CN113352951B - 一种燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应方法及系统，包括以下步骤：整车上高压，判断汽车当前的驾驶模式，所述驾驶模式包括：运动模式、正常模式和经济模式；获取当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值和辅助能源SOH；根据预设标定算法标定得到自适应比例因子；基于当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值、辅助能源SOH和自适应比例因子，根据自适应规则计算得到当前驾驶模式下的辅助能源目标SOC设定值。本发明能够在不同驾驶模式下，匹配出最优控制目标SOC设定值，使得系统具有较优动力性、经济性和可靠性。不仅可以根据驾驶模式调节目标控制SOC，还可以根据辅助能源系统寿命情况调节目标控制SOC。
Description
技术领域
本发明涉及氢能汽车能量管理技术领域，具体涉及一种燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应方法及系统。
背景技术
随着人们环保意识的日益增强，氢燃料汽车的发展速度迫切加快，不同的动力架构方案随着研发和工程化的推进也越来越多。整车动力性、经济性以及可靠性是工程化过程中非常重要的指标，能量管理策略与这些指标具有直接关联，起到了关键作用。
无论是氢燃料电池商用车，还是氢燃料电池乘用车，其主要动力源都包含主动力源(氢燃料电池系统和升压DCDC)和辅助能源。能量管理策略的作用在于通过设定不同的控制阈值，管理整车的能量流，让辅助能源各系统SOC稳定在设定的区间范围内，使得各能量系统始终工作在最优状态，从而才能保证整车的动力性、经济型以及可靠性。
目前常见的能量管理策略中，用于能量管理策略的标定参数通常会设定为一个定值，即整车在整个生命周期内的基于能量管理的目标SOC都是固定的，当辅助能源SOH降低时，其容量衰减或性能也会衰减，此时如果目标SOC不变，可能会影响整车的动力性和经济性，导致现有能量管理策略下的能量分配出现变化，辅助能源工况变差，长期以往会加快辅助能源系统的衰减，最终提前导致整车能量管理策略的失效，整车可靠性变差，无法正常运行。
不同驾驶模式下，对主能量源和辅助能量源的瞬时功率需求是不同的，所以此时映射到最优的能量平衡标定参数也不相同。采用固定标定参数势必会牺牲整车的动力性、经济性以及可靠性。
发明内容
本发明旨在解决传统能量管理策略采用固定标定参数导致整车的动力性、经济性以及可靠性不高的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应方法，包括以下步骤；
整车上高压，判断汽车当前的驾驶模式，所述驾驶模式包括：运动模式、正常模式和经济模式；
获取当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值和辅助能源SOH；
根据预设标定算法标定得到自适应比例因子；
基于当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值、辅助能源SOH和自适应比例因子，根据自适应规则计算得到当前驾驶模式下的辅助能源目标SOC设定值。
优选地，所述自适应规则为：
S目标(t)＝S初始+aλ[100-X(t)]
其中，S目标(t)为辅助能源目标SOC设定值，S初始为辅助能源初始SOC，λ为自适应比例因子，a为驾驶模式标签，X(t)为实时反馈的辅助能源系统SOH值，t表示时间。
优选地，当前驾驶模式为运动模式时，S初始＝70％，a＝1；
当前驾驶模式为正常模式时，S初始＝60％，a＝0；
当前驾驶模式为经济模式时，S初始＝50％，a＝-1。
优选地，所述根据预设标定算法标定得到自适应比例因子的步骤包括：
S001、设定自适应比例因子的初始值；
S002、获取自适应比例因子的影响参数；
S003、根据自适应比例因子的初始值和所述影响参数进行理论仿真，得到辅助能源系统的运行状态；
S004、判断运行状态是否出故障，若是，进入S005；否则，进入S006；
S005、将自适应比例因子的初始值递减λs，返回S001；
S006、记录循环次数为N+1，N的初始值设定为0；
S007、判断循环次数N是否大于预设值NS，若是，进入S008；否则，返回S003；
S008、输出当前的自适应比例因子作为自适应比例因子标定值。
优选地，所述自适应比例因子的影响参数包括：车型动力性需求、辅助能源系统电量、燃料电池额定功率与电机功率比值以及基于电流和时间关系的辅助能源工况数据i(t)。
优选地，所述自适应比例因子的初始值为1，λs为0.05，预设值NS为100。
此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应系统，包括以下模块；
判断模块，用于整车上高压后，判断汽车当前的驾驶模式，所述驾驶模式包括：运动模式、正常模式和经济模式；
获取模块，用于获取当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值和辅助能源SOH；
标定模块，用于根据预设标定算法标定得到自适应比例因子；
计算模块，用于基于当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值、辅助能源SOH和自适应比例因子，根据自适应规则计算得到当前驾驶模式下的辅助能源目标SOC设定值。
优选地，所述标定模块包括以下子模块：
设定子模块，用于设定自适应比例因子的初始值；
获取子模块，用于获取自适应比例因子的影响参数；
仿真子模块，用于根据自适应比例因子的初始值和所述影响参数进行理论仿真，得到辅助能源系统的运行状态；
判断子模块，用于判断运行状态是否出故障，若是，进入递减子模块；否则，进入记录子模块；
递减子模块，用于将自适应比例因子的初始值递减λs，返回设定子模块；
记录子模块，用于记录循环次数为N+1，N的初始值为0；
所述判断子模块，还用于判断循环次数N是否大于预设值NS，若是，进入输出子模块；否则，返回仿真子模块；
输出子模块，用于输出当前的自适应比例因子作为自适应比例因子标定值。
本发明的有益效果：
1)支持以辅助能源系统SOC或者总电压为能量平衡控制目标的多种能源架构下的不同种类的辅助储能系统。
2)本发明所提供的能量平衡标定参数自适应方法及系统，能够在不同驾驶模式下，匹配出最优控制目标SOC设定值，使得系统具有较优动力性、经济性和可靠性。一是，可以根据驾驶模式调节目标控制SOC；二是，可以根据辅助能源系统寿命情况调节目标控制SOC。
3)可以通过匹配不同的SOC控制阈值，使整车的能量流分配更合理，可以避免燃料电池主能量源的功率波动大，同时也可以最大程度避免辅助能源系统滥用。
附图说明
图1是本发明一种燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应方法的执行流程图；
图2是图1对应的具体执行流程图；
图3是本发明自适应比例因子的标定流程图；
图4是本发明一种燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应系统的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2，本实施例提供了一种燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应方法，包括以下步骤；
S1、整车上高压，判断当前驾驶模式，所述驾驶模式包括：运动模式、正常模式和经济模式。
不同驾驶模式特点如下：
运动模式：重点关注动力性，需要辅助能源瞬间提供较大输出功率，弥补急加速时燃料电池系统加载斜率小的问题，使驾驶员能够有比较好的驾驶体验。此时，可能会弱化能量回收等相关概念，辅助能源的SOC应该需要控制的相对较高。
正常模式：是动力性和经济性的结合，需要具有较好的动力性的同时还需要具备比较好的经济性，需要回收制动能量。此时，辅助能源的SOC应该需要控制的相对适中。
经济模式：是主要需要凸显经济性，提高整车能量利用率，需要尽可能多回收制动能量。此时，辅助能源的SOC应该需要控制的相对较低。
S2、获取当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值和辅助能源SOH。
辅助能源SOH表征的是辅助能源系统的寿命和健康情况，一般可以理解为可用容量(单位Ah)与标称容量的比值或者特殊工况下系统充放电吞吐量(单位kWh)与理论总吞吐量的比值，一般出厂时SOH为100％，且规定SOH低于80％时，辅助能源系统需要退役，不建议使用。SOH越低，系统总容量越少，各方面性能也会明显下降。
辅助能源SOC初始值，表征的是在SOH＝100％时，不同控制模式下，设定的目标SOC值。
S3、根据预设标定算法标定得到自适应比例因子。
在本实施例中，所述自适应比例因子根据车型、辅助能源系统电量以及燃料电池额定功率与电机功率比值m等进行实际标定。m越大，一般辅助能源系统容量往往比较小，辅助能源SOC一般变化较快，故需要λ选择不能太大。相反，m越小，需要λ选择不能太小。
参考图3，在本实施例中，S3具体包括：
S001、设定自适应比例因子的初始值；
S002、获取自适应比例因子的影响参数；
S003、根据自适应比例因子的初始值和所述影响参数进行理论仿真，得到辅助能源系统的运行状态；
S004、判断运行状态是否出故障，若是，进入S005；否则，进入S006；
S005、将自适应比例因子的初始值递减λs，返回S001；
S006、记录循环次数为N+1，N的初始值设定为0；
S007、判断循环次数N是否大于预设值NS，若是，进入S008；否则，返回S003；
S008、输出当前的自适应比例因子作为自适应比例因子标定值。
S4、基于当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值、辅助能源SOH以及自适应比例因子，根据自适应规则计算得到辅助能源目标SOC设定值。
所述自适应规则为：
S目标(t)＝S初始+aλ[100-X(t)]
S目标(t)：辅助能源目标SOC设定值，一般S目标(t)在[40,80]取值。其中，为了确保在一个上电周期内，不出现因为驾驶人切换驾驶模式导致目标S目标(t)的变化，而引起整个能量管理失衡，能量管理策略失效的问题，取值40-80之间。在此区间内，能量平衡系统的可靠性足以调节因为S目标(t)变化而带来的超调，系统可以在一定时间内恢复能量平衡。
S初始为辅助能源初始SOC，λ为自适应比例因子，a为驾驶模式标签，X(t)为实时反馈的辅助能源系统SOH值。
在本实施例中，当所述驾驶模式为运动模式时，S初始＝70％，a＝1；
当所述驾驶模式为正常模式时，S初始＝60％，a＝0；
当所述驾驶模式为经济模式时，S初始＝50％，a＝-1。
此外，为了实现所述燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应方法，本实施例还提供了一种燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应系统。
参考图4，所述燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应系统包括：
判断模块1，用于整车上高压后，判断汽车当前的驾驶模式，所述驾驶模式包括：运动模式、正常模式和经济模式；
获取模块2，用于获取当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值和辅助能源SOH；
标定模块3，用于根据预设标定算法标定得到自适应比例因子；
计算模块4，用于基于当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值、辅助能源SOH和自适应比例因子，根据自适应规则计算得到当前驾驶模式下的辅助能源目标SOC设定值。
优选地，所述标定模块3包括以下子模块：
设定子模块，用于设定自适应比例因子的初始值；
获取子模块，用于获取自适应比例因子的影响参数；
仿真子模块，用于根据自适应比例因子的初始值和所述影响参数进行理论仿真，得到辅助能源系统的运行状态；
判断子模块，用于判断运行状态是否出故障，若是，进入递减子模块；否则，进入记录子模块；
递减子模块，用于将自适应比例因子的初始值递减λs，返回设定子模块；
记录子模块，用于记录循环次数为N+1，N的初始值为0；
所述判断子模块，还用于判断循环次数N是否大于预设值NS，若是，进入输出子模块；否则，返回仿真子模块；
输出子模块，用于输出当前的自适应比例因子作为自适应比例因子标定值。
本发明提供的能量平衡标定参数自适应方法，适用于多种能源架构下的不同种类的辅助储能系统，包括：
燃料电池系统+单辅助储能系统；
燃料电池系统+双辅助储能系统。
其中，辅助储能系统可以是镍氢电池、锂电池、电容等。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应方法，其特征在于，包括以下步骤；
整车上高压，判断汽车当前的驾驶模式，所述驾驶模式包括：运动模式、正常模式和经济模式；
获取当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值和辅助能源SOH；
根据预设标定算法标定得到自适应比例因子；
所述根据预设标定算法标定得到自适应比例因子的步骤包括：
S001、设定自适应比例因子的初始值；
S002、获取自适应比例因子的影响参数；
所述自适应比例因子的影响参数包括：车型动力性需求、辅助能源系统电量、燃料电池额定功率与电机功率比值以及基于电流和时间关系的辅助能源工况数据i(t)；
S003、根据自适应比例因子的初始值和所述影响参数进行理论仿真，得到辅助能源系统的运行状态；
S004、判断辅助能源系统的运行状态是否出故障，若是，进入S005；否则，进入S006；
S005、将自适应比例因子的初始值递减λs，返回S001；
S006、记录循环次数为N+1，N的初始值设定为0；
S007、判断循环次数N是否大于预设值NS，若是，进入S008；否则，返回S003；
S008、输出当前的自适应比例因子作为自适应比例因子标定值；
基于当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值、辅助能源SOH和自适应比例因子，根据自适应规则计算得到当前驾驶模式下的辅助能源目标SOC设定值；
所述自适应规则为：
S目标(t)＝S初始+aλ[100-X(t)]
其中，S目标(t)为辅助能源目标SOC设定值，S初始为辅助能源初始SOC，λ为自适应比例因子，a为驾驶模式标签，X(t)为实时反馈的辅助能源系统SOH值，t表示时间。
2.如权利要求1所述的燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应方法，其特征在于，当前驾驶模式为运动模式时，S初始＝70％，a＝1；
当前驾驶模式为正常模式时，S初始＝60％，a＝0；
当前驾驶模式为经济模式时，S初始＝50％，a＝-1。
3.如权利要求1所述的燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应方法，其特征在于，所述自适应比例因子的初始值为1，λs为0.05，预设值NS为100。
4.一种燃料电池汽车能量平衡标定参数自适应系统，其特征在于，包括以下模块；
判断模块，用于整车上高压后，判断汽车当前的驾驶模式，所述驾驶模式包括：运动模式、正常模式和经济模式；
获取模块，用于获取当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值和辅助能源SOH；
标定模块，用于根据预设标定算法标定得到自适应比例因子；
所述标定模块包括以下子模块：
设定子模块，用于设定自适应比例因子的初始值；
获取子模块，用于获取自适应比例因子的影响参数；
所述自适应比例因子的影响参数包括：车型动力性需求、辅助能源系统电量、燃料电池额定功率与电机功率比值以及基于电流和时间关系的辅助能源工况数据i(t)；
仿真子模块，用于根据自适应比例因子的初始值和所述影响参数进行理论仿真，得到辅助能源系统的运行状态；
判断子模块，用于判断运行状态是否出故障，若是，进入递减子模块；否则，进入记录子模块；
递减子模块，用于将自适应比例因子的初始值递减λs，返回设定子模块；
记录子模块，用于记录循环次数为N+1，N的初始值为0；
所述判断子模块，还用于判断循环次数N是否大于预设值NS，若是，进入输出子模块；否则，返回仿真子模块；
输出子模块，用于输出当前的自适应比例因子作为自适应比例因子标定值；
计算模块，用于基于当前驾驶模式下的辅助能源SOC初始值、辅助能源SOH和自适应比例因子，根据自适应规则计算得到当前驾驶模式下的辅助能源目标SOC设定值；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 430000 Building 1, No. 99, Weilai Third Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: Grove Hydrogen Energy Technology Group Co.,Ltd. Address before: 430000 Building 1, No. 99, Weilai Third Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee before: WUHAN LUOGEFU HYDROGEN ENERGY AUTOMOBILE Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A self-adaptive method and system for energy balance calibration parameters of fuel cell vehicles Granted publication date: 20221206 Pledgee: Jinan Luneng Kaiyuan Group Co.,Ltd. Pledgor: Grove Hydrogen Energy Technology Group Co.,Ltd. Registration number: Y2024980009137 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |