[发明专利]一种增程式燃料电池电动汽车动力装置及其控制方法

权利要求书

1.一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，其特征在于，该装置包括：驱动电机(1)、双向变流器(2)、斩波器(3)、动力电池(4)、燃料电池(5)、高压储氢罐(6)、电控阀门(7)、控制器(8)、油门踏板(9)和制动踏板(10)；

所述驱动电机的输出通过变速齿轮箱与电动汽车的传动轴连接，驱动电机的输入与双向变流器的交流输出端连接，双向变流器的直流输入端并联动力电池的输出与斩波器的输出，斩波器的输入与燃料电池的电源输出连接，燃料电池的燃料进口通过电控阀门与高压储氢罐的输出连接，所述控制器的输出分别与电控阀门的控制端口和双向变流器的控制端口连接，控制器输入端分别连接油门踏板和制动踏板的输出信号。

2.根据权利要求1所述的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，其特征在于：所述控制器为BP神经网络控制器，其中，BP神经网络的结构为2-5-2结构，即输入层神经元个数为2，中间层为神经元个数为5，输出层神经元个数为2；输入层为信号传递，输出两个控制量y₁和y₂。

3.根据权利要求1所述的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，其特征在于：所述动力电池为锂离子电池。

4.一种增程式燃料电池电动汽车动力装置的控制方法，其特征在于：给定功率Pin为正时，电动汽车工作在行驶状态，为给定功率Pin为负时，电动汽车工作在制动状态，驱动电机的实际输出功率Pout驱动电动汽车，将驱动电机的实际输出功率Pout信号反馈到输入端，与给定功率Pin进行比较，构成反馈控制系统，Pout信号与Pin的信号输入到比较器中，得到功率误差信号△P，并将功率误差信号△P进行微分处理，得到功率变化率信号dP/dt，将△P与dP/dt经过控制算法得到两个控制量y₁和y₂，控制量y₁控制电控阀门的开度，从而控制燃料电池的输出电功率；控制量y₂控制双向变流器的控制端口的PWM信号，从而控制双向变流器的工作方式以及功率大小。

5.根据权利要求4所述的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置的控制方法，其特征在于，所述控制双向变流器的工作方式包括电动汽车形式状态时的逆变状态和电动汽车工作在制动时的整流状态，逆变状态时，驱动电机运行在电动状态，动力电池给通过双向变流器，将直流逆变为交流，给驱动电机提供电力，整流状态时，驱动电机运行在发电状态，驱动电机将电动汽车的制动时产生的能量转化为电能，通过双向变流器，将驱动电机发出的交流电整流为直流，给动力电池进行充电；当油门踏板有信号产生时，驱动电机运行在发电状态，当制动踏板有信号产生时，驱动电机运行在电动状态。

6.根据权利要求4所述的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置的控制方法，其特征在于，所述控制算法为BP神经网络控制算法，包括以下步骤：

(1)建立BP神经网络结构

BP神经网络的结构为2-5-2结构，即输入层神经元个数i＝1,2，x_i对应两个输入变量，输入层为信号传递；

输入变量一：x₁：△P；

输入变量一：x₂：dP/dt；

中间层为神经元个数j＝1,2,3,4,5；中间层神经元的输入为x_j，输出为x_j′；

输出层为神经元个数l＝1,2，输出为y_l，对应两个控制量y₁和y₂；

(2)进行BP网络的训练。

7.根据权利要求6所述的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：

(21)前向传播：计算BP神经网络输出

中间层神经元的输入为所有输入的加权之和，即：

中间层神经的输出x_j′采用S函数激发x_j，得：

则：

输出层神经元的输出为：

BP神经网络第l个输出去与相应理想输出的误差为：

以第p个样本为例，第p个样本的误差性能指标函数为：

(22)反向传播：采用梯度下降法，调整各层间的权值；

输出层与中间层之间的连接权值ω_jl学习算法为：

式中η为学习速率，η∈[0,1]；△ω_jl为输出层与中间层连接至权值ω_jl的变化量；

k+1时刻网络权值为：

ω_jl(k+1)＝ω_jl(k)+△ω_jl (8)；

中间层与输入层之间的连接权值ω_ij的学习算法为：

式中，△ω_ij为中间层与输入层之间的连接权ω_ij的变化量；

t+1时刻网络权值为：

ω_ij(k+1)＝ω_ij(k)+△ω_ij (10)。