本發(fā)明實(shí)施例涉及車輛工程，尤其涉及一種車輛能量管理方法及車輛。

背景技術(shù)：

1、為應(yīng)對(duì)能源和環(huán)境危機(jī)，實(shí)現(xiàn)可社會(huì)持續(xù)發(fā)展，世界各地都致力于新能源汽車開(kāi)發(fā)。燃料電池混合動(dòng)力汽車(fuel?cell?hybrid?electric?vehicle，fchev)克服了純電動(dòng)汽車充電不夠快捷以及傳統(tǒng)混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率不高且燃料替代率不高的缺陷，被認(rèn)為是當(dāng)前非常具有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉葱问街弧Ｄ芰抗芾硎墙档托履茉雌嚹芎?，緩解續(xù)航里程焦慮，減少使用成本的重要研發(fā)內(nèi)容之一，同時(shí)合理的充放電能夠延長(zhǎng)儲(chǔ)能電池的使用壽命。

2、選定性能指標(biāo)是進(jìn)行能量管理的重要環(huán)節(jié)之一，合適的性能指標(biāo)可以保證能量管理的有效性、實(shí)用性和求解效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種車輛能量管理方法及車輛，以達(dá)到平衡車輛的性能和燃料電池的壽命，在滿足車輛運(yùn)行需求的同時(shí)，最大程度減少燃料電池和動(dòng)力電池的衰減，延長(zhǎng)其使用壽命的目的。

2、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種車輛能量管理方法，用于燃料電池混動(dòng)車輛的能量管理，燃料電池混動(dòng)車輛包括燃料電池和動(dòng)力電池，燃料電池用于車輛續(xù)航，動(dòng)力電池用于補(bǔ)充瞬時(shí)功率，方法包括：

3、獲取預(yù)設(shè)車輛運(yùn)行工況；

4、在所述預(yù)設(shè)車輛運(yùn)行工況下，構(gòu)建狀態(tài)變量方程和控制變量方程，基于所述狀態(tài)變量方程和控制變量方程確定代數(shù)約束方程；

5、基于車輛運(yùn)行負(fù)荷和車輛啟停次數(shù)構(gòu)建燃料電池衰減量方程；

6、基于動(dòng)力電池電流構(gòu)建動(dòng)力電池安時(shí)流通量方程；

7、將燃料電池衰減量作為目標(biāo)量，以所述預(yù)設(shè)車輛工況中燃料電池衰減量最小為目標(biāo)，基于非線性規(guī)劃方法，對(duì)所述代數(shù)約束方程求解，得到最優(yōu)狀態(tài)變量和最優(yōu)控制變量；

8、基于所述最優(yōu)狀態(tài)變量和所述最優(yōu)控制變量對(duì)所述燃料電池混動(dòng)車輛進(jìn)行能量管理；

9、其中，狀態(tài)變量包括動(dòng)力電池功率、燃料電池功率；控制變量包括動(dòng)力電池電流、燃料電池電流；

10、所述動(dòng)力電池功率和所述燃料電池功率構(gòu)成所述預(yù)設(shè)車輛運(yùn)行工況下的車輛需求功率；

11、采用燃料電池功率表征所述車輛運(yùn)行負(fù)荷，所述車輛運(yùn)行負(fù)荷包括怠速運(yùn)行、大變載運(yùn)行、高負(fù)荷運(yùn)行中的一種或多種，不同所述車輛運(yùn)行負(fù)荷對(duì)應(yīng)不同的燃料電池功率區(qū)間。

12、可選的，所述燃料電池衰減量通過(guò)下式表示：

13、

14、式中，表示燃料電池衰減量，kp表示衰減率修正系數(shù)，k1表示怠速運(yùn)行修正系數(shù)，k2表示大變載運(yùn)行衰減系數(shù)，k3表示高負(fù)荷運(yùn)行衰減系數(shù)，k4表示啟停衰減系數(shù)，t1表示怠速運(yùn)行時(shí)間，t2表示大變載運(yùn)行時(shí)間，t3表示高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間，n表示啟停次數(shù)。

15、可選的，所述動(dòng)力電池安時(shí)流通量方程采用下式表示：

16、aheff(t)＝∫0tfσ(t)|ib|dt

17、

18、式中，ageff(t)表示動(dòng)力電池安時(shí)流通量，σ為用于平衡充放電倍率、溫度和放電深度的懲罰因子，kb為電池充放電倍率，ib為動(dòng)力電池電流，q表示動(dòng)力電池容量。

19、可選的，所述狀態(tài)變量方程包括：

20、pb(t)＝ib(t)vb(t)

21、pfc(t)＝ifc(t)vfc_out(t)

22、式中，pb(t)表示t時(shí)刻的動(dòng)力電池功率，ib(t)表示t時(shí)刻的動(dòng)力電池電流，vb(t)表示t時(shí)刻的動(dòng)力電池電壓，pfc(t)表示t時(shí)刻的燃料電池功率，ifc(t)表示t時(shí)刻的燃料電池電流，vfc_out(t)表示t時(shí)刻的燃料電池電壓；

23、當(dāng)ib(t)>0時(shí)，動(dòng)力電池處于放電狀態(tài)，當(dāng)ib(t)<0時(shí)，動(dòng)力電池處于充電狀態(tài)；

24、所述控制變量方程包括：

25、vb(t)＝ub(socb(t)-ib(t)rbsocb(t))

26、

27、式中，socb(t)表示t時(shí)刻的動(dòng)力電池soc，rb表示動(dòng)力電池內(nèi)阻，ub表示動(dòng)力電池開(kāi)路電壓，ufc表示燃料電池開(kāi)路電壓，rfc表示燃料電池內(nèi)阻，f1()表示預(yù)設(shè)函數(shù)。

28、可選的，還包括將所述車輛需求功率作為求解最優(yōu)狀態(tài)變量和最優(yōu)控制變量的約束條件，所述車輛需求功率與動(dòng)力電池功率和燃料電池功率滿足下式：

29、充電

30、放電

31、式中，pd表示車輛需求功率，pb表示動(dòng)力電池功率，pfc表示燃料電池功率，ηdcdc表示dc/dc轉(zhuǎn)換器效率，ηre表示動(dòng)能回收效率，ηm表示電機(jī)效率。

32、可選的，還包括將動(dòng)力電池soc作為求解最優(yōu)狀態(tài)變量和最優(yōu)控制變量的約束條件；

33、所述動(dòng)力電池soc的約束滿足下式：

34、socb_min≤socb≤socb_max

35、socb表示動(dòng)力電池soc，socb_min表示動(dòng)力電池soc最小值，socb_max表示動(dòng)力電池soc最大值；

36、所述動(dòng)力電池soc基于所述動(dòng)力電池電流確定。

37、可選的，所述動(dòng)力電池soc通過(guò)下式表示：

38、

39、式中，socb(t)表示動(dòng)力電池t時(shí)刻的soc，socb(t0)表示動(dòng)力電池的初始soc，ib(t)表示t時(shí)刻的動(dòng)力電池電流，q表示電池容量。

40、可選的，所述非線性規(guī)劃方法采用radau偽譜法。

41、可選的，所述預(yù)設(shè)車輛運(yùn)行工況為nedc工況。

42、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提出一種車輛，所述車輛配置為執(zhí)行本發(fā)明實(shí)施例記載的任意一種車輛能量管理方法。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出一種車輛能量管理方法，該方法包括基于車輛運(yùn)行負(fù)荷和車輛啟停次數(shù)構(gòu)建燃料電池衰減量方程；將燃料電池衰減量和動(dòng)力動(dòng)力電池安時(shí)流通量作為目標(biāo)量，基于非線性規(guī)劃方法，對(duì)狀態(tài)變量方程和控制變量方程求解，得到最優(yōu)狀態(tài)變量和最優(yōu)控制變量；基于最優(yōu)狀態(tài)變量和最優(yōu)控制變量對(duì)車輛進(jìn)行能量管理，其中，將燃料電池衰減量和動(dòng)力動(dòng)力電池安時(shí)流通量作為目標(biāo)量對(duì)狀態(tài)變量和控制變量進(jìn)行求解，可以更好地平衡車輛的性能和燃料電池及動(dòng)力電池的壽命，有助于在滿足車輛運(yùn)行需求的同時(shí)，最大程度減少燃料電池和動(dòng)力電池的衰減，延長(zhǎng)其使用壽命；同時(shí)，延長(zhǎng)燃料電池和動(dòng)力電池的壽命，可減少更換燃料電池和動(dòng)力電池的頻率，可以降低車輛的維護(hù)成本和使用成本，減緩燃料電池的衰減能夠增強(qiáng)整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，減少故障發(fā)生的可能性，車輛在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)因?yàn)槿剂想姵氐男阅芸焖傧陆刀霈F(xiàn)意外故障；在考慮衰減的情況下進(jìn)行控制量求解，可以促使系統(tǒng)更高效地利用能源，提高能源利用效率；此外，狀態(tài)變量和控制變量能夠適應(yīng)不同的車輛使用場(chǎng)景和運(yùn)行條件，滿足各種工況提供最優(yōu)的控制策略。

技術(shù)特征：

1.一種車輛能量管理方法，用于燃料電池混動(dòng)車輛的能量管理，燃料電池混動(dòng)車輛包括燃料電池和動(dòng)力電池，燃料電池用于車輛續(xù)航，動(dòng)力電池用于補(bǔ)充瞬時(shí)功率，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的車輛能量管理方法，其特征在于，所述燃料電池衰減量通過(guò)下式表示：

3.如權(quán)利要求1所述的車輛能量管理方法，其特征在于，所述動(dòng)力電池安時(shí)流通量方程采用下式表示：

4.如權(quán)利要求1所述的車輛能量管理方法，其特征在于，所述狀態(tài)變量方程包括：

5.如權(quán)利要求4所述的車輛能量管理方法，其特征在于，還包括將所述車輛需求功率作為求解最優(yōu)狀態(tài)變量和最優(yōu)控制變量的約束條件，所述車輛需求功率與動(dòng)力電池功率和燃料電池功率滿足下式：

6.如權(quán)利要求1所述的車輛能量管理方法，其特征在于，還包括將動(dòng)力電池soc作為求解最優(yōu)狀態(tài)變量和最優(yōu)控制變量的約束條件；

7.如權(quán)利要求6所述的車輛能量管理方法，其特征在于，所述動(dòng)力電池soc通過(guò)下式表示：

8.如權(quán)利要求1所述的車輛能量管理方法，其特征在于，所述非線性規(guī)劃方法采用radau偽譜法。

9.如權(quán)利要求1所述的車輛能量管理方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)車輛運(yùn)行工況為nedc工況。

10.一種車輛，其特征在于，所述車輛配置為執(zhí)行權(quán)利要求1至9任一所述的車輛能量管理方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種車輛能量管理方法，方法包括：獲取預(yù)設(shè)車輛運(yùn)行工況；在預(yù)設(shè)車輛運(yùn)行工況下，構(gòu)建狀態(tài)變量方程和控制變量方程，基于狀態(tài)變量方程和控制變量方程確定代數(shù)約束方程；基于車輛運(yùn)行負(fù)荷和車輛啟停次數(shù)構(gòu)建燃料電池衰減量方程；構(gòu)建動(dòng)力電池安時(shí)流通量方程；將燃料電池衰減量以及動(dòng)力電池安時(shí)流通量作為目標(biāo)量，以提高預(yù)設(shè)車輛工況中燃料電池壽命和動(dòng)力電池壽命為目標(biāo)，基于非線性規(guī)劃方法，對(duì)代數(shù)約束方程求解，得到最優(yōu)狀態(tài)變量和最優(yōu)控制變量；基于最優(yōu)狀態(tài)變量和最優(yōu)控制變量對(duì)燃料電池混動(dòng)車輛進(jìn)行能量管理。

技術(shù)研發(fā)人員：陳煜中,覃升,黎曉然
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州巨灣技研有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6