一种氢燃料电池混动汽车能量管理方法、系统及存储介质

本发明涉及混合动力汽车能量管理，具体涉及一种氢燃料电池混动汽车能量管理方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、氢燃料电池汽车是氢能与新能源汽车的结合，具有噪声低、清洁环保、工作效率高、氢气加注速率快等方面优势。在应对能源转型与环境恶化问题时，氢燃料电池汽车已经成为未来汽车行业发展的必然趋势。但氢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。

2、现有的燃料电池混合动力系统的能量管理控制策略多基于规则或优化算法进行控制，其中基于规则的策略大多是依据专家经验，基于优化算法的策略大多存在一定的局限或计算较为复杂。此外，现有的燃料电池混合动力系统的能量管理控制策略大多针对单一行驶工况，在面对复杂多变的工况时缺乏对实际行驶条件和用户需求的动态调整能力，不能在降低整车氢气消耗的同时提高燃料电池运行效率，长此以往不利于提高整车的燃料经济性。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种氢燃料电池混动汽车能量管理方法、系统及存储介质，旨在提供一种创新的技术解决方案，同时解决现有的燃料电池混合动力系统的能量管理控制策略不能在降低整车氢气消耗的同时提高燃料电池运行效率的问题。

2、本发明结合等效氢耗最小模型和议价博弈模型，利用等效氢耗最小的函数优化议价博弈的控制参数，不仅同时考虑了氢燃料电池混动汽车的燃料经济性与燃料电池运行效率，而且在降低整车氢气消耗的同时，一定程度上提高了燃料电池运行效率，从而整体提高了氢燃料电池混动汽车的整车经济性。

3、本发明提供了一种氢燃料电池混动汽车能量管理方法，具体步骤为：

4、s1、在车辆启动后，获取汽车实时运行状态数据，包括动力电池当前时刻荷电状态和负载需求功率；

5、s2、将步骤s1中获得的汽车实时运行状态数据作为输入量输入预先设置的整车等效氢耗量模型中进行求解，输出整车等效氢耗最小时的动力电池输出功率；

6、s3、将步骤s1中获取的负载需求功率、步骤s2中求解的整车等效氢耗最小时的动力电池输出功率以及预设的氢燃料电池高效运行功率作为输入量输入预先设置的议价博弈整车能量模型中进行求解，输出氢燃料电池与动力电池能量博弈纳什均衡解，具体为：

7、1）将步骤s2中求解的整车等效氢耗最小时的动力电池输出功率和预设的氢燃料电池高效运行功率作为输入量输入预先设置的议价博弈整车能量模型中进行求解，输出氢燃料电池最佳输出功率；

8、2）基于步骤1）中的输出的氢燃料电池最佳输出功率与步骤s1中获取的负载需求功率求出动力电池最佳输出功率，计算公式如下：

9、，

10、式中，为氢燃料电池最佳输出功率，为负载需求功率，为动力电池最佳输出功率；

11、s4、整车能量控制器基于步骤s3中获得的氢燃料电池与动力电池能量博弈纳什均衡解进行全程能量管理控制。

12、优选的，所述步骤s1中动力电池当前时刻荷电状态计算公式如下所示：

13、，

14、式中，动力电池初始荷电状态，为动力电池工作电流，为动力电池最大荷电容量；

15、负载需求功率计算公式如下所示：

16、，

17、式中，为传动效率， m为车辆质量，为重力加速度， f为滚动摩擦系数，为坡道角度，为旋转质量系数， v为车辆速度，为空气阻力系数， a为迎风面积。

18、优选的，所述整车等效氢耗量模型如下所示：

19、，

20、，

21、，

22、，

23、式中，为整车等效氢耗量，为氢燃料电池的氢耗量，为动力电池等效氢耗量，为氢燃料电池输出功率，为氢燃料电池的氢耗量拟合曲线中的常数，为动力电池输出功率，为氢燃料电池的平均氢耗量，为氢燃料电池的平均功率，为动力电池放电效率，为动力电池充电效率，为动力电池平均放电效率，为动力电池平均充电效率， k为动力电池等效氢耗量的等效因子，和分别为动力电池荷电状态的最低值和最高值；为动力电池soc的平衡系数，用于限制动力电池soc的波动。

24、优选的，所述整车等效氢耗量模型中等效氢耗最小的函数如下所示：

25、，

26、，

27、式中，为氢燃料电池输出功率，为动力电池输出功率，为整车等效氢耗最小时的动力电池输出功率，为整车等效氢耗最小时的动力电池输出功率，为整车等效氢耗量，为动力电池等效氢耗量，为氢燃料电池的氢耗量拟合曲线中的常数， k为动力电池等效氢耗量的等效因子；

28、其中，等效氢耗最小的函数的约束条件为：

29、；

30、；

31、；

32、式中，为氢燃料电池输出功率的最大值，为动力电池电压，和分别为动力电池电压的最小值和最大值。

33、优选的，所述议价博弈整车能量模型具体构建步骤为：

34、s31：获取汽车历史工作数据；

35、s32：基于世界轻型车测试规程wltp标准和步骤s31中获得的汽车历史工作数据计算汽车历史运行状态数据、整车等效氢耗最小时的动力电池输出功率和氢燃料电池高效运行功率；

36、s33、将氢燃料电池混动汽车每一运动时刻作为一个独立的讨价还价博弈过程，每一时刻的氢燃料电池和动力电池分别作为讨价还价博弈的两个参与者，每一过程中讨价还价的目标为当前时刻的负载需求功率；

37、s34、设定氢燃料电池贴现因子和动力电池贴现因子；

38、s35、在讨价还价博弈中，由氢燃料电池首先提出分配方案，动力电池可以决定接受或拒绝，如果动力电池接受，则博弈结束，负载需求功率按氢燃料电池的方案分配；如果动力电池拒绝，动力电池将提出新的分配方案，由氢燃料电池决定是否接受，双方进行有限期的动态博弈，获得的纳什均衡解计算公式如下：

39、，

40、式中，为氢燃料电池最佳输出功率，为整车等效氢耗最小时的动力电池输出功率，为氢燃料电池高效运行功率，为氢燃料电池贴现因子，为动力电池贴现因子；

41、s36、讨价还价博弈结束时，双方为了达到各自的最大收益，会达成纳什均衡解，纳什均衡解的结果即为博弈的最优解。

42、优选的，氢燃料电池高效运行功率为氢燃料电池效率最高点，计算公式如下所示：

43、，

44、，

45、式中，为氢燃料电池效率取得最大值所对应的输出功率，为单片氢燃料电池的输出电压；为氢燃料电池输出功率；e与氢燃料电池电堆的反应热相关；为燃料利用率，取值范围为0.99～1；为氢燃料电池的系统辅机功率。

46、优选的，所述步骤s32中历史运行状态数据包括负载需求功率和动力电池当前时刻荷电状态，其中计算负载需求功率时用到的车辆速度数据使用wltp标准中的测试数据，其余数据均使用汽车历史工作数据；同时，整车等效氢耗最小时的动力电池输出功率是基于步骤s32中获得的汽车历史运行状态数据在整车等效氢耗量模型中求解获得。

47、优选的，所述步骤s34中氢燃料电池贴现因子是依据氢燃料电池初始需求，即提高自身运行效率而设置，取值为0.5；动力电池贴现因子是依据动力电池初始需求，即降低氢气消耗并使得整车等效氢耗量达到最小而设置，取值为0.85；

48、此外，所述步骤s35中氢燃料电池与动力电池博弈次数为一次。

49、本发明还提供了一种氢燃料电池混动汽车能量管理系统，用于实现一种氢燃料电池混动汽车能量管理方法，具体包括：

50、数据获取模块，用于获取汽车实时运行状态数据，包括负载需求功率和动力电池当前时刻荷电状态；

51、等效氢耗求解模块，用于将获取的汽车实时运行状态数据输入预先设置的整车等效氢耗量模型中求解，输出整车等效氢耗最小时的动力电池输出功率；

52、议价博弈求解模块，用于将数据获取模块中获取的负载需求功率、等效氢耗求解模块求解的整车等效氢耗最小时的动力电池输出功率以及预设的氢燃料电池高效运行功率作为输入量输入预先设置的议价博弈整车能量模型中进行求解，输出氢燃料电池与动力电池能量博弈纳什均衡解；所述议价博弈求解模块包括氢燃料电池最佳输出功率求解模块和动力电池最佳输出功率求解模块，其中氢燃料电池最佳输出功率求解模块将整车等效氢耗最小时的动力电池输出功率和预设的氢燃料电池高效运行功率输入议价博弈整车能量模型中求解，获得氢燃料电池最佳输出功率；动力电池最佳输出功率求解模块，接收数据获取模块中获取的负载需求功率和氢燃料电池最佳输出功率求解模块中求解的氢燃料电池最佳输出功率，求解出动力电池最佳输出功率；

53、能量控制模块，用于将获得的氢燃料电池最佳输出功率与动力电池最佳输出功率输入整车控制器中进行全程能量管理控制。

54、此外，本发明还提供了存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，即可实现一种氢燃料电池混动汽车能量管理方法。

55、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

56、1、本发明在氢燃料电池混动汽车全程行驶过程中结合等效氢耗最小模型和议价博弈模型进行全程能量管理控制，不仅同时考虑了氢燃料电池混动汽车的燃料经济性与燃料电池运行效率，而且在降低整车氢气消耗的同时，一定程度上提高了燃料电池运行效率，从而整体提高了氢燃料电池混动汽车的整车经济性。

57、2、本发明结合等效氢耗最小模型和议价博弈模型对燃料电池混动汽车进行全程能量管理控制，不仅克服了议价博弈模型未考虑动力电池等效氢耗最小的缺陷，而且比只使用等效氢耗最小模型对燃料电池混动汽车进行全程能量管理控制的综合性能更为优越。

58、3.本发明为现有燃料电池混合动力系统的能量管理控制策略提供了一种创新的技术解决方案。