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CN115107538A - 汽车的能量管理方法及装置 - Google Patents

汽车的能量管理方法及装置 Download PDF

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CN115107538A
CN115107538A CN202210762818.1A CN202210762818A CN115107538A CN 115107538 A CN115107538 A CN 115107538A CN 202210762818 A CN202210762818 A CN 202210762818A CN 115107538 A CN115107538 A CN 115107538A
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CN
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time
fuel cell
power
lithium battery
hydrogen consumption
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张欢
王涛
赵金星
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Anhui Hualing Automobile Co Ltd
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Anhui Hualing Automobile Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种汽车的能量管理方法及装置，应用于能源领域，包括：根据汽车的动力系统的部件参数得到汽车的等效氢耗与时间的对应关系；根据燃料电池的性能衰退特性得到燃料电池的寿命损耗与时间的对应关系；根据等效氢耗与时间的对应关系及寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系；以使用成本的最小值为目标，确定当前时刻的燃料电池及锂电池的功率。降低等效氢耗可以满足当前降低汽车成本，降低寿命损耗可以提高燃料电池的使用寿命。燃料电池的功率以及锂电池的功率决定使用成本的值，以使用成本的最小值为目标确定燃料电池的功率以及锂电池的功率。在保证汽车的正常运行下，更好的分配燃料电池与锂电池的能量，满足多种工况。

Description

汽车的能量管理方法及装置
技术领域
本发明涉及能源领域，特别是涉及一种汽车的能量管理方法及装置。
背景技术
随着能源危机和环境污染日趋严峻，燃料电池汽车技术受到广泛关注。然而，因为燃料电池输出功率平稳，但车辆的动力需求变化频繁，燃料电池无法跟随快速变化的动力需求，变工况性能较差，所以采用燃料电池单独供能无法满足车辆动力需求的频繁变化。因此，在燃料电池基础上并联锂电池，车辆的动力系统包括燃料电池及锂电池，由锂电池充放电保证燃料电池和锂电池总输出功率实时跟随车辆需求功率，从而使动力系统始终满足车辆功率需求。在现有技术中，燃料电池及锂电池的能量分配不佳，可能会导致车辆的动力系统效率较低、寿命较低及燃料经济性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车的能量管理方法及装置，在保证汽车的正常运行下，更好的分配燃料电池与锂电池的能量，满足多种工况。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车的能量管理方法，包括：
根据所述汽车的动力系统的部件参数得到所述汽车的等效氢耗与时间的对应关系，所述动力系统包括燃料电池及锂电池，所述部件参数包括所述燃料电池的效率、所述燃料电池的功率、所述锂电池的充放电效率及所述锂电池的功率；
根据燃料电池的性能衰退特性得到燃料电池的寿命损耗与时间的对应关系，所述燃料电池的性能衰退特性包括所述燃料电池的功率；
根据等效氢耗与时间的对应关系及寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系；
以所述使用成本的最小值为目标，确定当前时刻的所述燃料电池及所述锂电池的功率。
优选的，根据所述汽车的动力系统的部件参数得到等效氢耗与时间的对应关系，包括：
根据所述汽车的动力系统的部件参数获取所述燃料电池的氢耗与时间的对应关系；
根据所述汽车的动力系统的部件参数获取所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系；
根据所述燃料电池的氢耗与时间的对应关系及所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系得到所述汽车的等效氢耗与时间的对应关系；
fH(tk)为在tk时刻时所述等效氢耗量，
Figure BDA0003724642690000021
其中
Figure BDA0003724642690000022
为在tk时刻时所述燃料电池的氢耗量，
Figure BDA0003724642690000023
为在tk时刻时所述锂电池的等效氢耗量。
优选的，根据所述汽车的动力系统的部件参数获取所述燃料电池的氢耗与时间的对应关系，包括：
所述燃料电池的氢耗与时间的对应关系为
Figure BDA0003724642690000024
其中，
Figure BDA0003724642690000025
为在tk时刻时所述燃料电池的氢耗量；Pfc(tk)为在tk时刻时燃料电池功率，ηfc(tk)为在tk时刻时燃料电池的效率，FHV为燃料电池的氢气热值。
优选的，根据所述汽车的动力系统的部件参数获取所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系，包括：
在所述锂电池处于放电过程时，所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系为：
Figure BDA0003724642690000026
其中，
Figure BDA0003724642690000027
为在tk时刻时所述锂电池的氢耗量，Pbat≥0，Pbat(tk)为在tk时刻时锂电池的输出功率，
Figure BDA0003724642690000028
为在当前周期时燃料电池的平均效率，ηdis(tk)为在tk时刻时锂电池的放电效率，
Figure BDA0003724642690000029
为在当前周期时动力系统的平均充电效率，FHV为燃料电池的氢气热值，所述当前周期的时长为△t；
在所述锂电池处于充电过程时，所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系为：
Figure BDA0003724642690000031
其中，
Figure BDA0003724642690000032
为在tk时刻时所述锂电池的氢耗量，Pbat<0，Pbat(tk)为在tk时刻时锂电池的输出功率，ηchg(tk)为在tk时刻时动力系统的充电效率，
Figure BDA0003724642690000033
为在当前周期时锂电池的平均放电效率，
Figure BDA0003724642690000034
为在当前周期时燃料电池的平均效率，FHV为燃料电池的氢气热值。
优选的，根据所述燃料电池的氢耗与时间的对应关系及所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系得到所述汽车的等效氢耗与时间的对应关系之后，还包括：
使用SOC修正因子对所述等效氢耗与时间的对应关系进行修正，修正后的所述等效氢耗与时间的对应关系为：
Figure BDA0003724642690000035
其中，fHC(tk)为在tk时刻时修正后的等效氢耗量，
Figure BDA0003724642690000036
为在tk时刻时所述燃料电池的氢耗量，kSOC(tk)为在tk时刻时所述SOC修正因子，
Figure BDA0003724642690000037
为在tk时刻时所述锂电池的等效氢耗量；
所述SOC修正因子的表达式为：
Figure BDA0003724642690000038
其中，SOC(tk)为在tk时刻时SOC值，SOCmax为SOC额定的最大值，SOCmin为SOC额定的最小值。
优选的，所述寿命损耗与时间的对应关系包括高功率或低功率工况寿命损耗与时间的对应关系、变负载工况寿命损耗与时间的对应关系及启停工况寿命损耗与时间的对应关系，所述高功率为所述燃料电池的功率大于额定功率的第一倍数，所述低功率为所述燃料电池的功率小于所述额定功率的第二倍数；
根据燃料电池的性能衰退特性得到燃料电池的寿命损耗与时间的对应关系，包括：
根据高功率或低功率工况寿命损耗与时间的对应关系、变负载工况寿命损耗与时间的对应关系及启停工况寿命损耗与时间的对应关系及第一关系式计算瞬时寿命损耗量；
所述第一关系式为：fd(tk)＝d1(tk)+d2(tk)+d3(tk)；其中，fd(tk)为在tk时刻时所述寿命损耗量，d1(tk)为在tk时刻时所述高功率或低功率工况寿命损耗量，d2(tk)为在tk时刻时所述变负载工况寿命损耗量，d3(tk)为在tk时刻时所述启停工况寿命损耗量。
优选的，所述高功率或低功率工况寿命损耗与时间的对应关系为：d1(tk)＝L(tk)·μ1·△t+H(tk)·μ2·△t；其中，L(tk)为在tk时刻时低功率工况判定算子，μ1为低功率工况寿命损耗率，H(tk)为在tk时刻时低功率工况判定算子，μ2为高功率工况寿命损耗率，△t为动力系统控制周期时长，tk+1＝tk+△t，tk+1为下一时刻，tk为当前时刻；在当前时刻燃料电池处于低功率工况时，L(tk)为1，否则为0；在当前时刻燃料电池处于高功率工况时，H(tk)为1，否则为0；
所述变负载工况寿命损耗与时间的对应关系为：d2(tk)＝μ3(Pfc(tk)-Pfc(tk-1))；其中，μ3为所述燃料电池变负载造成的寿命衰退速率，Pfc(tk)为在tk时刻时所述燃料电池的功率，Pfc(tk-1)为在tk-1时刻时所述燃料电池的功率；
所述启停工况寿命损耗与时间的对应关系为：d3(tk)＝μ4·ns；其中，μ4为所述燃料电池一次启停工况造成的寿命损耗，ns为所述燃料电池的停机算子，在当前时刻所述燃料电池停机时，ns为1，否则为0。
优选的，根据等效氢耗与时间的对应关系及寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系，包括：
根据第二关系式、所述等效氢耗与时间的对应关系及所述寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系；
所述第二关系式为：f(tk)＝Cfc·fd(tk)+CH·fHC(tk)；其中，f(tk)为在tk时刻时使用成本，Cfc为燃料电池寿命损耗成本，fd(tk)为在tk时刻时所述寿命损耗量，CH为单位质量氢气成本，fHC(tk)为在tk时刻时修正后的瞬时等效氢耗量。
优选的，以所述使用成本的最小值为目标，确定当前时刻的所述燃料电池及所述锂电池的功率，包括：
在约束条件内采用序列二次规划算法计算所述使用成本，确定当前时刻的所述燃料电池及所述锂电池的功率；
所述约束条件包括：车辆需求功率约束、锂电池SOC约束、燃料电池功率约束及锂电池放电功率约束；
所述车辆需求功率约束为：Preq(tk)＝Pfc(tk)+Pbat(tk)；其中，Preq(tk)为在tk时刻时车辆需求功率，Pfc(tk)为在tk时刻时分配后的燃料电池的功率，Pbat(tk)为在tk时刻时分配后的锂电池功率；
所述锂电池SOC约束为：SOCmin≤SOC(tk)≤SOCmax；其中，SOCmin为SOC额定的最小值，SOC(tk)为在tk时刻时SOC值，SOCmax为SOC额定的最大值；
所述燃料电池功率约束为：0≤Pfc(tk)≤Pfc,max；其中，Pfc,max为所述燃料电池的峰值功率；
所述锂电池放电功率约束为：Pbat,min≤Pbat(tk)≤Pbat,max；其中，Pbat(tk)为在tk时刻时所述锂电池的放电效率，Pbat,min为所述锂电池的最小放电功率，Pbat,max为锂电池的最大放电功率。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种汽车的能量管理装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述汽车的能量管理方法的步骤。
本申请提供了一种汽车的能量管理方法及装置，应用于能源领域，包括：根据汽车的动力系统的部件参数得到汽车的等效氢耗与时间的对应关系；根据燃料电池的性能衰退特性得到燃料电池的寿命损耗与时间的对应关系；根据等效氢耗与时间的对应关系及寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系；以使用成本的最小值为目标，确定当前时刻的燃料电池及锂电池的功率。降低等效氢耗可以满足当前降低汽车成本，降低寿命损耗可以提高燃料电池的使用寿命。燃料电池的功率以及锂电池的功率决定使用成本的值，以使用成本的最小值为目标确定燃料电池的功率以及锂电池的功率。在保证汽车的正常运行下，更好的分配燃料电池与锂电池的能量，满足多种工况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种汽车的能量管理方法的流程图；
图2为本发明提供的一种汽车的动力系统的结构示意图；
图3为本发明提供的一种汽车的能量管理装置的结构示意图；
图4a为本申请提供的燃料电池在NEDC的损耗成本对比图；
图4b为本申请提供的燃料电池在HWFET的损耗成本对比图；
图5a为本申请提供的动力系统在NEDC的使用成本对比图；
图5b为本申请提供的动力系统在HWFET的使用成本对比图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种汽车的能量管理方法及装置，在保证汽车的正常运行下，更好的分配燃料电池与锂电池的能量，满足多种工况。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的一种汽车的能量管理方法的流程图，图2为本发明提供的一种汽车的动力系统的结构示意图。
汽车的能量管理方法，包括：
S11：根据汽车的动力系统的部件参数得到汽车的等效氢耗与时间的对应关系，动力系统包括燃料电池及锂电池，部件参数包括燃料电池的效率、燃料电池的功率、锂电池的充放电效率及锂电池的功率；
等效氢耗为汽车的燃料电池及锂电池消耗的氢的量，考虑到经济性问题，汽车的等效氢耗越低，经济性越好。汽车的等效氢耗由燃料电池的功率和效率以及锂电池的功率和效率决定。
S12：根据燃料电池的性能衰退特性得到燃料电池的寿命损耗与时间的对应关系，燃料电池的性能衰退特性包括燃料电池的功率；
考虑到燃料电池的寿命问题，燃料电池的寿命由燃料电池的性能衰退特性决定，燃料电池的性能衰退特性包括燃料电池的功率。寿命损耗越小，燃料电池的使用时间越长。
S13：根据等效氢耗与时间的对应关系及寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系；
S14：以使用成本的最小值为目标，确定当前时刻的燃料电池及锂电池的功率。
具体的，汽车的动力系统包括燃料电池及锂电池，还包括DC-DC转换器和驱动电机，燃料电池和DC-DC转换器串联后与锂电池并联后与电机串联。动力系统有四种模式，模式1，锂电池向电机单独提供电能；模式2，燃料电池向电机单独提供电能；模式3，锂电池和燃料电池共同提供电能；模式4，燃料电池向电机提供电能，剩余电能给锂电池充电。本申请综合考虑燃料经济性和燃料电池寿命损耗成本，确定锂电池和燃料电池能量分配，控制动力系统在上述4种工作模式下运行，获得最低使用成本。
本申请提供了一种汽车的能量管理方法及装置，应用于能源领域，包括：根据汽车的动力系统的部件参数得到汽车的等效氢耗与时间的对应关系；根据燃料电池的性能衰退特性得到燃料电池的寿命损耗与时间的对应关系；根据等效氢耗与时间的对应关系及寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系；以使用成本的最小值为目标，确定当前时刻的燃料电池及锂电池的功率。降低等效氢耗可以满足当前降低汽车成本，降低寿命损耗可以提高燃料电池的使用寿命。燃料电池的功率以及锂电池的功率决定使用成本的值，以使用成本的最小值为目标确定燃料电池的功率以及锂电池的功率。在保证汽车的正常运行下，更好的分配燃料电池与锂电池的能量，满足多种工况。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，根据汽车的动力系统的部件参数得到等效氢耗与时间的对应关系，包括：
根据汽车的动力系统的部件参数获取燃料电池的氢耗与时间的对应关系；
根据汽车的动力系统的部件参数获取锂电池的等效氢耗与时间的对应关系；
根据燃料电池的氢耗与时间的对应关系及锂电池的等效氢耗与时间的对应关系得到汽车的等效氢耗与时间的对应关系；
fH(tk)为在tk时刻时等效氢耗量，
Figure BDA0003724642690000081
其中
Figure BDA0003724642690000082
为在tk时刻时燃料电池的氢耗量，
Figure BDA0003724642690000083
为在tk时刻时锂电池的等效氢耗量。
等效氢耗由两部分组成，一部分为燃料电池耗氢量，另一部分为锂电池等效耗氢量。通过能量转化原理，将锂电池SOC变化引起的储能变化量等效为耗氢量。当SOC(Stateofcharge，荷电状态)增加，锂电池充电，等效耗氢量为负；当SOC减小，锂电池放电做功。
作为一种优选的实施例，根据汽车的动力系统的部件参数获取燃料电池的氢耗与时间的对应关系，包括：
燃料电池的氢耗与时间的对应关系为
Figure BDA0003724642690000084
其中，
Figure BDA0003724642690000085
为在tk时刻时燃料电池的氢耗量；Pfc(tk)为在tk时刻时燃料电池功率，ηfc(tk)为在tk时刻时燃料电池的效率，FHV为燃料电池的氢气热值。
在tk时刻时燃料电池的氢耗由燃料电池功率、燃料电池的效率及燃料电池的氢气热值决定，且与燃料电池的功率呈正相关。
作为一种优选的实施例，根据汽车的动力系统的部件参数获取锂电池的等效氢耗与时间的对应关系，包括：
在锂电池处于放电过程时，锂电池的等效氢耗与时间的对应关系为：
Figure BDA0003724642690000086
其中，
Figure BDA0003724642690000087
为在tk时刻时锂电池的氢耗量，Pbat≥0，Pbat(tk)为在tk时刻时锂电池的输出功率，
Figure BDA0003724642690000088
为在当前周期时燃料电池的平均效率，ηdis(tk)为在tk时刻时锂电池的放电效率，
Figure BDA0003724642690000089
为在当前周期时动力系统的平均充电效率，FHV为燃料电池的氢气热值，当前周期的时长为△t；
在锂电池处于充电过程时，锂电池的等效氢耗与时间的对应关系为：
Figure BDA0003724642690000091
其中，
Figure BDA0003724642690000092
为在tk时刻时锂电池的氢耗量，Pbat<0，Pbat(tk)为在tk时刻时锂电池的输出功率，ηchg(tk)为在tk时刻时动力系统的充电效率，
Figure BDA0003724642690000093
为在当前周期时锂电池的平均放电效率，
Figure BDA0003724642690000094
为在当前周期时燃料电池的平均效率，FHV为燃料电池的氢气热值。
由于锂电池可以进行充电及放电，所以在锂电池充电及放电时，锂电池的等效氢耗量不同。在锂电池放电时，等效氢耗大于0，在锂电池充电时，等效氢耗小于0。
作为一种优选的实施例，根据燃料电池的氢耗与时间的对应关系及锂电池的等效氢耗与时间的对应关系得到汽车的等效氢耗与时间的对应关系之后，还包括：
使用SOC修正因子对等效氢耗与时间的对应关系进行修正，修正后的等效氢耗与时间的对应关系为：
Figure BDA0003724642690000095
其中，fHC(tk)为在tk时刻时修正后的等效氢耗量，
Figure BDA0003724642690000096
为在tk时刻时燃料电池的氢耗量，kSOC(tk)为在tk时刻时SOC修正因子，
Figure BDA0003724642690000097
为在tk时刻时锂电池的等效氢耗量；
SOC修正因子的表达式为：
Figure BDA0003724642690000098
其中，SOC(tk)为在tk时刻时SOC值，SOCmax为SOC额定的最大值，SOCmin为SOC额定的最小值。
为了保证锂电池SOC在目标值附近，总的思路是根据锂电池SOC大小调整SOC修正因子，从而当SOC过大时，低估锂电池放电带来的等效耗氢，让控制策略更倾向于锂电放电减小SOC；当SOC过小时，高估锂电池放电带来的等效耗氢，让控制策略更倾向于锂电充电增加SOC。如此，可保证SOC始终在目标值附近波动。从而保证锂电池始终能够对动力系统功率。
当SOC(tk)为目标SOC值时，kSOC为1，目标SOC值为
Figure BDA0003724642690000099
此时锂电池等效耗氢量被合理计算，能量管理方法以耗氢量最小为目标分配燃料电池和锂电池功率；
当SOC(tk)大于目标SOC值时，0<kSOC<1，此时，等效氢耗函数中，电池放电带来的等效耗氢率被低估，能量管理方法倾向于锂电池放电以减小燃料电池耗氢，锂电池SOC减小；
当SOC(tk)小于目标SOC值时，1<kSOC<2，此时，等效氢耗函数中，电池放电带来的等效耗氢率被高估，能量管理方法倾向于锂电池充电以减小锂电池等效耗氢量，锂电池SOC增加。
通过SOC修正因子的调节，可以有效防止燃料电池过充和过放，保证燃料电池在目标值附件小幅波动。保证了锂电池SOC始终在目标值附近波动，目标值一般是在中间位0.6左右，自然防止了过充过放。
作为一种优选的实施例，寿命损耗与时间的对应关系包括高功率或低功率工况寿命损耗与时间的对应关系、变负载工况寿命损耗与时间的对应关系及启停工况寿命损耗与时间的对应关系，高功率为燃料电池的功率大于额定功率的第一倍数，低功率为燃料电池的功率小于额定功率的第二倍数；
根据燃料电池的性能衰退特性得到燃料电池的寿命损耗与时间的对应关系，包括：
根据高功率或低功率工况寿命损耗与时间的对应关系、变负载工况寿命损耗与时间的对应关系及启停工况寿命损耗与时间的对应关系及第一关系式计算瞬时寿命损耗量；
第一关系式为：fd(tk)＝d1(tk)+d2(tk)+d3(tk)；其中，fd(tk)为在tk时刻时寿命损耗量，d1(tk)为在tk时刻时高功率或低功率工况寿命损耗量，d2(tk)为在tk时刻时变负载工况寿命损耗量，d3(tk)为在tk时刻时启停工况寿命损耗量。
以燃料电池实际电压相对于其初始电压衰退10％时，定义其寿命终止为例，高功率工况指燃料电池功率大于其额定功率80％的工况，低功率工况指燃料电池功率小于其额定功率10％的工况。此时第一倍数为80％，第二倍数为10％。功率过高或过低、变负载及启停均会影响燃料电池的寿命。
作为一种优选的实施例，高功率或低功率工况寿命损耗与时间的对应关系为：d1(tk)＝L(tk)·μ1·△t+H(tk)·μ2·△t；其中，L(tk)为在tk时刻时低功率工况判定算子，μ1为低功率工况寿命损耗率，H(tk)为在tk时刻时低功率工况判定算子，μ2为高功率工况寿命损耗率，△t为动力系统控制周期时长，tk+1＝tk+△t，tk+1为下一时刻，tk为当前时刻；在当前时刻燃料电池处于低功率工况时，L(tk)为1，否则为0；在当前时刻燃料电池处于高功率工况时，H(tk)为1，否则为0；
变负载工况寿命损耗与时间的对应关系为：d2(tk)＝μ3(Pfc(tk)-Pfc(tk-1))；其中，μ3为燃料电池变负载造成的寿命衰退速率，Pfc(tk)为在tk时刻时燃料电池的功率，Pfc(tk-1)为在tk-1时刻时燃料电池的功率；
启停工况寿命损耗与时间的对应关系为：d3(tk)＝μ4·ns；其中，μ4为燃料电池一次启停工况造成的寿命损耗，ns为燃料电池的停机算子，在当前时刻燃料电池停机时，ns为1，否则为0。
燃料的变负载工况寿命损耗与当前时刻及上一时刻的燃料电池的功率有关，在燃料电池停机时会产生启停工况寿命损耗。
作为一种优选的实施例，根据等效氢耗与时间的对应关系及寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系，包括：
根据第二关系式、等效氢耗与时间的对应关系及寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系；
第二关系式为：f(tk)＝Cfc·fd(tk)+CH·fHC(tk)；其中，f(tk)为在tk时刻时使用成本，Cfc为燃料电池寿命损耗成本，fd(tk)为在tk时刻时寿命损耗量，CH为单位质量氢气成本，fHC(tk)为在tk时刻时修正后的瞬时等效氢耗量。
最终，使用成本由等效氢耗与寿命损耗组成，在使用成本最低时，燃料的经济性和燃料电池的寿命达到最高。
作为一种优选的实施例，以使用成本的最小值为目标，确定当前时刻的燃料电池及锂电池的功率，包括：
在约束条件内采用序列二次规划算法计算使用成本，确定当前时刻的燃料电池及锂电池的功率；
约束条件包括：车辆需求功率约束、锂电池SOC约束、燃料电池功率约束及锂电池放电功率约束；
车辆需求功率约束为：Preq(tk)＝Pfc(tk)+Pbat(tk)；其中，Preq(tk)为在tk时刻时车辆需求功率，Pfc(tk)为在tk时刻时分配后的燃料电池的功率，Pbat(tk)为在tk时刻时分配后的锂电池功率；
锂电池SOC约束为：SOCmin≤SOC(tk)≤SOCmax；其中，SOCmin为SOC额定的最小值，SOC(tk)为在tk时刻时SOC值，SOCmax为SOC额定的最大值；
燃料电池功率约束为：0≤Pfc(tk)≤Pfc,max；其中，Pfc,max为燃料电池的峰值功率；
锂电池放电功率约束为：Pbat,min≤Pbat(tk)≤Pbat,max；其中，Pbat(tk)为在tk时刻时锂电池的放电效率，Pbat,min为锂电池的最小放电功率，Pbat,max为锂电池的最大放电功率。
考虑到使得使用成本最低可以使得燃料的经济性和燃料电池的寿命达到最高但是不可以无限制的调节燃料电池及锂电池的功率，还需要在满足车辆功率需求以及满足燃料电池和锂电池的功率的上下限。
图3为本发明提供的一种汽车的能量管理装置的结构示意图，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现上述汽车的能量管理方法的步骤。
本申请提供的汽车的能量管理装置的介绍请参照上述实施例，在此处不再赘述。
图4a为本申请提供的燃料电池在NEDC的损耗成本对比图；图4b为本申请提供的燃料电池在HWFET的损耗成本对比图。可以看到，相比于传统策略，所设计的能量管理方法显著减小了燃料电池寿命损耗成本。相比于模糊逻辑策略，本公开所提出的管理方法为考虑寿命的最优策略在NEDC(new European driving cycle，新欧洲行驶循环)和HWFET(highway fuel economy test，高速公路燃油经济型试验)的标准路况下，相对模糊策略分别减小了25.5％和31.3％的燃料电池寿命损耗。
图5a为本申请提供的动力系统在NEDC的使用成本对比图；图5b为本申请提供的动力系统在HWFET的使用成本对比图。可以看到，相比于传统策略，所设计的能量管理方法同时减小了动力电池和燃料电池寿命损耗成本以及氢气成本。相比于模糊逻辑策略，本公开所提出的管理方法为考虑寿命的最优策略在NEDC和HWFET的标准路况下，相对模糊策略分别减小了14.4％和15.1％的车辆综合使用成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种汽车的能量管理方法，其特征在于，包括：
根据所述汽车的动力系统的部件参数得到所述汽车的等效氢耗与时间的对应关系，所述动力系统包括燃料电池及锂电池，所述部件参数包括所述燃料电池的效率、所述燃料电池的功率、所述锂电池的充放电效率及所述锂电池的功率；
根据燃料电池的性能衰退特性得到燃料电池的寿命损耗与时间的对应关系，所述燃料电池的性能衰退特性包括所述燃料电池的功率；
根据等效氢耗与时间的对应关系及寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系；
以所述使用成本的最小值为目标，确定当前时刻的所述燃料电池及所述锂电池的功率。
2.如权利要求1所述的汽车的能量管理方法，其特征在于，根据所述汽车的动力系统的部件参数得到等效氢耗与时间的对应关系，包括：
根据所述汽车的动力系统的部件参数获取所述燃料电池的氢耗与时间的对应关系；
根据所述汽车的动力系统的部件参数获取所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系；
根据所述燃料电池的氢耗与时间的对应关系及所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系得到所述汽车的等效氢耗与时间的对应关系；
fH(tk)为在tk时刻时所述等效氢耗量，
Figure FDA0003724642680000011
其中
Figure FDA0003724642680000012
为在tk时刻时所述燃料电池的氢耗量，
Figure FDA0003724642680000013
为在tk时刻时所述锂电池的等效氢耗量。
3.如权利要求2所述的汽车的能量管理方法，其特征在于，根据所述汽车的动力系统的部件参数获取所述燃料电池的氢耗与时间的对应关系，包括：
所述燃料电池的氢耗与时间的对应关系为
Figure FDA0003724642680000014
其中，
Figure FDA0003724642680000015
为在tk时刻时所述燃料电池的氢耗量；Pfc(tk)为在tk时刻时燃料电池功率，ηfc(tk)为在tk时刻时燃料电池的效率，FHV为燃料电池的氢气热值。
4.如权利要求2所述的汽车的能量管理方法，其特征在于，根据所述汽车的动力系统的部件参数获取所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系，包括：
在所述锂电池处于放电过程时，所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系为：
Figure FDA0003724642680000021
其中，
Figure FDA0003724642680000022
为在tk时刻时所述锂电池的氢耗量，Pbat≥0，Pbat(tk)为在tk时刻时锂电池的输出功率，
Figure FDA0003724642680000023
为在当前周期时燃料电池的平均效率，ηdis(tk)为在tk时刻时锂电池的放电效率，
Figure FDA0003724642680000024
为在当前周期时动力系统的平均充电效率，FHV为燃料电池的氢气热值，所述当前周期的时长为Δt；
在所述锂电池处于充电过程时，所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系为：
Figure FDA0003724642680000025
其中，
Figure FDA0003724642680000026
为在tk时刻时所述锂电池的氢耗量，Pbat＜0，Pbat(tk)为在tk时刻时锂电池的输出功率，ηchg(tk)为在tk时刻时动力系统的充电效率，
Figure FDA0003724642680000027
为在当前周期时锂电池的平均放电效率，
Figure FDA0003724642680000028
为在当前周期时燃料电池的平均效率，FHV为燃料电池的氢气热值。
5.如权利要求2所述的汽车的能量管理方法，其特征在于，根据所述燃料电池的氢耗与时间的对应关系及所述锂电池的等效氢耗与时间的对应关系得到所述汽车的等效氢耗与时间的对应关系之后，还包括：
使用SOC修正因子对所述等效氢耗与时间的对应关系进行修正，修正后的所述等效氢耗与时间的对应关系为：
Figure FDA0003724642680000029
其中，fHC(tk)为在tk时刻时修正后的等效氢耗量，
Figure FDA00037246426800000210
为在tk时刻时所述燃料电池的氢耗量，kSOC(tk)为在tk时刻时所述SOC修正因子，
Figure FDA00037246426800000211
为在tk时刻时所述锂电池的等效氢耗量；
所述SOC修正因子的表达式为：
Figure FDA00037246426800000212
其中，SOC(tk)为在tk时刻时SOC值，SOCmax为SOC额定的最大值，SOCmin为SOC额定的最小值。
6.如权利要求1至5任一项所述的汽车的能量管理方法，其特征在于，所述寿命损耗与时间的对应关系包括高功率或低功率工况寿命损耗与时间的对应关系、变负载工况寿命损耗与时间的对应关系及启停工况寿命损耗与时间的对应关系，所述高功率为所述燃料电池的功率大于额定功率的第一倍数，所述低功率为所述燃料电池的功率小于所述额定功率的第二倍数；
根据燃料电池的性能衰退特性得到燃料电池的寿命损耗与时间的对应关系，包括：
根据高功率或低功率工况寿命损耗与时间的对应关系、变负载工况寿命损耗与时间的对应关系及启停工况寿命损耗与时间的对应关系及第一关系式计算瞬时寿命损耗量；
所述第一关系式为：fd(tk)＝d1(tk)+d2(tk)+d3(tk)；其中，fd(tk)为在tk时刻时所述寿命损耗量，d1(tk)为在tk时刻时所述高功率或低功率工况寿命损耗量，d2(tk)为在tk时刻时所述变负载工况寿命损耗量，d3(tk)为在tk时刻时所述启停工况寿命损耗量。
7.如权利要求6所述的汽车的能量管理方法，其特征在于，
所述高功率或低功率工况寿命损耗与时间的对应关系为：
d1(tk)＝L(tk)·μ1·Δt+H(tk)·μ2·Δt；其中，L(tk)为在tk时刻时低功率工况判定算子，μ1为低功率工况寿命损耗率，H(tk)为在tk时刻时低功率工况判定算子，μ2为高功率工况寿命损耗率，Δt为动力系统控制周期时长，tk+1＝tk+Δt，tk+1为下一时刻，tk为当前时刻；在当前时刻燃料电池处于低功率工况时，L(tk)为1，否则为0；在当前时刻燃料电池处于高功率工况时，H(tk)为1，否则为0；
所述变负载工况寿命损耗与时间的对应关系为：
d2(tk)＝μ3(Pfc(tk)-Pfc(tk-1))；其中，μ3为所述燃料电池变负载造成的寿命衰退速率，Pfc(tk)为在tk时刻时所述燃料电池的功率，Pfc(tk-1)为在tk-1时刻时所述燃料电池的功率；
所述启停工况寿命损耗与时间的对应关系为：d3(tk)＝μ4·ns；其中，μ4为所述燃料电池一次启停工况造成的寿命损耗，ns为所述燃料电池的停机算子，在当前时刻所述燃料电池停机时，ns为1，否则为0。
8.如权利要求6所述的汽车的能量管理方法，其特征在于，根据等效氢耗与时间的对应关系及寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系，包括：
根据第二关系式、所述等效氢耗与时间的对应关系及所述寿命损耗与时间的对应关系得到使用成本与时间的对应关系；
所述第二关系式为：f(tk)＝Cfc·fd(tk)+CH·fHC(tk)；其中，f(tk)为在tk时刻时使用成本，Cfc为燃料电池寿命损耗成本，fd(tk)为在tk时刻时所述寿命损耗量，CH为单位质量氢气成本，fHC(tk)为在tk时刻时修正后的瞬时等效氢耗量。
9.如权利要求8所述的汽车的能量管理方法，其特征在于，以所述使用成本的最小值为目标，确定当前时刻的所述燃料电池及所述锂电池的功率，包括：
在约束条件内采用序列二次规划算法计算所述使用成本，确定当前时刻的所述燃料电池及所述锂电池的功率；
所述约束条件包括：车辆需求功率约束、锂电池SOC约束、燃料电池功率约束及锂电池放电功率约束；
所述车辆需求功率约束为：Preq(tk)＝Pfc(tk)+Pbat(tk)；其中，Preq(tk)为在tk时刻时车辆需求功率，Pfc(tk)为在tk时刻时分配后的燃料电池的功率，Pbat(tk)为在tk时刻时分配后的锂电池功率；
所述锂电池SOC约束为：SOCmin≤SOC(tk)≤SOCmax；其中，SOCmin为SOC额定的最小值，SOC(tk)为在tk时刻时SOC值，SOCmax为SOC额定的最大值；
所述燃料电池功率约束为：0≤Pfc(tk)≤Pfc,max；其中，Pfc,max为所述燃料电池的峰值功率；
所述锂电池放电功率约束为：Pbat,min≤Pbat(tk)≤Pbat,max；其中，Pbat(tk)为在tk时刻时所述锂电池的放电效率，Pbat,min为所述锂电池的最小放电功率，Pbat,max为锂电池的最大放电功率。
10.一种汽车的能量管理装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至9任一项所述汽车的能量管理方法的步骤。
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