[发明专利]一种考虑衰减的燃料电池汽车动力电池优化设计方法

权利要求书

1.一种考虑衰减的燃料电池汽车动力电池优化设计方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)外层动力电池优化控制

设定动力电池的容量范围为[Q_min,Q_max]，Q_min为动力电池的最小容量，Q_max为动力电池的最大容量，然后将其离散为k个动力电池容量的备选值，在内层能量管理优化控制求得最优解的基础上，外层动力电池优化控制通过外循环来遍历动力电池容量的备选值，来选出动力电池的最优容量值；

(2)内层能量管理优化控制

①建立多目标优化控制模型，包括：优化目标函数和动力电池寿命衰减模型，采用动态规划算法获得满足优化目标的最优控制量；

优化目标函数为：

式中，μ为权重系数，取值范围为0～1；C_H2(x_k,u_k)为燃氢消耗成本，包括燃料电池燃氢消耗和动力电池等效燃氢消耗；C_H(x_k,u_k)为动力电池寿命衰减成本；C_a为转化系数；x_k为状态变量，即动力电池荷电状态(SOC)；u_k为决策变量，即动力电池功率；

基于外循环的动力电池容量备选值，状态转移方程S_g[x_k,u_k]为：

式中，SOC_k为k时刻动力电池SOC，I_k+1为k+1时刻流经动力电池的电流，Q_bat为动力电池容量的备选值；

k时刻燃氢消耗成本C_E(x_k,u_k)为：

C_H2(x_k,u_k)＝W_fc(k)+αP_bat(k)

式中，W_fc(k)为k时刻燃料电池燃氢消耗量，P_bat(k)为k时刻动力电池功率，α为等效燃氢系数；

k时刻动力电池寿命衰减成本C_H(x_k,u_k)通过下式求取：

C_H(x_k,u_k)＝σ·|I_c(k)|

式中，σ为动力电池寿命衰减影响因子，I_c(k)为k时刻的动力电池充放电倍率；

动力电池寿命衰减影响因子σ通过下式求取：

式中，τ为动力电池额定寿命，即通过额定运行条件下寿命终止(End of Life,EOL)时流过动力电池的总电量；γ是实际运行条件下动力电池寿命终止时流过动力电池的总电量；I_c,nom为动力电池额定充放电倍率；I_c为动力电池实际充放电倍率；

②基于上述所建立的多优化目标控制模型，采用动态规划算法，由时刻k＝N开始从后向前计算，逐步求得各阶段的最优决策轨迹、最优状态轨迹和最优成本值，直至k＝1时求解结束；

③基于逆向计算保存的结果，正向计算，即从第一时刻到N时刻结束，已知动力电池SOC的初始值，通过插值获得每一时刻的最优控制量，进而得到燃料电池和动力电池工作状态随车速和整车需求功率变化的优化结果；

(3)确定最优的动力电池容量

将动力电池容量的备选值输入到上述设计的内层能量管理优化控制策略中，输出对应动力电池容量的备选值下的综合氢耗和动力电池寿命衰减程度；然后，遍历所有动力电池容量的备选值，得到每个电池容量备选值相应的能量分配、耗氢量及电池寿命衰减程度；最后，比较上述所有电池容量备选值下的耗氢量，输出最小综合氢耗和动力电池寿命衰减程度所对应的能量管理策略和动力电池容量，即可获得最优的动力电池容量。