CN113895319A - 一种可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法，包括二次电池、燃料电池、电机和能量管理控制器，所述二次电池和燃料电池分别通过能量管理控制器给电机提供电能；其特征在于：所述能量管理控制器根据燃料电池内氢气剩余量、二次电池的剩余电量SOC以及车辆运行工况将二次电池与燃料电池的工作状态划分为六个状态，且状态与状态之间根据燃料电池内氢气剩余量和二次电池的剩余电量SOC值以及车辆运行工况进行状态转移，根据各个状态控制二次电池和燃料电池功率输出。有益效果：本发明可以有效提升电池和燃料电池的使用寿命；能够合理地按照实时路况合理分配双电源的输出功率，保证车辆的动力性和经济性。

Description

一种可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法

技术领域

本发明涉及一种电池能量管理方法，特别涉及一种可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法，属于新能源汽车技术领域。

背景技术

在环境污染问题日趋严重以及可用化石能源不断的减少的背景下，节能减排与绿色能源的使用已经成了我国研究的重点课题。在采用燃料电池与二次电池混合的汽车中，多电源的能量管理成为一个核心问题。能量管理策略的制定需要考虑复杂的约束条件和优化目标，一方面需要使系统效率最大，另一方面需要考虑不同电源自身的特性。

二次电池(Rechargeable battery)又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。

利用化学反应的可逆性，可以组建成一个新电池，即当一个化学反应转化为电能之后，还可以用电能使化学体系修复，然后再利用化学反应转化为电能，所以叫二次电池(可充电电池)。市场上主要充电电池有镍氢电池、镍镉电池、铅酸(或铅蓄)电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池等。

燃料电池在使用过程中存在严重的寿命衰退问题。燃料电池在使用过程中频繁启停、变载、怠速运行、过载运行都会大大加速燃料电池寿命的衰退。燃料电池动汽车能量管理策略的制定应当重点考虑燃料电池性能衰退的问题。与此同时，也要考虑频繁的充放电以及大幅的功率波动对电池性能的影响，尤其是在以电池为主要能源的车辆上。需要指出的是，延长能源部件使用寿命的同时必然会导致更高的能量消耗，因此必须平衡整车经济性和部件寿命问题。而现阶段燃料电池能量管理方面的专利还大多仅考虑整车经济性的问题，忽略了部件使用寿命的保护。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提出简单、实用、可以有效地减少燃料电池和二次电池性能衰退的双电池能量管理方法。

技术方案：一种可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法，包括二次电池、燃料电池、电机和能量管理控制器，所述二次电池和燃料电池分别通过能量管理控制器给电机提供电能；其特征在于：所述能量管理控制器根据燃料电池内氢气剩余量、二次电池的剩余电量SOC以及车辆运行工况将二次电池与燃料电池的工作状态划分为六个状态，且状态与状态之间根据燃料电池内氢气剩余量和二次电池的剩余电量SOC值以及车辆运行工况进行状态转移，根据各个状态控制二次电池和燃料电池功率输出。

本发明可以有效提升电池和燃料电池的使用寿命；能够合理地按照实时路况合理分配双电源的输出功率，保证车辆的动力性和经济性。

优选项所述六个状态如下：

状态0：车辆起步，氢气充足，SOC>95，二次电池单独满足整车的能量需求，P_bat＝P_req， P_fc＝0，

式中P_bat为电池目标输出功率，P_req为电机需求功率，P_fc为燃料电池目标输出功率；

状态1：氢气充足，95≥SOC>20，整车处于驱动模式，二次电池和燃料电池共同给电机提供能量；

状态2：氢气充足，95≥SOC>20，整车处于制动模式，二次电池回收制动能量，燃料电池不停机并一直保持上一秒输出功率给二次电池充电，P_fc＝P_fc，l，P_bat＝P_req+P_fc，l，

式中P_fc，l为燃料电池上一秒输出功率；

状态3：为了避免二次电池SOC长时间处于较低水平，此时燃料电池单独满足整车驱动需求，同时提升燃料电池输出功率，使二次电池SOC快速上升；氢气充足，20≥SOC>10，二次电池不对外输出电能，

在车辆制动模式时，燃料电池全部输出的能量与制动能量同时给二次电池充电，

此时P_fc＝P_fcmax，P_bat＝P_req+P_fc；

在车辆驱动模式时，燃料电池输出的电能一部分提供给电机，另一部分的电能给二次电池充电，

此时P_fc＝P_fcmax，P_bat＝P_fc–P_req，

式中P_fcmax为燃料电池最大输出功率；

状态4：燃料电池内的氢气全部消耗完，SOC>10，二次电池单独满足整车的能量需求， P_bat＝P_req，P_fc＝0；

状态5：燃料电池内的氢气全部消耗完且SOC≤10，车辆无法继续行驶需要补充能源， P_bat＝P_fc＝0；

状态之间的转移条件如下：

当驾驶员选择停车或者燃料电池内氢气全部消耗完且SOC≤10时，若当前状态为状态0、状态1、状态2、状态3和状态4中任意一个时，由当前状态转移至状态5；若当前状态为状态5，则保持状态5；

燃料电池内氢气全部消耗完且SOC>10，若当前状态为状态0、状态1、状态2和状态3中任意一个时，由当前状态转移至状态4；若当前状态为状态4，则保持状态4；

当氢气充足且SOC>95，若当前状态为状态2时，由当前状态转移至状态0或者保持状态0；

当氢气充足，95≥SOC>20且车辆处于驱动状态，若当前状态为状态0、状态2和状态3 中任意一个时，由当前状态转移至状态1；状态0转移至状态1时，同时满足85≥SOC>20 且车辆处于驱动状态；

当氢气充足，95≥SOC>20且车辆处于制动状态，若当前状态为状态0、状态1和状态3 中任意一个时，由当前状态转移至状态2；若当前状态为状态2，则保持状态2；状态3转移至状态2时，同时满足90≥SOC>75且车辆处于制动状态；状态0转移至状态2时，同时满足85≥SOC>20且车辆处于制动状态；

当氢气充足，20≥SOC>10时，若当前状态为状态1或状态2时，当前状态转移至状态3，若当前状态为状态3时保持状态3。

优选项，所述状态1时，氢气充足，95≥SOC>20，整车处于驱动模式，二次电池和燃料电池共同给电机提供能量，输出功率的管理方法如下：

首先、建立二次电池和燃料电池的效用函数；

其次、建立负载的效用函数；

最后、根据负载的效用函数获得二次电池和燃料电池输出功率值。

优选项，所述建立二次电池和燃料电池的效用函数的方法如下：

S1、根据二次电池的偏好建立其的效用函数，对于二次电池而言，影响其寿命衰退的因素主要是功率的变化率与振幅，二次电池的效用函数可以表示为：

U^* _bat＝1-a₁(P_bat-P_bat,ave)²-a₂(P_bat-P_bat,l)²

式中，U^* _bat为电池效用函数，P_bat,ave为电池平均输出功率，P_bat,l为电池上一秒输出功率， a₁，a₂，为待定系数；

S2、根据燃料电池的偏好建立其的效用函数，对于燃料电池而言，其偏好主要是减少性能衰退与提升输出效率。燃料电池运行在怠速、启停、变载、过载工况会大大加速燃料电池的性能衰退并减少燃料电池的使用寿命。同时燃料电池工作时存在最高效率点，在该效率点运行可以有效提升燃料电池输出效率，通过限制燃料电池的输出功率可以保证燃料电池无法工作在怠速、过载工况，燃料电池工作后只要氢气充足将不会停机，启停工况对燃料电池性能衰退的影响也可以忽略，因此只需要考虑变载对燃料电池性能衰退的影响，燃料电池的效用函数可以表示为：

U^* _fc＝1-b₁(P_fc-P_fc,est)²-b₂(P_fc-P_fc,l)²

式中，U^* _fc为燃料电池效用函数，P_fc,est为燃料电池在最佳工作点的输出功率，P_fc,l燃料电池上一秒输出功率，b₁，b₂为待定系数。

优选项，电机作为负载以及能源消耗来源，也要满足电机需求功率等于燃料电池提供的功率与电池提供的功率之和，所述负载的效用函数的建立方法如下：

定义负载的效用函数U_load及输入输出功率之间的误差函数Err为：

式中U_load为负载效用函数，c₃为待定系数，Err为误差；

负载的效用函数只包含了能源的控制变量P_fc，P_bat，而P_fc，P_bat由U^* _bat和U^* _fc联立求解出，U_load并没有自己独立控制的变量，因此负载的效用函数不应该作为一个独立的考虑对象。将负载的效用函数与电池和燃料电池的效用函数合并，并将二次电池与燃料电池最终的效用函数形式修改如下：

U_bat＝U^* _fc+U^* _bat-1＝1-a₁(P_bat-P_bat,ave)²-a₂(P_bat-P_bat,l)²-c₃(P_req-P_fc-P_bat)²

U_fc＝U^* _fc+U^* _bat-1＝1-b₁(P_fc-P_fc,est)²-b₂(P_fc-P_fc,l)²-c₃(P_req-P_fc-P_bat)² 。

优选项，燃料电池与二次电池输出功率之和并不一定等于需求功率，他们之间存在一定误差，燃料电池与二次电池需要根据共享信息调整其效用函数，并制定使其收益最大化的当前策略。误差反映了策略对结果的影响。在迭代过程中，误差不断减小，博弈双方的策略收敛到稳定解，即纳什均衡解。所述根据负载的效用函数获得二次电池和燃料电池输出功率值的纳什均衡流程如下所示：

步骤1：初始化电池与燃料电池输出功率，P_fc＝P_bat＝0；

步骤2：输入实时的电机需求功率P_req，电池和燃料电池确定各自的效用函数，分别为 U_bat和U_fc；

步骤3：保存历史计算信息，P_bat，last＝P_bat，P_fc，last＝P_fc；

步骤4：对电池以及燃料电池的效用函数求导，以获得各自效用函数最大化，

获得状态1时二次电池和燃料电池的输出功率：

步骤5：共享信息，如果|P_bat-P_bat，last|<θ₁，|P_fc-P_fc，last|<θ₂，|Err|<θ₃，转入步骤7，否则转入步骤6；θ₁，θ₂，θ₃为误差值，误差值需控制在合理范围内；

步骤6：二次电池和燃料电池根据共享信息调整各自的效用函数中的系数a₁，a₂，b₁，b₂， c₃，转入步骤3；

步骤7：达到纳什均衡，输出电池和燃料电池功率P_bat和P_fc，转入步骤2，进入下一轮新的需求功率下的博弈；

式中P_bat，last，P_fc,last分别为纳什均衡迭代过程中上一次求解的电池和燃料电池输出功率值。

有益效果：本发明可以有效提升电池和燃料电池的使用寿命；本发明简单实用，没有复杂的交叉变异操作，也没有复杂的微分方程，没有类似于模糊控制及神经网络一样冗长的代码，可以很好的嵌入控制器芯片中；本发明仅需要很小的计算资源就可以满足车辆实时能量管理的需求；本发明同时均衡了整车动力性、经济性和部件的耐久性，可以使每个评价指标在互相博弈过程中都达到最大化；本发明能够合理地按照实时路况合理分配双电源的输出功率，保证车辆的动力性和经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明燃料电池电动汽车动力总成原理图；

图2为本发明提出的六个状态及状态转移条件图；

图3为本发明提出的纳什均衡流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，一种可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法，包括二次电池、燃料电池、电机和能量管理控制器，所述二次电池和燃料电池分别通过能量管理控制器给电机提供电能；其特征在于：所述能量管理控制器根据燃料电池内氢气剩余量、二次电池的剩余电量SOC以及车辆运行工况将二次电池与燃料电池的工作状态划分为六个状态，且状态与状态之间根据燃料电池内氢气剩余量和二次电池的剩余电量SOC值以及车辆运行工况进行状态转移，根据各个状态控制二次电池和燃料电池功率输出。

本发明可以有效提升电池和燃料电池的使用寿命；能够合理地按照实时路况合理分配双电源的输出功率，保证车辆的动力性和经济性。

如图2所示，所述六个状态如下：

状态0：车辆起步，氢气充足，SOC>95，二次电池单独满足整车的能量需求，P_bat＝P_req， P_fc＝0，

式中P_bat为电池目标输出功率，P_req为电机需求功率，P_fc为燃料电池目标输出功率；

状态1：氢气充足，95≥SOC>20，整车处于驱动模式，二次电池和燃料电池共同给电机提供能量；

状态2：氢气充足，95≥SOC>20，整车处于制动模式，二次电池回收制动能量，燃料电池不停机并一直保持上一秒输出功率给二次电池充电，P_fc＝P_fc，l，P_bat＝P_req+P_fc，l，

式中P_fc，l为燃料电池上一秒输出功率；

状态3：为了避免二次电池SOC长时间处于较低水平，此时燃料电池单独满足整车驱动需求，同时提升燃料电池输出功率，使二次电池SOC快速上升；氢气充足，20≥SOC>10，二次电池不对外输出电能，

在车辆制动模式时，燃料电池全部输出的能量与制动能量同时给二次电池充电，

此时P_fc＝P_fcmax，P_bat＝P_req+P_fc；

在车辆驱动模式时，燃料电池输出的电能一部分提供给电机，另一部分的电能给二次电池充电，

此时P_fc＝P_fcmax，P_bat＝P_fc–P_req，

式中P_fcmax为燃料电池最大输出功率；

状态4：燃料电池内的氢气全部消耗完，SOC>10，二次电池单独满足整车的能量需求， P_bat＝P_req，P_fc＝0；

状态5：燃料电池内的氢气全部消耗完且SOC≤10，车辆无法继续行驶需要补充能源， P_bat＝P_fc＝0；

状态之间的转移条件如下：

当驾驶员选择停车或者燃料电池内氢气全部消耗完且SOC≤10时，若当前状态为状态0、状态1、状态2、状态3和状态4中任意一个时，由当前状态转移至状态5；若当前状态为状态5，则保持状态5；

燃料电池内氢气全部消耗完且SOC>10，若当前状态为状态0、状态1、状态2和状态3中任意一个时，由当前状态转移至状态4；若当前状态为状态4，则保持状态4；

当氢气充足且SOC>95，若当前状态为状态2时，由当前状态转移至状态0或者保持状态0；

当氢气充足，95≥SOC>20且车辆处于驱动状态，若当前状态为状态0、状态2和状态3 中任意一个时，由当前状态转移至状态1；状态0转移至状态1时，同时满足85≥SOC>20 且车辆处于驱动状态；

当氢气充足，95≥SOC>20且车辆处于制动状态，若当前状态为状态0、状态1和状态3 中任意一个时，由当前状态转移至状态2；若当前状态为状态2，则保持状态2；状态3转移至状态2时，同时满足90≥SOC>75且车辆处于制动状态；状态0转移至状态2时，同时满足85≥SOC>20且车辆处于制动状态；

当氢气充足，20≥SOC>10时，若当前状态为状态1或状态2时，当前状态转移至状态3，若当前状态为状态3时保持状态3。

所述状态1时，氢气充足，95≥SOC>20，整车处于驱动模式，二次电池和燃料电池共同给电机提供能量，输出功率的管理方法如下：

首先、建立二次电池和燃料电池的效用函数；

其次、建立负载的效用函数；

最后、根据负载的效用函数获得二次电池和燃料电池输出功率值。

所述建立二次电池和燃料电池的效用函数的方法如下：

S1、根据二次电池的偏好建立其的效用函数，对于二次电池而言，影响其寿命衰退的因素主要是功率的变化率与振幅，二次电池的效用函数可以表示为：

U^* _bat＝1-a₁(P_bat-P_bat，ave)²-a₂(P_bat-P_bat,l)²

式中，U^* _bat为电池效用函数，P_bat,ave为电池平均输出功率，P_bat,l为电池上一秒输出功率， a₁，a₂，为待定系数；

S2、根据燃料电池的偏好建立其的效用函数，对于燃料电池而言，其偏好主要是减少性能衰退与提升输出效率。燃料电池运行在怠速、启停、变载、过载工况会大大加速燃料电池的性能衰退并减少燃料电池的使用寿命。同时燃料电池工作时存在最高效率点，在该效率点运行可以有效提升燃料电池输出效率，通过限制燃料电池的输出功率可以保证燃料电池无法工作在怠速、过载工况，燃料电池工作后只要氢气充足将不会停机，启停工况对燃料电池性能衰退的影响也可以忽略，因此只需要考虑变载对燃料电池性能衰退的影响，燃料电池的效用函数可以表示为：

U^* _fc＝1-b₁(P_fc-P_fc,est)²-b₂(P_fc-P_fc,l)²

式中，U^* _fc为燃料电池效用函数，P_fc,est为燃料电池在最佳工作点的输出功率，P_fc,l燃料电池上一秒输出功率，b₁，b₂为待定系数。

电机作为负载以及能源消耗来源，也要满足电机需求功率等于燃料电池提供的功率与电池提供的功率之和，所述负载的效用函数的建立方法如下：

定义负载的效用函数U_load及输入输出功率之间的误差函数Err为：

式中U_load为负载效用函数，c₃为待定系数，Err为误差；

负载的效用函数只包含了能源的控制变量P_fc，P_bat，而P_fc，P_bat由U^* _bat和U^* _fc联立求解出，U_load并没有自己独立控制的变量，因此负载的效用函数不应该作为一个独立的考虑对象。将负载的效用函数与电池和燃料电池的效用函数合并，并将二次电池与燃料电池最终的效用函数形式修改如下：

U_bat＝U^* _fc+U^* _bat-1＝1-a₁(P_bat-P_bat,ave)²-a₂(P_bat-P_bat,l)²-c₃(P_req-P_fc-P_bat)²

U_fc＝U^* _fc+U^* _bat-1＝1-b₁(P_fc-P_fc,est)²-b₂(P_fc-P_fc,l)²-c₃(P_req-P_fc-P_bat)²。

如图3所示，燃料电池与二次电池输出功率之和并不一定等于需求功率，他们之间存在一定误差，燃料电池与二次电池需要根据共享信息调整其效用函数，并制定使其收益最大化的当前策略。误差反映了策略对结果的影响。在迭代过程中，误差不断减小，博弈双方的策略收敛到稳定解，即纳什均衡解。所述根据负载的效用函数获得二次电池和燃料电池输出功率值的纳什均衡流程如下所示：

步骤1：初始化电池与燃料电池输出功率，P_fc＝P_bat＝0；

步骤2：输入实时的电机需求功率P_req，电池和燃料电池确定各自的效用函数，分别为 U_bat和U_fc；

步骤3：保存历史计算信息，P_bat,last＝P_bat，P_fc,last＝P_fc；

步骤4：对电池以及燃料电池的效用函数求导，以获得各自效用函数最大化，

获得状态1时二次电池和燃料电池的输出功率：

步骤5：共享信息，如果|P_bat-P_bat,last|<θ₁，|P_fc-P_fc,last|<θ₂，|Err|<θ₃，转入步骤7，否则转入步骤6；θ₁，θ₂，θ₃为误差值，误差值需控制在合理范围内；

步骤6：二次电池和燃料电池根据共享信息调整各自的效用函数中的系数a₁，a₂，b₁，b₂， c₃，转入步骤3；

步骤7：达到纳什均衡，输出电池和燃料电池功率P_bat和P_fc，转入步骤2，进入下一轮新的需求功率下的博弈；

式中P_bat,last，P_fc,last分别为纳什均衡迭代过程中上一次求解的电池和燃料电池输出功率值。

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。

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，在其它实施例中实现。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 (6)

1.一种可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法，包括二次电池、燃料电池、电机和能量管理控制器，所述二次电池和燃料电池分别通过能量管理控制器给电机提供电能；其特征在于：所述能量管理控制器根据燃料电池内氢气剩余量、二次电池的剩余电量SOC以及车辆运行工况将二次电池与燃料电池的工作状态划分为六个状态，且状态与状态之间根据燃料电池内氢气剩余量和二次电池的剩余电量SOC值以及车辆运行工况进行状态转移，根据各个状态控制二次电池和燃料电池功率输出。

2.根据权利要求1所述的可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法，其特征在于，所述六个状态如下：

状态0：车辆起步，氢气充足，SOC>95，二次电池单独满足整车的能量需求，P_bat＝P_req，P_fc＝0，

式中P_bat为电池目标输出功率，P_req为电机需求功率，P_fc为燃料电池目标输出功率；

状态1：氢气充足，95≥SOC>20，整车处于驱动模式，二次电池和燃料电池共同给电机提供能量；

状态2：氢气充足，95≥SOC>20，整车处于制动模式，二次电池回收制动能量，燃料电池不停机并一直保持上一秒输出功率给二次电池充电，P_fc＝P_fc，l，P_bat＝P_req+P_fc，l，

式中P_fc，l为燃料电池上一秒输出功率；

状态3：氢气充足，20≥SOC>10，二次电池不对外输出电能，

在车辆制动模式时，燃料电池全部输出的能量与制动能量同时给二次电池充电，

此时P_fc＝P_fcmax，P_bat＝P_req+P_fc；

在车辆驱动模式时，燃料电池输出的电能一部分提供给电机，另一部分的电能给二次电池充电，

此时P_fc＝P_fcmax，P_bat＝P_fc–P_req，

式中P_fcmax为燃料电池最大输出功率；

状态4：燃料电池内的氢气全部消耗完，SOC>10，二次电池单独满足整车的能量需求，P_bat＝P_req，P_fc＝0；

状态5：燃料电池内的氢气全部消耗完且SOC≤10，车辆无法继续行驶需要补充能源，P_bat＝P_fc＝0；

状态之间的转移条件如下：

当驾驶员选择停车或者燃料电池内氢气全部消耗完且SOC≤10时，若当前状态为状态0、状态1、状态2、状态3和状态4中任意一个时，由当前状态转移至状态5；若当前状态为状态5，则保持状态5；

燃料电池内氢气全部消耗完且SOC>10，若当前状态为状态0、状态1、状态2和状态3中任意一个时，由当前状态转移至状态4；若当前状态为状态4，则保持状态4；

当氢气充足且SOC>95，若当前状态为状态2时，由当前状态转移至状态0或者保持状态0；

当氢气充足，95≥SOC>20且车辆处于驱动状态，若当前状态为状态0、状态2和状态3中任意一个时，由当前状态转移至状态1；状态0转移至状态1时，同时满足85≥SOC>20且车辆处于驱动状态；

当氢气充足，95≥SOC>20且车辆处于制动状态，若当前状态为状态0、状态1和状态3中任意一个时，由当前状态转移至状态2；若当前状态为状态2，则保持状态2；状态3转移至状态2时，同时满足90≥SOC>75且车辆处于制动状态；状态0转移至状态2时，同时满足85≥SOC>20且车辆处于制动状态；

当氢气充足，20≥SOC>10时，若当前状态为状态1或状态2时，当前状态转移至状态3，若当前状态为状态3时保持状态3。

3.根据权利要求2所述的可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法，其特征在于：所述状态1时，氢气充足，95≥SOC>20，整车处于驱动模式，二次电池和燃料电池共同给电机提供能量，输出功率的管理方法如下：

首先、建立二次电池和燃料电池的效用函数；

其次、建立负载的效用函数；

最后、根据负载的效用函数获得二次电池和燃料电池输出功率值。

4.根据权利要求3所述的可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法，其特征在于，所述建立二次电池和燃料电池的效用函数的方法如下：

S1、根据二次电池的偏好建立其的效用函数，二次电池的效用函数可以表示为：

U^* _bat＝1-a₁(P_bat-P_bat,ave)²-a₂(P_bat-P_bat,l)²

式中，U^* _bat为电池效用函数，P_bat,ave为电池平均输出功率，P_bat,l为电池上一秒输出功率，a₁，a₂，为待定系数；

S2、根据燃料电池的偏好建立其的效用函数，燃料电池的效用函数可以表示为：

U^* _fc＝1-b₁(P_fc-P_fc,est)²-b₂(P_fc-P_fc，l)²

式中，U^* _fc为燃料电池效用函数，P_fc,est为燃料电池在最佳工作点的输出功率，P_fc,l燃料电池上一秒输出功率，b₁，b₂为待定系数。

5.根据权利要求4所述的可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法，其特征在于：所述负载的效用函数的建立方法如下：

定义负载的效用函数U_load及输入输出功率之间的误差函数Err为：

式中U_load为负载效用函数，c₃为待定系数，Err为误差；

将负载的效用函数与电池和燃料电池的效用函数合并，并将二次电池与燃料电池最终的效用函数形式修改如下：

U_bat＝U^* _fc+U^* _bat-1＝1-a₁(P_bat-P_bat,ave)²-a₂(P_bat-P_bat,l)²-c₃(P_req-P_fc-P_bat)²

U_fc＝U^* _fc+U^* _bat-1＝1-b₁(P_fc-P_fc,est)²-b₂(P_fc-P_fc,l)²-c₃(P_req-P_fc-P_bat)²。

6.根据权利要求5所述的可以减少燃料电池性能衰退的双电池能量管理方法，其特征在于：所述根据负载的效用函数获得二次电池和燃料电池输出功率值的方法如下：

步骤1：初始化电池与燃料电池输出功率，P_fc＝P_bat＝0；

步骤2：输入实时的电机需求功率P_req，电池和燃料电池确定各自的效用函数，分别为U_bat和U_fc；

步骤3：保存历史计算信息，P_bat，last＝P_bat，P_fc，last＝P_fc；

步骤4：对电池以及燃料电池的效用函数求导，以获得各自效用函数最大化，

获得状态1时二次电池和燃料电池的输出功率：

步骤5：共享信息，如果|P_bat-P_bat，last|<θ₁，|P_fc-P_fc,last|<θ₂，|Err|<θ₃，转入步骤7，否则转入步骤6；θ₁，θ₂，θ₃为误差值，误差值需控制在合理范围内；

步骤6：二次电池和燃料电池根据共享信息调整各自的效用函数中的系数a₁，a₂，b₁，b₂，c₃，转入步骤3；

步骤7：达到纳什均衡，输出电池和燃料电池功率P_bat和P_fc，转入步骤2，进入下一轮新的需求功率下的博弈；

式中P_bat，last，P_fc,last分别为纳什均衡迭代过程中上一次求解的电池和燃料电池输出功率值。

Images