[v,acc,SOC,SOH,i_f,c_f,t_f]

选取燃料电池功率变化率ΔP_FC作为动作变量，并组成动作空间a：

a＝[ΔP_FC|ΔP_FC∈[-3,+3]kW]

设置包括整车氢气消耗、动力电池寿命、动力电池SOC维持以及燃料电池功率限制的四个优化目标，并构建相应的奖励函数r：