一种新能源汽车能量管理方法、系统、设备和存储介质技术方案

本申请涉及一种新能源汽车能量管理方法、系统、和存储介质。包括：采用PI

A new energy vehicle energy management method, system, equipment and storage medium

【技术实现步骤摘要】
一种新能源汽车能量管理方法、系统、设备和存储介质


[0001]本申请涉及汽车领域，特别是涉及一种新能源汽车能量管理方法、系统、设备和存储介质。

技术介绍

[0002]以燃料电池作为动力源的系统架构存在动态响应慢的问题，所以燃料电池汽车一般会采用“燃料电池+动力电池”或“燃料电池+动力电池+超级电容”的混合动力模式。针对混合动力系统的汽车，合理的能量管理策略能够在保证车辆动力性的同时，提高燃油经济性。
[0003]基于PMP算法的等效燃料消耗最小化策略(EquivalentConsumption Minimum Strategy,ECMS)能够快速求解混合动力系统的最优控制问题。很多学者对ECMS在混合动力汽车中的应用进行了研究，并提出了不同的控制策略，以减少车辆的燃料消耗。但是，该方法却面临着等效因子难以确定的问题。
[0004]针对并联式混合动力汽车，现有技术提出通过全局工况获取动态等效因子，实现了对等效因子的实时控制并通过仿真验证了方法的有效性和可行性。此外，也有技术人员考虑将等效因子与行驶里程相结合的控制策略，提高了插电式燃料电池汽车能量效率。但是这些管理过程复杂，汽车电池的能量管理效率较差，无法适应如今新能源汽车的电池管理要求。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种新能源汽车能量管理方法、系统、设备和存储介质。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种新能源汽车能量管理方法，所述方法包括：
[0007]根据新能源汽车中燃料电池汽车动力系统的构型，对所述燃料电池汽车的电机系统、燃料电池系统和锂电池系统进行建模；
[0008]针对建模结果，构建以氢耗变量为优化目标的能量控制策略，并利用极小值原理对所述能量控制策略进行求解；
[0009]根据燃料电池的不同协变量对所述能量控制策略计算结果的影响，通过PI控制器调整PMP算法中的协变量，控制电池SOC状态并降低新能源汽车的燃料消耗。
[0010]进一步的，所述根据新能源汽车中燃料电池汽车动力系统的构型，对所述燃料电池汽车的电机系统、燃料电池系统和锂电池系统进行建模，包括：
[0011]根据车辆纵向动力学原理，获取车辆行驶过程中的需求功率 P
dem
；
[0012]根据车辆电机的工作效率η
mot
与车辆行驶的状态，获取车辆的需求功率与电机电能和机械能存在的关系，所述车辆电机由燃料电池和锂电池共同提供电能，并将电能P
mot
转换为机械能P
em
；
[0013]根据所述燃料电池中氢气和氧气电化学反应的化学能转化为电能的原理，获取氢
耗与系统输出功率P
fc
的关系；
[0014]通过所述锂电池中电阻和开路电压组成的等效电路模型捕捉所述锂电池的动态特性，得到所述锂电池电池荷电状态SOC与电流I
b
、容量Q
b
、开路电压V
oc
、内阻R
b
、功率P
b
的关系。
[0015]进一步的，所述对建模结果，构建以氢耗变量为优化目标的能量控制策略，并利用极小值原理对所述能量控制策略进行求解，包括：
[0016]根据驾驶动力需求和燃油经济性，构建以整个驾驶过程中累计耗氢量为目标函数的能量管理策略；
[0017]所述目标函数表示为：
[0018][0019]其中，P
b,max
和P
b,min
分别为电池的最大功率和最小功率，P
fc,max
和 P
fc,min
分别为燃料电池系统的最大输出功率和最小输出功率，SOC
high
和SOC
low
分别为电池荷电状态上下限；
[0020]通过PMP方法求解所述目标函数的最优控制问题，其中，电池SOC作为状态变量，燃料电池输出功率P
fc
作为控制变量，定义哈密顿函数H，根据哈密尔顿函数最小的条件，获取所述目标函数的解。
[0021]进一步的，所述根据燃料电池的不同协变量对所述能量控制策略计算结果的影响，通过PI控制器调整PMP算法中的协变量，控制电池SOC状态并降低新能源汽车的燃料消耗，包括：
[0022]通过比例积分控制器调整协变量的值，得到PI
‑
PMP控制策略；
[0023]根据哈密顿函数中的协变量，获取所述协变量和电池荷电状态SOC的关系，所述协变量的值通过下式获得：
[0024][0025]其中，λ0为协变量的初始值，SOC
ref
为参考SOC轨迹。
[0026]另一方面，本专利技术实施例还提供了一种新能源汽车能量管理系统，包括：
[0027]模型构建模块，用于根据新能源汽车中燃料电池汽车动力系统的构型，对所述燃料电池汽车的电机系统、燃料电池系统和锂电池系统进行建模；
[0028]能量控制模块，用于针对建模结果，构建以氢耗变量为优化目标的能量控制策略，并利用极小值原理对所述能量控制策略进行求解；
[0029]能量协调模块，用于根据燃料电池的不同协变量对所述能量控制策略计算结果的影响，通过PI控制器调整PMP算法中的协变量，控制电池SOC状态并降低新能源汽车的燃料消耗。
[0030]进一步的，所述模型构建模块包括关系获取单元，所述关系获取单元用于：
[0031]根据车辆纵向动力学原理，获取车辆行驶过程中的需求功率 P
dem
；
[0032]根据车辆电机的工作效率η
mot
与车辆行驶的状态，获取车辆的需求功率与电机电能和机械能存在的关系，所述车辆电机由燃料电池和锂电池共同提供电能，并将电能P
mot
转换为机械能P
em
；
[0033]根据所述燃料电池中氢气和氧气电化学反应的化学能转化为电能的原理，获取氢耗与系统输出功率P
fc
的关系；
[0034]通过所述锂电池中电阻和开路电压组成的等效电路模型捕捉所述锂电池的动态特性，得到所述锂电池电池荷电状态SOC与电流I
b
、容量Q
b
、开路电压V
oc
、内阻R
b
、功率P
b
的关系。
[0035]进一步的，所述能量控制模块包括极小值求解单元，所述极小值求解单元用于：
[0036]根据驾驶动力需求和燃油经济性，构建以整个驾驶过程中累计耗氢量为目标函数的能量管理策略；
[0037]所述目标函数表示为：
[0038][0039]其中，P
b,max
和P
b,min
分别为电池的最大功率和最小功率，P
fc,max
和 P
fc,min
分别为燃料电池系统的最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源汽车能量管理方法，其特征在于，所述方法包括：根据新能源汽车中燃料电池汽车动力系统的构型，对所述燃料电池汽车的电机系统、燃料电池系统和锂电池系统进行建模；针对建模结果，构建以氢耗变量为优化目标的能量控制策略，并利用极小值原理对所述能量控制策略进行求解；根据燃料电池的不同协变量对所述能量控制策略计算结果的影响，通过PI控制器调整PMP算法中的协变量，控制电池SOC状态并降低新能源汽车的燃料消耗。2.根据权利要求1所述的新能源汽车能量管理方法，其特征在于，所述根据新能源汽车中燃料电池汽车动力系统的构型，对所述燃料电池汽车的电机系统、燃料电池系统和锂电池系统进行建模，包括：根据车辆纵向动力学原理，获取车辆行驶过程中的需求功率P
dem
；根据车辆电机的工作效率η
mot
与车辆行驶的状态，获取车辆的需求功率与电机电能和机械能存在的关系，所述车辆电机由燃料电池和锂电池共同提供电能，并将电能P
mot
转换为机械能P
em
；根据所述燃料电池中氢气和氧气电化学反应的化学能转化为电能的原理，获取氢耗与系统输出功率P
fc
的关系；通过所述锂电池中电阻和开路电压组成的等效电路模型捕捉所述锂电池的动态特性，得到所述锂电池电池荷电状态SOC与电流I
b
、容量Q
b
、开路电压V
oc
、内阻R
b
、功率P
b
的关系。3.根据权利要求1所述的新能源汽车能量管理方法，其特征在于，所述对建模结果，构建以氢耗变量为优化目标的能量控制策略，并利用极小值原理对所述能量控制策略进行求解，包括：根据驾驶动力需求和燃油经济性，构建以整个驾驶过程中累计耗氢量为目标函数的能量管理策略；所述目标函数表示为：其中，P
b,max
和P
b,min
分别为电池的最大功率和最小功率，P
fc,max
和P
fc,min
分别为燃料电池系统的最大输出功率和最小输出功率，SOC
high
和SOC
low
分别为电池荷电状态上下限；通过PMP方法求解所述目标函数的最优控制问题，其中，电池SOC作为状态变量，燃料电池输出功率P
fc
作为控制变量，定义哈密顿函数H，根据哈密尔顿函数最小的条件，获取所述目标函数的解。4.根据权利要求1所述的新能源汽车能量管理方法，其特征在于，所述根据燃料电池的不同协变量对所述能量控制策略计算结果的影响，通过PI控制器调整PMP算法中的协变量，控制电池SOC状态并降低新能源汽车的燃料消耗，包括：通过比例积分控制器调整协变量的值，得到PI
‑
PMP控制策略；
根据哈密顿函数中的协变量，获取所述协变量和电池荷电状态SOC的关系，所述协变量的值通过下式获得：其中，λ0为协变量的初始值，SOC
ref
为参考SOC轨迹。5.一种新能源汽车能量管理系统，其特征在于，包括：模型构建模块，用于根据新能源汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢程，吕仁志，王俊杰，何杰，华卉，魏小栋，
申请(专利权)人：湖南精准信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：