[发明专利]一种混合动力汽车氢耗与负载变化的能源管理方法

说明书

本发明公开了一种混合动力汽车氢耗与负载变化的能源管理方法。本发明通过模型建立、模糊规则引入、能量管理控制器设计、优化等手段，建立了一个遗传算法优化的模糊能量管理控制方法，提高了燃料电池汽车的运行效率。本发明定义了一个隶属度函数及其模糊规则库，专家知识可以用来把握主要的输出规则。本发明的核心在于优化隶属度函数的参数，对输入，输出及其模糊规则库的模糊划分进行优化。由于模糊规则的结构不能直接用数学表达，因此本发明使用遗传算法来解决优化问题。

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种混合动力汽车氢耗与负载变化的能源管理方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染的加剧，燃料电池动力汽车受到了越来越多的关注。然而，由于动态响应缓慢，负载跟随能力有限或在瞬态和波动功率需求下的氢气不足，燃料电池通常与一个或两个蓄电池或超级电容器混合。燃料电池与超级电容器的混合能够满足大的瞬时功率需求，吸收反馈能量并使燃料电池小型化。燃料电池和蓄电池或超级电容器的混合使用就必然存在两电源配比以及能量流向管理和控制，这就需要一个能量管理方案。

针对混合动力汽车中的能量管理，已经提出了很多种控制方案，如模糊逻辑控制器，模糊逻辑控制器加哈尔小波能量管理系统，启发式控制器，分布式电源管理控制器等，这些方法都是比较稳定的，可以实时使用，但是，这些控制策略的设计过程比较复杂，不适用于优化。动态规划，神经网络，遗传算法和粒子群算法都已经被用来优化能量管理系统，但是，这些方法只考虑了减少燃料或能源消耗，而没有考虑如驱动能力，排放等因素，而且大多数优化算法都过于复杂，不能够实时操作。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种混合动力汽车氢耗与负载变化的能源管理方法。

本发明的技术方案是通过模型建立、模糊规则引入、能量管理控制器设计、优化等手段，建立了一个遗传算法优化的模糊能量管理控制系统，提高了燃料电池汽车的运行效率。

本发明方法的步骤包括：

步骤1.设计燃料电池汽车相关模型。具体是：

1.1建立燃料电池模型

V_out＝N₀E_cell-V_act-V_ohm

V_act＝Bln(CI),V_ohm＝IR_ohm

式中，N₀是串联的燃料电池的数量，B和C是计算被激活电压的常数，R_ohm是燃料电池内阻，V_ohm是燃料电池内部欧姆电压，I是燃料电池电流。P_H2和P_O2分别是氢和氧分压。T是燃料电池堆的温度，R是气体常数。λ_e和τ_e均为恒定的常数。E_cell表示能斯特电池电压，V_act表示激活电压，是每个电池单元的标准参考电位，k_E是一个常系数，E_dcell通过一个一阶传递函数计算。

1.2建立一个具有等效串联电阻和等效电容的功率负载超级电容模型：