氢燃料电池汽车基于等效氢耗最小的能量管理方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车能量管理领域，特别涉及一种氢燃料电池汽车基于等效氢耗最小的能量管理方法。

背景技术

氢燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生电能作为动力的新能源汽车。目前，绝大部分汽车都以汽油、柴油为燃料，不仅消耗了大量的石油资源，而且汽车尾气造成了严重的大气污染。为应对此资源问题和环境问题，因此未来新能源汽车将成为主要的交通工具。燃料电池储氢系统中氢罐的容量有限，氢气的合理利用也成了燃料电池技术中很重要的一步。

目前，燃料电池混合动力系统的能量管理控制策略主要有开关控制策略和功率跟随控制策略两大类。开关控制策略的优点是稳定，有利于增加系统寿命，但是缺点也是比较明显：这种策略车辆会出现动力性受限；但是跟随模式的控制相当复杂，这种控制模式中，燃料电池系统需要能够提供车辆驱动的平均功率，所以一般适用于电堆功率较大的电电混合系统。在实际的过程中上述两种方案均存在一定的缺陷，因此，本文提出的等效氢耗最小的能量管理策略，能够优化燃料电池系统和动力电池系统的功率分配，实现燃料电池能量管理的最优选择，实现在同等条件下的最小氢耗量，实现燃料经济性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供氢燃料电池汽车基于等效氢耗最小的能量管理方法，能够优化燃料电池系统和动力电池系统的功率分配，实现燃料电池能量管理的最优选择，增加续航能力，实现燃料经济性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：氢燃料电池汽车基于等效氢耗最小的能量管理方法，实时获取氢燃料电池汽车中的离电池的SOC以及车辆负载需求功率Pload；

将蓄电池的SOC和负载需求功率Pload作为输入量送入到预先设置的等效氢耗量计算的目标函数中；

以设置的约束条件对目标函数进行多变量有约束最优值求解，得到等效氢耗最小时的锂电池功率和燃料电池功率，以等效氢耗最小时的锂电池功率和燃料电池功率进行功率控制。

预先设置的等效氢耗量计算的目标函数为:

分别求出氢燃料电池的等效氢耗、锂电池的等效氢耗，将两者相加并作为目标函数。

氢燃料电池的等效氢耗

其中

锂电池氢耗的等效计算为：当P

对目标函数进行多变量有约束最优值求解是指基于约束条件求取目标函数的最小值

P

P

电池荷电状态的最低值；SOC

对目标函数采用求解非线性多元函数最小值的方法求解出目标函数最小值对应的锂电池功率、燃料电池功率。

本发明的优点在于：对燃料电池混合动力系统的燃料电池功率、动力电池功率进行功率分配，实现燃料电池能量管理的最优选择，增加续航能力，实现燃料经济性；实现在同等条件下的最小氢耗量，实现燃料经济性。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明最小氢耗量的能量管理模型示意图；

图2为本发明求解目标函数输出对应的锂电池功率、氢燃料电池功率的流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例1：增程式的氢燃料电池混合动力系统包括锂电池动力系统和燃料电池系统，如何分配两者的功率以减少氢耗提高续航是这种混合动力的氢燃料电池的技术难题，基于此，本申请提供的最小氢耗量的氢燃料电池汽车的能量管理系统，主要用于分配氢燃料电池功率和锂电池功率；以最小氢耗为目的，采用最小氢耗计算的方法得到氢燃料电池的功率、锂电池的功率，并控制电池按照分配的功率进行功率输出，为汽车提供动力。具体方案如下：

如图1、2所示，氢燃料电池汽车基于等效氢耗最小的能量管理方法，包括如下步骤：实时获取氢燃料电池汽车中的离电池的SOC以及车辆负载需求功率P

将蓄电池的SOC和负载需求功率Pload作为输入量送入到预先设置的等效氢耗量计算的目标函数中；

以设置的约束条件对目标函数进行多变量有约束最优值求解，得到等效氢耗最小时的锂电池功率和燃料电池功率，以等效氢耗最小时的锂电池功率和燃料电池功率进行功率控制。

其中预先设置的等效氢耗量计算的目标函数求解方式为：分别求出氢燃料电池的等效氢耗、锂电池的等效氢耗，将两者相加并作为目标函数。氢燃料电池的等效氢耗

其中

锂电池氢耗的等效计算为：当P

对目标函数采用求解非线性多元函数最小值的方法求解出目标函数最小值对应的锂电池功率、燃料电池功率。对目标函数进行多变量有约束最优值求解是指基于约束条件求取目标函数的最小值

P

P

本文提出的等效氢耗最小的能量管理策略，能够优化燃料电池系统和动力电池系统的功率分配，实现燃料电池能量管理的最优选择，实现在同等条件下的最小氢耗量，实现燃料经济性。

在本文设定的燃料电池电动汽车中，所述燃料电池系统的输入量包括蓄电池SOC和负载需求功率P

燃料电池的氢耗

锂电池氢耗(m

那么目标函数求解最小值就可以表示为为等效氢耗量

约束条件为：P

备注：SOC：电池荷电状态；

SOC

P

P

本申请的管理方法集成在电池管理系统或车辆的车载控制器中进行实时的计算，得到实时的锂电池功率和氢燃料电池功率，然后以这些功率来对应的控制电池的输出功率，从而达到氢耗最小的能量管理策略，进而提升了能量管理及续航里程。

本申请通过MATLAB软件的SIMULINK平台进行等效氢耗最小的能量管理策略建立，在本文设定的燃料电池电动汽车中，燃料电池系统的输入量包括蓄电池SOC和负载需求功率P

那么目标函数就为等效氢耗量

最后使用matlab中-fmincon函数求解得最低氢耗量下的燃料电池和锂电池的需求功率，此过程实现了定义目标函数、定义约束、最后求解最优解得到最小氢耗量以及最小氢耗量对应的锂电池功率和氢燃料电池的功率，然后可以根据这个功率来实现控制。

在本申请中的各字母的含义分别为ECMS：等效消耗最小策略；

SOC：电池荷电状态

P

P

P

I

P

P

如图1所示，在实际的车辆运行过程中，通过ECMS策略对应输出氢燃料电池功率和锂电池功率。其中锂电池SOC、负载功率需求作为输入进入ECMS中然后输出最小氢耗下的功率。如图2所示，能量管理策略为首先启动后获取对应的目标函数所需的变量数值，然后计算氢耗量然后得到的氢耗量的目标函数进行优化计算，根据约束条件进行约束计算得到目标函数最小时此时氢耗量最小，然后得到目标函数最小时对应的锂电池功率和燃料电池功率，然后输出氢燃料电池功率和燃料电池功率P

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。