CN115476735A - 车辆复合能量管理方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆复合能量管理方法、装置、设备及存储介质，所述方法通过根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；在判定燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制燃料电池系统输出平滑输出功率；在判定燃料电池系统关闭时，控制燃料电池系统关闭，能够避免动力电池过充，避免了燃料电池输出功率大幅度波动，能够适应各种复杂工况，保证了混合动力汽车的经济性，提高了燃料电池的耐久性，提升了动力电池的安全性及寿命。
Description
技术领域
本发明涉及多能源动力总成控制技术领域，尤其涉及一种车辆复合能量管理方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
在石油资源的日益缺乏及环保法规的越发严格的今天，各国都在大力发展新能源汽车，而作为在应用环节里真正意义上零排放的清洁能源，氢燃料电池有其独到优势；燃料电池汽车不仅能够在燃料上实现对汽油的完全代替，而且具备能量转换效率高、加氢时间短，续航里程长等优势。
燃料电池混合动力汽车能量管理控制策略是燃料电池控制系统的关键技术；燃料电池汽车能量来源包括燃料电池和能量储存器，这个能量储存器可以是动力电池或超级电容，通过能量控制算法实时协调分配燃料电池和能量储存器的功率输出，减少燃料电池发动机的负载功率波动，优化发动机的工作区间并最大程度回收制动能量，实现整车动力系统经济性最优。
目前的燃料电池控制方法在燃料电池的负载频繁且较大幅值的波动会降低其耐久性和输出效率，某些工况下动力蓄电池充放电变化幅度过大导致蓄电池产生寿命缩减问题及过充过放产生的安全问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种车辆复合能量管理方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术中在燃料电池的负载频繁且较大幅值的波动会降低其耐久性和输出效率，某些工况下动力蓄电池充放电变化幅度过大导致蓄电池产生寿命缩减问题及过充过放产生的安全问题。
第一方面，本发明提供一种车辆复合能量管理方法，所述车辆复合能量管理方法包括以下步骤：
根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；
在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率；
在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭。
可选地，所述根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果，包括：
根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启；
实时获取当前车辆的燃料电池混合动力系统中动力电池的电池荷电状态，并获取整车控制器计算所述当前车辆在不同工况下的整车需求功率；
获取所述整车需求功率和所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值的差值，将所述差值和所述电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果。
可选地，所述在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率，包括：
在判定所述燃料电池系统开启时，根据预设模糊控制策略确定模糊规则和输入输出量的隶属函数；
根据所述模糊规则和所述隶属函数获取所述输入结果对应的模糊输出功率，其中，所述模糊规则包括燃料电池运行时的运行输出功率大于怠速功率，所述电池荷电状态在预设合理范围内；
通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率；
控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率。
可选地，所述模糊规则包括燃料电池运行时的运行输出功率大于怠速功率，所述电池荷电状态在预设合理范围内。
可选地，所述根据所述模糊规则和所述隶属函数获取所述输入结果对应的模糊输出功率，包括：
对所述隶属函数进行优化，获得优化后的目标函数；
根据所述模糊规则和所述目标函数通过下式获取所述输入结果对应的模糊输出功率：
Pfc_req1＝Pfc_g1+(Pfc_g2-Pfc_g1)*K
其中，Pfc_req1为模糊输出功率，Pfc_g1为所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值，Pfc_g2为所述整车需求功率，K为燃料电池输出功率比例系数。
可选地，所述对所述隶属函数进行优化，获得优化后的目标函数，包括：
采用粒子群算法对隶属函数进行离线参数寻优，通过下式获取优化后的目标函数：
其中，min o bj(x)为目标函数最小值，
为各个目标值；w1、w2为各个优化目标值的权重系数，ΔSOC为蓄电池SOC的变化量，T为整个循环工况的时间。
可选地，所述通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，包括：
通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，通过下式获得平滑输出功率：
其中，N为滑动窗口中容纳数据的个数；T为采样时刻；k为时间轴的时刻；Pfc_req1_T为T时刻模糊控制器计算的燃料电池的输出功率。
第二方面，为实现上述目的，本发明还提出一种车辆复合能量管理装置，所述车辆复合能量管理装置包括：
判断模块，用于根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；
输出功率确定模块，用于在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率；
控制模块，用于在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭。
第三方面，为实现上述目的，本发明还提出一种车辆复合能量管理设备，所述车辆复合能量管理设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的车辆复合能量管理程序，所述车辆复合能量管理程序配置为实现如上文所述的车辆复合能量管理方法的步骤。
第四方面，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有车辆复合能量管理程序，所述车辆复合能量管理程序被处理器执行时实现如上文所述的车辆复合能量管理方法的步骤。
本发明提出的车辆复合能量管理方法，通过预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率；在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭，能够根据车辆不同运行工况的整车需求功率计算出燃料电池输出功率，连续性更好，避免动力电池过充，具有更好的复杂工况适应性，且可提升蓄电池安全性和寿命，通过滑动平均滤波处理避免了燃料电池输出功率大幅度波动，保证了混合动力汽车的经济性，提高了燃料电池的耐久性，提升了动力电池的安全性及寿命。
附图说明
图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图；
图2为本发明车辆复合能量管理方法第一实施例的流程示意图；
图3为车辆复合能量管理方法中燃料电池混合动力汽车复合能量管理策略流程图；
图4为本发明车辆复合能量管理方法第二实施例的流程示意图；
图5为本发明车辆复合能量管理方法第三实施例的流程示意图；
图6为本发明车辆复合能量管理方法中燃料电池输出功率效率特性曲线图；
图7为本发明车辆复合能量管理方法中模糊规则示意图；
图8为本发明车辆复合能量管理方法中隶属函数示意图；
图9为本发明车辆复合能量管理方法中开关控制规则示意图；
图10为本发明车辆复合能量管理方法中滑动平均滤波示意图；
图11为本发明车辆复合能量管理装置第一实施例的功能模块图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的解决方案主要是：通过预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率；在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭，能够根据车辆不同运行工况的整车需求功率计算出燃料电池输出功率，连续性更好，避免动力电池过充，具有更好的复杂工况适应性，且可提升蓄电池安全性和寿命，通过滑动平均滤波处理避免了燃料电池输出功率大幅度波动，保证了混合动力汽车的经济性，提高了燃料电池的耐久性，提升了动力电池的安全性及寿命，解决了现有技术中在燃料电池的负载频繁且较大幅值的波动会降低其耐久性和输出效率，某些工况下动力蓄电池充放电变化幅度过大导致蓄电池产生寿命缩减问题及过充过放产生的安全问题。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图。
如图1所示，该设备可以包括：处理器1001，例如CPU，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如Wi-Fi接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(Non-Volatile Memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的设备结构并不构成对该设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作装置、网络通信模块、用户接口模块以及车辆复合能量管理程序。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的车辆复合能量管理程序，并执行以下操作：
根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；
在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率；
在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的车辆复合能量管理程序，还执行以下操作：
根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启；
实时获取当前车辆的燃料电池混合动力系统中动力电池的电池荷电状态，并获取整车控制器计算所述当前车辆在不同工况下的整车需求功率；
获取所述整车需求功率和所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值的差值，将所述差值和所述电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的车辆复合能量管理程序，还执行以下操作：
在判定所述燃料电池系统开启时，根据预设模糊控制策略确定模糊规则和输入输出量的隶属函数；
根据所述模糊规则和所述隶属函数获取所述输入结果对应的模糊输出功率，其中，所述模糊规则包括燃料电池运行时的运行输出功率大于怠速功率，所述电池荷电状态在预设合理范围内；
通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率；
控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的车辆复合能量管理程序，还执行以下操作：
所述模糊规则包括燃料电池运行时的运行输出功率大于怠速功率，所述电池荷电状态在预设合理范围内。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的车辆复合能量管理程序，还执行以下操作：
对所述隶属函数进行优化，获得优化后的目标函数；
根据所述模糊规则和所述目标函数通过下式获取所述输入结果对应的模糊输出功率：
Pfc_req1＝Pfc_g1+(Pfc_g2-Pfc_g1)*K
其中，Pfc_req1为模糊输出功率，Pfc_g1为所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值，Pfc_g2为所述整车需求功率，K为燃料电池输出功率比例系数。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的车辆复合能量管理程序，还执行以下操作：
采用粒子群算法对隶属函数进行离线参数寻优，通过下式获取优化后的目标函数：
其中，min o bj(x)为目标函数最小值，
为各个目标值；w1、w2为各个优化目标值的权重系数，ΔSOC为蓄电池SOC的变化量，T为整个循环工况的时间。
本发明设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的车辆复合能量管理程序，还执行以下操作：
通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，通过下式获得平滑输出功率：
其中，N为滑动窗口中容纳数据的个数；T为采样时刻；k为时间轴的时刻；Pfc_req1_T为T时刻模糊控制器计算的燃料电池的输出功率。
本实施例通过上述方案，通过预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率；在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭，能够根据车辆不同运行工况的整车需求功率计算出燃料电池输出功率，连续性更好，避免动力电池过充，具有更好的复杂工况适应性，且可提升蓄电池安全性和寿命，通过滑动平均滤波处理避免了燃料电池输出功率大幅度波动，保证了混合动力汽车的经济性，提高了燃料电池的耐久性，提升了动力电池的安全性及寿命。
基于上述硬件结构，提出本发明车辆复合能量管理方法实施例。
参照图2，图2为本发明车辆复合能量管理方法第一实施例的流程示意图。
在第一实施例中，所述车辆复合能量管理方法包括以下步骤：
步骤S10、根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果。
需要说明的是，所述预设开关控制规则为预先设定好的开关控制规则，能够决定燃料电池系统开启或关闭，能够将当前车辆在不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果。
步骤S20、在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率。
可以理解的是，在判定所述燃料电池系统开启时，可以通过模糊控制计算获得模糊输出功率，并且可以通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，平滑输出功率为模糊输出功率经滤波处理后的输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率。
在具体实现中，通过预先设定好的开关控制规则，决定燃料电池系统开启或关闭，若判定燃料电池系统开启，发送燃料电池开启信号给燃料电池系统，并选择输出模糊控制计算的输出功率，即模糊输出功率，然后通过滑动平均滤波器进行平滑处理，得到燃料电池输出功率，即平滑输出功率，输出给燃料电池系统，控制燃料电池系统输出相应功率。
步骤S30、在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭。
应当理解的是，若判定燃料电池系统关闭，则发送燃料电池关闭信号给燃料电池系统，控制燃料电池系统关闭，并选择燃料电池输出功率为0，此处控制燃料电池关闭是为了防止动力电池过充。
在具体实现中，参见图3，图3为车辆复合能量管理方法中燃料电池混合动力汽车复合能量管理策略流程图，如图3所示，燃料电池混合动力汽车复合能量管理策略为：实时获取燃料电池混合动力系统中动力电池的SOC和整车控制器计算的整车需求功率Preq，以整车需求功率Preq与燃料电池系统高效功率区下限值之差和动力电池SOC为输入，通过预先采用粒子群算法优化好的模糊控制器得到一个燃料电池需求输出功率Pfc_req1，与此同时以动力电池的SOC和整车控制器计算的整车需求功率Preq为输入，通过预先设定好的开关控制规则，决定燃料电池系统开启或关闭，若判定燃料电池系统开启，发送燃料电池开启信号给燃料电池系统，并选择输出模糊控制计算的输出功率Pfc_req1，然后通过滑动平均滤波器进行平滑处理，得到燃料电池输出功率Pfc_req2，输出给燃料电池系统，控制燃料电池系统输出相应功率，若判定燃料电池系统关闭，则发送燃料电池关闭信号给燃料电池系统，控制燃料电池系统关闭，并选择燃料电池输出功率为0。
本实施例通过上述方案，通过预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率；在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭，能够根据车辆不同运行工况的整车需求功率计算出燃料电池输出功率，连续性更好，避免动力电池过充，具有更好的复杂工况适应性，且可提升蓄电池安全性和寿命，通过滑动平均滤波处理避免了燃料电池输出功率大幅度波动，保证了混合动力汽车的经济性，提高了燃料电池的耐久性，提升了动力电池的安全性及寿命。
进一步地，图4为本发明车辆复合能量管理方法第二实施例的流程示意图，如图4所示，基于第一实施例提出本发明车辆复合能量管理方法第二实施例，在本实施例中，所述步骤S10具体包括以下步骤：
步骤S11、根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启。
需要说明的是，通过预先设定好的开关控制规则，可以决定燃料电池系统开启或关闭。
步骤S12、实时获取当前车辆的燃料电池混合动力系统中动力电池的电池荷电状态，并获取整车控制器计算所述当前车辆在不同工况下的整车需求功率。
可以理解的是，实时获取燃料电池混合动力系统中动力电池的电池荷电状态(State of Charge，SOC)和整车控制器计算所述当前车辆在不同工况下的整车需求功率。
步骤S13、获取所述整车需求功率和所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值的差值，将所述差值和所述电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果。
应当理解的是，以整车需求功率与燃料电池系统高效功率区下限值之差和动力电池SOC为输入，即可以计算所述整车需求功率和所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值的差值，进而将所述差值和所述电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果。
本实施例通过上述方案，通过根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启；实时获取当前车辆的燃料电池混合动力系统中动力电池的电池荷电状态，并获取整车控制器计算所述当前车辆在不同工况下的整车需求功率；获取所述整车需求功率和所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值的差值，将所述差值和所述电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果，能够根据车辆不同运行工况的整车需求功率计算出燃料电池输出功率，连续性更好，避免动力电池过充，具有更好的复杂工况适应性，提升了蓄电池安全性和寿命。
进一步地，图5为本发明车辆复合能量管理方法第三实施例的流程示意图，如图5所示，基于第一实施例提出本发明车辆复合能量管理方法第三实施例，在本实施例中，所述步骤S20具体包括以下步骤：
步骤S21、在判定所述燃料电池系统开启时，根据预设模糊控制策略确定模糊规则和输入输出量的隶属函数。
需要说明的是，在判定所述燃料电池系统开启时，可以根据预先设置的模糊控制策略确定相应的模糊规则和输入输出量的隶属函数。
在具体实现中，可以采用mandani模糊控制策略作为基础控制策略，两个输入一个输出，根据预设模糊控制策略确定模糊规则和输入输出量的隶属函数，通过设定模糊规则及输入输出量的隶属函数，由两个输入量得到输出量。
步骤S22、根据所述模糊规则和所述隶属函数获取所述输入结果对应的模糊输出功率。
可以理解的是，通过所述模糊规则和所述隶属函数可以计算获取所述输入结果对应的模糊输出功率。
进一步的，所述模糊规则包括燃料电池运行时的运行输出功率大于怠速功率，所述电池荷电状态在预设合理范围内。
在具体实现中，模糊控制设计原则可以为避免燃料电池处于怠速状态影响其耐久性，应保证燃料电池运行时输出功率大于其怠速功率；为保证燃料电池处于在高效区运行，应保证燃料电池运行时输出功率在高效区；减少燃料电池启停次数；保持蓄电池SOC在合理范围内，当然也可以根据实际情况对模糊规则进行调整，本实施例对此不加以限制。
进一步的，所述步骤S22具体包括以下步骤：
对所述隶属函数进行优化，获得优化后的目标函数；
根据所述模糊规则和所述目标函数通过下式获取所述输入结果对应的模糊输出功率：
Pfc_req1＝Pfc_g1+(Pfc_g2-Pfc_g1)*K
其中，Pfc_req1为模糊输出功率，Pfc_g1为所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值，Pfc_g2为所述整车需求功率，K为燃料电池输出功率比例系数。
可以理解的是，mandani模糊控制策略可以有两个输入量和一个输出量，即可以以整车需求功率Preq与高效率区间下限Pfc_g1的差值ΔP(kW)为一个输入量，以动力电池SOC为另一个输入量，以燃料电池输出功率比例系数K为输出量K∈[0，1]，通过预先设定的模糊控制器得到一个燃料电池需求输出功率Pfc_req1。
应当理解的是，参见图6，图6为本发明车辆复合能量管理方法中燃料电池输出功率效率特性曲线图，如图6所示，根据所采用燃料电池输出功率效率特性，所述预设高效功率区可以设置为[Pfc_g1，Pfc_g2]。
在具体实现中，参见图7，图7为本发明车辆复合能量管理方法中模糊规则示意图，如图7所示，模糊规则中以ΔP和SOC为输入量，以燃料电池输出功率比例系数K为输出量；ΔP、SOC和K的模糊子集为：{VS，S，M，B，VB}；模糊子集中，VS为极小；S为小；M为中等；B为大；VB为极大。
参见图8，图8为本发明车辆复合能量管理方法中隶属函数示意图，模糊控制器的输入输出变量隶属函数如图8所示，μ(ΔP)、μ(SOC)和μ(K)分别为ΔP、SOC和K的隶属度。
进一步的，所述步骤对所述隶属函数进行优化，获得优化后的目标函数，包括：
采用粒子群算法对隶属函数进行离线参数寻优，通过下式获取优化后的目标函数：
其中，min o bj(x)为目标函数最小值，
为各个目标值；w1、w2为各个优化目标值的权重系数，ΔSOC为蓄电池SOC的变化量，T为整个循环工况的时间。
应当理解的是，采用粒子群算法对隶属函数进行离线参数寻优，并将优化后的模糊控制器应用于能量管理策略中，优化目标是在保证汽车动力性的前提下，使得整车的等效氢耗量和蓄电池SOC变化量最小，通过上述公式可以获得优化的目标函数。
在具体实现中，可以设定
为0.01，
为0.1，w1、w2分别为0.5和0.5，采用粒子群优化算法，针对车辆常用运行工况，对模糊控制器的隶属函数进行优化。
步骤S23、通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率。
应当理解的是，通过滑动平均滤波器可以对所述输入结果进行平滑处理，进而可以获得平滑输出功率。
进一步的，所述步骤S23具体包括以下步骤：
通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，通过下式获得平滑输出功率：
其中，N为滑动窗口中容纳数据的个数；T为采样时刻；k为时间轴的时刻；Pfc_req1_T为T时刻模糊控制器计算的燃料电池的输出功率。
可以理解的是，如图9所示，图9为本发明车辆复合能量管理方法中开关控制规则示意图，参见图9，通过预先设定好的开关控制规则，决定燃料电池系统开启或关闭，若判定燃料电池系统开启，模糊控制计算的输出功率Pfc_req1输出给通过滑动平均滤波器进行平滑处理，得到燃料电池输出功率Pfc_req2，输出给燃料电池系统，控制燃料电池系统输出相应功率，若判定燃料电池系统关闭，则发送燃料电池关闭信号给燃料电池系统，控制燃料电池系统关闭；图8中，FC_power为燃料电池输出功率；FC_mode为燃料电池启停状态，0为关闭，1为打开；Pfc_req1为模糊控制计算的燃料电池输出功率；P_req为整车需求功率；P_bat_max为动力电池最大输出功率；SOC为动力电池当前SOC值。
在具体实现中，如图10所示，图10为本发明车辆复合能量管理方法中滑动平均滤波示意图，参见图10，模糊控制器计算的输出功率Pfc_req1通过滑动平均滤波算法平滑处理，得到燃料电池输出功率Pfc_req2，其特征在于：滑动平均滤波算法相当于有一个固定长度为N的滑动窗口，沿离散时间序列滑动，每滑动一个采样间隔，窗口前面进入一个新的数据，串口后面去掉一个旧的数据，这样在窗口中始终有N个“最新”的数据，只要每次在滑动后把窗口中的N个数据进行算数平均，就可得到一组经过滑动平均滤波的新序列，其表达式为上述公式。
步骤S24、控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率。
可以理解的是，获得所述模糊输出功率和所述平滑输出功率后，可以控制所述燃料电池系统进行输出，即输出所述平滑输出功率。
本实施例通过上述方案，通过在判定所述燃料电池系统开启时，根据预设模糊控制策略确定模糊规则和输入输出量的隶属函数；根据所述模糊规则和所述隶属函数获取所述输入结果对应的模糊输出功率；通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率；控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率，能够通过滑动平均滤波处理避免了燃料电池输出功率大幅度波动，提升了蓄电池安全性和寿命。
相应地，本发明进一步提供一种车辆复合能量管理装置。
参照图11，图11为本发明车辆复合能量管理装置第一实施例的功能模块图。
本发明车辆复合能量管理装置第一实施例中，该车辆复合能量管理装置包括：
判断模块10，用于根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果。
输出功率确定模块20，用于在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率。
控制模块30，用于在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭。
所述判断模块10，还用于根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启；实时获取当前车辆的燃料电池混合动力系统中动力电池的电池荷电状态，并获取整车控制器计算所述当前车辆在不同工况下的整车需求功率；获取所述整车需求功率和所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值的差值，将所述差值和所述电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果。
所述输出功率确定模块20，还用于在判定所述燃料电池系统开启时，根据预设模糊控制策略确定模糊规则和输入输出量的隶属函数；根据所述模糊规则和所述隶属函数获取所述输入结果对应的模糊输出功率；通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率；控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率。
所述输出功率确定模块20，还用于所述模糊规则包括燃料电池运行时的运行输出功率大于怠速功率，所述电池荷电状态在预设合理范围内。
所述输出功率确定模块20，还用于对所述隶属函数进行优化，获得优化后的目标函数；根据所述模糊规则和所述目标函数通过下式获取所述输入结果对应的模糊输出功率：
Pfc_req1＝Pfc_g1+(Pfc_g2-Pfc_g1)*K
其中，Pfc_req1为模糊输出功率，Pfc_g1为所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值，Pfc_g2为所述整车需求功率，K为燃料电池输出功率比例系数。
所述输出功率确定模块20，还用于采用粒子群算法对隶属函数进行离线参数寻优，通过下式获取优化后的目标函数：
其中，min o bj(x)为目标函数最小值，
为各个目标值；w1、w2为各个优化目标值的权重系数，ΔSOC为蓄电池SOC的变化量，T为整个循环工况的时间。
所述输出功率确定模块20，还用于通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，通过下式获得平滑输出功率：
其中，N为滑动窗口中容纳数据的个数；T为采样时刻；k为时间轴的时刻；Pfc_req1_T为T时刻模糊控制器计算的燃料电池的输出功率。
其中，车辆复合能量管理装置的各个功能模块实现的步骤可参照本发明车辆复合能量管理方法的各个实施例，此处不再赘述。
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上车辆复合能量管理程序，所述车辆复合能量管理程序被处理器执行时实现如下操作：
根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；
在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率；
在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭。
进一步地，所述车辆复合能量管理程序被处理器执行时还实现如下操作：
根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启；
实时获取当前车辆的燃料电池混合动力系统中动力电池的电池荷电状态，并获取整车控制器计算所述当前车辆在不同工况下的整车需求功率；
获取所述整车需求功率和所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值的差值，将所述差值和所述电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果。
进一步地，所述车辆复合能量管理程序被处理器执行时还实现如下操作：
在判定所述燃料电池系统开启时，根据预设模糊控制策略确定模糊规则和输入输出量的隶属函数；
根据所述模糊规则和所述隶属函数获取所述输入结果对应的模糊输出功率；
通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率；
控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率。
进一步地，所述车辆复合能量管理程序被处理器执行时还实现如下操作：
所述模糊规则包括燃料电池运行时的运行输出功率大于怠速功率，所述电池荷电状态在预设合理范围内。
进一步地，所述车辆复合能量管理程序被处理器执行时还实现如下操作：
对所述隶属函数进行优化，获得优化后的目标函数；
根据所述模糊规则和所述目标函数通过下式获取所述输入结果对应的模糊输出功率：
Pfc_req1＝Pfc_g1+(Pfc_g2-Pfc_g1)*K
其中，Pfc_req1为模糊输出功率，Pfc_g1为所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值，Pfc_g2为所述整车需求功率，K为燃料电池输出功率比例系数。
进一步地，所述车辆复合能量管理程序被处理器执行时还实现如下操作：
采用粒子群算法对隶属函数进行离线参数寻优，通过下式获取优化后的目标函数：
其中，min o bj(x)为目标函数最小值，
为各个目标值；w1、w2为各个优化目标值的权重系数，ΔSOC为蓄电池SOC的变化量，T为整个循环工况的时间。
进一步地，所述车辆复合能量管理程序被处理器执行时还实现如下操作：
通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，通过下式获得平滑输出功率：
其中，N为滑动窗口中容纳数据的个数；T为采样时刻；k为时间轴的时刻；Pfc_req1_T为T时刻模糊控制器计算的燃料电池的输出功率。
本实施例通过上述方案，通过预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率；在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭，能够根据车辆不同运行工况的整车需求功率计算出燃料电池输出功率，连续性更好，避免动力电池过充，具有更好的复杂工况适应性，且可提升蓄电池安全性和寿命，通过滑动平均滤波处理避免了燃料电池输出功率大幅度波动，保证了混合动力汽车的经济性，提高了燃料电池的耐久性，提升了动力电池的安全性及寿命。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种车辆复合能量管理方法，其特征在于，所述车辆复合能量管理方法包括：
根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；
在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率；
在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭。
2.如权利要求1所述的车辆复合能量管理方法，其特征在于，所述根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果，包括：
根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启；
实时获取当前车辆的燃料电池混合动力系统中动力电池的电池荷电状态，并获取整车控制器计算所述当前车辆在不同工况下的整车需求功率；
获取所述整车需求功率和所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值的差值，将所述差值和所述电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果。
3.如权利要求1所述的车辆复合能量管理方法，其特征在于，所述在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率，包括：
在判定所述燃料电池系统开启时，根据预设模糊控制策略确定模糊规则和输入输出量的隶属函数；
根据所述模糊规则和所述隶属函数获取所述输入结果对应的模糊输出功率；
通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率；
控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率。
4.如权利要求3所述的车辆复合能量管理方法，其特征在于，所述模糊规则包括燃料电池运行时的运行输出功率大于怠速功率，所述电池荷电状态在预设合理范围内。
5.如权利要求3所述的车辆复合能量管理方法，其特征在于，所述根据所述模糊规则和所述隶属函数获取所述输入结果对应的模糊输出功率，包括：
对所述隶属函数进行优化，获得优化后的目标函数；
根据所述模糊规则和所述目标函数通过下式获取所述输入结果对应的模糊输出功率：
Pfc_req1＝Pfc_g1+(Pfc_g2-Pfc_g1)*K
其中，Pfc_req1为模糊输出功率，Pfc_g1为所述燃料电池混合动力系统的预设高效功率区的下限值，Pfc_g2为所述整车需求功率，K为燃料电池输出功率比例系数。
6.如权利要求5所述的车辆复合能量管理方法，其特征在于，所述对所述隶属函数进行优化，获得优化后的目标函数，包括：
采用粒子群算法对隶属函数进行离线参数寻优，通过下式获取优化后的目标函数：
其中，min o bj(x)为目标函数最小值，
为各个目标值；w1、w2为各个优化目标值的权重系数，ΔSOC为蓄电池SOC的变化量，T为整个循环工况的时间。
7.如权利要求3所述的车辆复合能量管理方法，其特征在于，所述通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，包括：
通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，通过下式获得平滑输出功率：
其中，N为滑动窗口中容纳数据的个数；T为采样时刻；k为时间轴的时刻；Pfc_req1_T为T时刻模糊控制器计算的燃料电池的输出功率。
8.一种车辆复合能量管理装置，其特征在于，所述车辆复合能量管理装置包括：
判断模块，用于根据预设开关控制规则判断燃料电池系统是否开启，将当前车辆不同工况下的整车需求功率和动力电池的电池荷电状态作为燃料电池系统的输入结果；
输出功率确定模块，用于在判定所述燃料电池系统开启时，通过模糊控制计算获得模糊输出功率，通过滑动平均滤波器对所述输入结果进行平滑处理，获得平滑输出功率，控制所述燃料电池系统输出所述平滑输出功率；
控制模块，用于在判定所述燃料电池系统关闭时，控制所述燃料电池系统关闭。
9.一种车辆复合能量管理设备，其特征在于，所述车辆复合能量管理设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的车辆复合能量管理程序，所述车辆复合能量管理程序配置为实现如权利要求1至7中任一项所述的车辆复合能量管理方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有车辆复合能量管理程序，所述车辆复合能量管理程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的车辆复合能量管理方法的步骤。
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| CN117622097A (zh) * | 2024-01-25 | 2024-03-01 | 江西五十铃汽车有限公司 | 动力切换的能量回收方法、系统、可读存储介质及车辆 |
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