混合动力系统及其能量管理方法技术方案

本发明专利技术揭示了混合动力系统的能量管理方法，获取能量管理策略计算所需的信号数据，通过工况功率谱自适应算法对未来运行工况进行工况适应性计算，得出相应的等效因子，利用计算得出的等效因子与数据库中的工况等效因子进行相似性匹配，根据接收到的能量管理策略计算所需的信号数据和等效因子，通过整车能耗成本最小算法得到输出功率分配组合，对输出功率分配组合进行调整修正，发送输出功率分配组合，完成各能量源输出功率分配。本发明专利技术还揭示了一种使用该能量管理方法的混合动力系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混合动力系统的控制技术，更具体地说，涉及混合动力系统的能量管理技术。
技术介绍
混合动力汽车由两种能量源提供动力，一般包括燃油的发动机和由电力驱动的电动机。双能源系统在整车能量管理系统的协调控制下，与其他部件相互配合，可以进行多种优化组合，形成不同的动力系统工作模式，以适应不同的行驶工况。能量管理策略的目标通常是具有多个输入变量和多个约束条件的多目标非线性优化问题，其控制策略对车辆的动力性和燃油经济性均有显著影响。按照理想的设计目标，在到达设计的车辆行驶距离时，车载储能系统(电力系统的电池)应达到耗尽状态。一方面，如果电池效果过快，过度的整车动力电池电量耗尽可能会导致整车系统的高压电气损耗或是增程器能量剩余，影响汽车整体的能量效率。另一方面，如果电池消耗过慢，车辆电量消耗不充分可能无法获得预先设计的减少燃料消耗的目的，动力电池系统的能力远没有达到可利用极限，造成电能的浪费和汽油的过多消耗。因此如何在混合动力汽车的应用中获得合适的不同能量源之间的功率和能量流分配是能量管理策略的根本问题之一。在实际应用中，由于行驶工况并不能精确预知，因此合适的能量管理策略是实现混合动力汽车节能环保的关键所在。目前研究最为广泛的四类混合动力汽车能量管理策略：基于规则的控制策略、瞬时优化控制策略、全局优化控制策略和基于优化算法的自适应控制策略。基于规则的控制策略的工作机理是：事先凭理论分析和工作经验直觉设定一系列的车辆预计工作状态值，将其工作区域划分。根据设置的临界工作点来判断车辆所工作的区域，从而采取相应的控制方式。基于规则逻辑门限算法相对简单，能够应用于实车控制器，结合离线优化的结果，能够对参数进行优化，从而得到更合理、经济的工作模式切换规则。这类策略的最大的优点是易于工程实现。但是，基于规则的能量管理策略，由于其规则是基于理论分析和工作经验，并非实际情况，因此无论是否进行过控制参数优化，该方案在燃油经济性的提高方面还是存在较大的局限性。瞬时优化控制策略通常采用等效燃油消耗最少或功率损失最小算法，通过将两个能量源的能量消耗用特定方法进行量化统一，计算出整车瞬时最小能耗。该策略能保证在每一步长内是最优的，但无法保证在整个行驶周期内是最优的，而且该方法需要大量的浮点运算和比较精确的车辆及动力系统模型，计算量大，实现困难。这类能量管理策略目前在计算机仿真上取得了很好的燃料经济性效果，但在实车上并未广泛应用。主要是因为其对于车辆实时行驶状态参数的采集、分析及处理要求较高，目前的车载设备无法满足其要求，同时整车动力系统性能的变化对基础数据库的实时更新影响较大。全局优化控制策略，在事先知道汽车行驶的所有过程中所有工况参数的条件下，可以实现能量管理的全局优化。全局优化模式实现了真正意义上的最优化，但实现这种策略的算法往往都比较复杂，计算量也很大，并且需要预先获得所有的道路信息，在实际车辆的实时控制中事先知道汽车行驶的所有过程中所有工况参数是不可能的，因此全局优化控制策略也很难得到有效的应用。基于优化算法的自适应控制策略，可以根据当前车辆行驶状态和路况自动预测未来一段时间内的功率和能量需求来自动调整控制参数以适应行驶工况的变化。所谓自适应，就是在每一时间步，根据当前的行驶条件和路况要求来调整部件工作方式，通过优化算法，在保证目标函数最优化的前提下，将能量需求合理地分配给各个能量源。虽然自适应控制策略的目标函数模型优化算法等各不相同，但由于自适应控制要实时采集大量的动力系统运行数据，计算能耗，预测未来工况，优化过程复杂，计算量大，同样由于当前车载设备的计算能力的闲置而导致其目前无法在实际中得到有效的应用。
技术实现思路
根据本专利技术的一实施例，提出一种混合动力系统的能量管理方法，包括：第一步骤，系统自检，若无故障则进入第三步骤，若有故障则进入第二步骤；第二步骤，进行故障处理，在完成故障处理后，返回第一步骤再次进行系统自检；第三步骤，获取能量管理策略计算所需的信号数据；第四步骤，判断接收到的信号数据是否完整，若信号数据完整，接下来执行第五步骤，若信号数据不完整，则返回第三步骤重新获取能量管理策略计算所需的信号数据；第五步骤，通过工况功率谱自适应算法对未来运行工况进行工况适应性计算，得出相应的等效因子；第六步骤，利用计算得出的等效因子与数据库中的工况等效因子进行相似性匹配；第七步骤，根据接收到的能量管理策略计算所需的信号数据和等效因子，通过整车能耗成本最小算法得到输出功率分配组合；第八步骤，对输出功率分配组合进行调整修正；第九步骤，发送输出功率分配组合，完成各能量源输出功率分配。在一个实施例中，第一步骤中，整车控制器VMS、驱动电机控制器PEU、动力电池控制器BMS、增程器控制器RES、远程监控系统分别对各自的子系统进行自检，判断有无故障。在一个实施例中，第三步骤中，整车控制器VMS通过CAN总线向动力电池控制器BMS、增程器控制器RES、远程监控系统、驱动电机控制器PEU发送访问信号，从中获取能量管理策略计算所需的信号数据。在一个实施例中，能量管理策略计算所需的信号数据包括当前车速V、动力电池SOC(t)、增程器系统燃料消耗量整车需求功率Pvehicle、整车动力系统附件功率Pauxiliary,车辆预计行驶总里程L，车辆已经行驶的距离l(t)。在一个实施例中，第四步骤中，由整车控制器VMS判断接收到的信号数据是否完整。在一个实施例中，第五步骤中，整车控制器VMS通过工况功率谱自适应算法对未来运行工况进行工况适应性计算，得出相应的等效因子；其中工况功率谱自适应算法如下：其中为等效因子，aζ,bζ为常数，由目前所有工况参数计算得出，SOC(t)为运行时间t后的SOC值，Qb为电池容量，Vnom为动力电池名义电压，为动力电池平均放电效率，动力电池平均充电效率，为整车能量鸿沟，为整个行程初始阶段t＝0时的能量鸿沟，Eg(t)为运行时间t后剩余的总能量，为整车总线需求驱动功率；为整车制动功率，Ttotal为整个行程所用时间，l(t)为车辆已经行驶的距离，L为行程总距离，K(ζ)表示为每行驶一段距离之后的行驶能量鸿沟减少率，K为能量鸿沟降低估计值，ζ0为临界值，χ∈[1,2]。在一个实施例中，第六步骤中由整车控制器VMS利用计算得出的等效因子与数据库中的工况等效因子进行相似性匹配。在一个实施例中，第七步骤中，由整车控制器VMS根据接收到的能量管理策略计算所需的信号数据，通过实时计算得出整车请求功率Pvehicle，通过整车能耗成本最小算法实时计算出动力电池输出功率Pb，增程器的输出功率PRE，经过实时调整修正得出输出功率分配组合Pvehicle＝F(Pb,PRE,Pauxiliary)。在一个实施例中，第七步骤中的整车能耗成本最小算法如下：子步骤a)，计算整车需求功率其中G＝mg，m为整车满载质量，f为滚动阻力系数，α为坡度，CD为空气阻力系数，A为汽车迎风面积，V为汽车当前车速，ηt为整体传动效率，δ为汽车质量转换系数，α为行驶道路坡度角，当α小于一定值时cosα＝1，α＝sinα＝tanα＝i，i为道路坡度，Pauxiliary为整车动力附件系统功率；子步骤b)，整个行驶周期内整车能耗成本计算如下：其中Cost为整个行程周期内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，包括：第一步骤，系统自检，若无故障则进入第三步骤，若有故障则进入第二步骤；第二步骤，进行故障处理，在完成故障处理后，返回第一步骤再次进行系统自检；第三步骤，获取能量管理策略计算所需的信号数据；第四步骤，判断接收到的信号数据是否完整，若信号数据完整，接下来执行第五步骤，若信号数据不完整，则返回第三步骤重新获取能量管理策略计算所需的信号数据；第五步骤，通过工况功率谱自适应算法对未来运行工况进行工况适应性计算，得出相应的等效因子；第六步骤，利用计算得出的等效因子与数据库中的工况等效因子进行相似性匹配；第七步骤，根据接收到的能量管理策略计算所需的信号数据和等效因子，通过整车能耗成本最小算法得到输出功率分配组合；第八步骤，对输出功率分配组合进行调整修正；第九步骤，发送输出功率分配组合，完成各能量源输出功率分配。

【技术特征摘要】
1.一种混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，包括：第一步骤，系统自检，若无故障则进入第三步骤，若有故障则进入第二步骤；第二步骤，进行故障处理，在完成故障处理后，返回第一步骤再次进行系统自检；第三步骤，获取能量管理策略计算所需的信号数据；第四步骤，判断接收到的信号数据是否完整，若信号数据完整，接下来执行第五步骤，若信号数据不完整，则返回第三步骤重新获取能量管理策略计算所需的信号数据；第五步骤，通过工况功率谱自适应算法对未来运行工况进行工况适应性计算，得出相应的等效因子；第六步骤，利用计算得出的等效因子与数据库中的工况等效因子进行相似性匹配；第七步骤，根据接收到的能量管理策略计算所需的信号数据和等效因子，通过整车能耗成本最小算法得到输出功率分配组合；第八步骤，对输出功率分配组合进行调整修正；第九步骤，发送输出功率分配组合，完成各能量源输出功率分配。2.如权利要求1所述的混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，所述第一步骤中，整车控制器VMS、驱动电机控制器PEU、动力电池控制器BMS、增程器控制器RES、远程监控系统分别对各自的子系统进行自检，判断有无故障。3.如权利要求2所述的混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，所述第三步骤中，整车控制器VMS通过CAN总线向动力电池控制器BMS、增程器控制器RES、远程监控系统、驱动电机控制器PEU发送访问信号，从中获取能量管理策略计算所需的信号数据。4.如权利要求3所述的混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，所述能量管理策略计算所需的信号数据包括当前车速V、动力电池SOC(t)、增程器系统燃料消耗量整车需求功率Pvehicle、整车动力系统附件功率Pauxiliary,车辆预计行驶总里程L，车辆已经行驶的距离l(t)。5.如权利要求2所述的混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，所述第四步骤中，由整车控制器VMS判断接收到的信号数据是否完整。6.如权利要求2所述的混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，所述第五步骤中，整车控制器VMS通过工况功率谱自适应算法对未来运行工况进行工况适应性计算，得出相应的等效因子；其中工况功率谱自适应算法如下：其中为等效因子，aζ,bζ为常数，由目前所有工况参数计算得出，SOC(t)为运行时间t后的SOC值，Qb为电池容量，Vnom为动力电池名义电压，为动力电池平均放电效率，动力电池平均充电效率，为整车能量鸿沟，为整个行程初始阶段t＝0时的能量鸿沟，Eg(t)为运行时间t后剩余的总能量，为整车总线需求驱动功率；为整车制动功率，Ttotal为整个行程所用时间，l(t)为车辆已经行驶的距离，L为行程总距离，K(ζ)表示为每行驶一段距离之后的行驶能量鸿沟减少率，K为能量鸿沟降低估计值，ζ0为临界值，X∈[1,2]。7.如权利要求2所述的混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，所述第六步骤中由整车控制器VMS利用计算得出的等效因子与数据库中的工况等效因子进行相似性匹配。8.如权利要求2所述的混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，所述第七步骤中，由整车控制器VMS根据接收到的能量管理策略计算所需的信号数据，通过实时计算得出整车请求功率Pvehicle，通过整车能耗成本最小算法实时计算出动力电池输出功率Pb，增程器的输出功率PRE，经过实时调整修正得出输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭鹏，严薇娜，童珎，何荣国，
申请(专利权)人：上汽大众汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31