基于制动工况预测的混合动力系统及能量管理方法、系统与流程

本发明涉及数轨车辆混合动力及网络控制系统，特别涉及基于制动工况预测的混合动力系统及能量管理方法、系统。

背景技术：

1、在车载动力系统方面，由燃料电池/超级电容组成的混合动力系统技术相对成熟，已被广泛应用。目前现有在线控制技术，大都基于优化整体的功耗函数的结果，来实现对系统的控制，但考虑到超级电容并不会产生或消耗氢气，故目前的电-氢转化方法主要是通过将超级电容的瞬时充放电功率等效为氢能的瞬时损耗，实现对全系统瞬时功率的优化。

2、然而，针对混合动力系统的能量管理方法却仍存在一定缺陷。现有技术虽然能提高氢能的利用率，但在电-氢转换精度方面仍有待进一步提高，且现有技术中许多参数过于依赖经验取值，不具有普适性。因此，混合动力系统的能量管理而言，由于负载工况的波动及控制精度的联合作用，将叠加影响控制的准确性，不利于系统稳定运行。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于制动工况预测的混合动力系统及能量管理方法、系统，通过对超级电容在制动过程中的状态进行预测，有效解决能量管理过程中的电-氢换算问题，进而提升系统的控制精度，达到降低车辆运行维护成本的目标。

2、一种基于制动工况预测的混合动力系统能量管理方法，包括如下步骤：

3、s100、计算由燃料电池系统和超级电容系统构成的的功耗参数；

4、s200、获取采用所述混合动力系统的车辆运行状态信号；

5、s300、基于车辆运行状态信号判断车辆是否处于制动状态，若车辆处于制动状态，则执行s4，反之则执行s6；

6、s400、获取车辆速度传感器信号；

7、s500、基于车辆速度计算并更新制动估算系数k；

8、s600、基于制动估算系数k计算燃料电池系统所级联的dc/dc变换器输出功率设定点pfcset。

9、混合动力系统的功耗参数包括燃料电池系统功耗曲线拟合系数a、b和c以及超级电容系统的功耗参数r和rs。

10、燃料电池系统功耗曲线拟合系数a、b和c的计算公式如下：

11、

12、式中，qfc为燃料电池的瞬时功耗，pfc为燃料电池净输出功率；

13、所述超级电容系统的功耗参数r为等效电路中并联电阻阻值，rs为等效电路中串联电阻阻值。

14、车辆运行状态信号至少包括制动状态、牵引状态以及惰性状态。

15、车辆运行状态信号获取方法如下：

16、通过车载以太网总线获取档位信息，当档位信号值小于0时，车辆处于制动状态，当档位信号等于0时，车辆处于惰性状态，当档位信号大于0时，车辆处于牵引状态。

17、s400中所获取车辆速度传感器信号为车辆进入制动状态瞬间的速度传感器测量值。

18、制动估算系统k的计算公式如下：

19、

20、式中，p1、p2、p3和p4分别为基于历史工况数据，通过四次方程拟合所得到的拟合系数；ucoa为车辆在制动状态末端的超级电容系统的电压值。

21、车辆在制动状态末端的超级电容系统的电压值ucoa的计算公式如下：

22、

23、式中，q1为二次项拟合系数；q2为一次项拟合系数；q3为常数项拟合系数；vmax为行驶阶段的最大速度值。

24、燃料电池系统所级联的dc/dc变换器输出功率设定点pfcset的计算公式如下：

25、

26、式中，usc为超级电容在该时刻的端电压；preq为车辆主控器接收到牵引系统发出的母线需求功率数据；k为制动估算系数；rs为超级电容系统的功耗参数。

27、一种混合动力系统的能量管理系统，用于实施上述能量管理方法，包括：

28、功耗参数计算模块，用于计算混合动力系统的功耗参数；

29、运行状态获取模块，用于获取采用所述混合动力系统的车辆运行状态信号；

30、判断模块，用于判断车辆是否处于制动状态；

31、车辆速度获取模块，用于获取车辆速度传感器信号；

32、制动估算系数计算模块，基于车辆速度计算制动估算系数；以及

33、输出功率计算模块，基于制动估算系统，计算燃料电池系统所级联的dc/dc变换器输出功率设定点。

34、一种混合动力系统，包括上述能量管理系统。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用基于制动前最大行驶速度来预测制动估算系数的方式，使得燃料电池系统的输出功率更为合理，有效提升了混合动力系统的燃料经济性，减少了车辆的运营成本；同时，基于输出设定点的限制，降低了燃料电池系统输功率波动，有效减缓了系统的老化进程，减少了系统的维护成本。

技术特征：

1.一种基于制动工况预测的混合动力系统能量管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的基于制动工况预测的混合动力系统能量管理方法，其特征在于，所述混合动力系统的功耗参数包括燃料电池系统功耗曲线拟合系数a、b和c以及超级电容系统的功耗参数r和rs；

3.如权利要求1所述的基于制动工况预测的混合动力系统能量管理方法，其特征在于，所述车辆运行状态信号至少包括制动状态、牵引状态以及惰性状态。

4.如权利要求3所述的基于制动工况预测的混合动力系统能量管理方法，其特征在于，所述车辆运行状态信号获取方法如下：

5.如权利要求1所述的基于制动工况预测的混合动力系统能量管理方法，其特征在于，所述s400中所获取车辆速度传感器信号为车辆进入制动状态瞬间的速度传感器测量值。

6.如权利要求1所述的基于制动工况预测的混合动力系统能量管理方法，其特征在于，所述制动估算系统k的计算公式如下：

7.如权利要求6所述的基于制动工况预测的混合动力系统能量管理方法，其特征在于，所述车辆在制动状态末端的超级电容系统的电压值ucoa的计算公式如下：

8.如权利要求2所述的基于制动工况预测的混合动力系统能量管理方法，其特征在于，所述燃料电池系统所级联的dc/dc变换器输出功率设定点pfcset的计算公式如下：

9.一种混合动力系统的能量管理系统，用于实施上述权利要求1-8任一项所述的能量管理方法，其特征在于，包括：

10.一种混合动力系统，其特征在于，包括如权利要求9所述的能量管理系统。

技术总结本发明公开了一种基于制动工况预测的混合动力系统及能量管理方法、系统，采用基于制动前最大行驶速度来预测制动估算系数的方式，使得燃料电池系统的输出功率更为合理，有效提升了混合动力系统的燃料经济性，减少了车辆的运营成本；同时，基于输出设定点的限制，降低了燃料电池系统输功率波动，有效减缓了系统的老化进程，减少了系统的维护成本。技术研发人员：陈志,綦芳,燕雨,杨丽,张亦研,戴鹏程受保护的技术使用者：中车南京浦镇车辆有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14