一种基于开关网络的切换式能量管理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于开关网络的切换式能量管理方法，包括以下步骤：S1：根据锂电池的SOC状态，判断锂电池组的不一致性；S2：根据锂电池组的不一致性，切换能量管理策略，并得到锂电池组的参考输出功率；S3：计算锂电池组的工作电流；S4：对锂电池组的参考输出功率和工作电流进行限制，并进行锂电池的SOC状态更新，完成基于开关网络的切换式能量管理。本发明专利技术的能量管理方法以开关网络电路为基础，考虑了燃料电池的功率限制、锂电池组的电流限制和过充过放保护功能。本发明专利技术可以在保证车辆正常运行的前提下，改善锂电池组不一致性，并将锂电池组的荷电状态控制在合适的范围内，保证了车辆的动力性、安全性和经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于开关网络的切换式能量管理方法
本专利技术属于混合动力系统能量管理
，具体涉及一种基于开关网络的切换式能量管理方法。
技术介绍
随着汽车数量的急剧增加，传统燃油汽车由于其尾气排放污染及对化石燃料的高度依赖，使得环境污染以及能源危机日益严峻，已经逐渐不再适应时代发展的需求，大力发展新能源汽车已经成为全球汽车行业的大势所趋。新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车和氢燃料电池汽车三大类。在混合动力汽车中具有多个动力源，不同的动力源具有不同的输出特性，因此必须使用能量管理策略对动力源在何时“出多大力”进行有效的管理。目前针对燃料电池/锂电池混合动力系统的能量管理策略大多在系统的动力性、耐用性和燃油经济性进行考虑，却忽略了实际应用中锂电池组由于本身生产条件、串并联方式、充放电模式、环境温度和连接位置等因素所造成的不一致性，这将导致能量分配误差，甚至带来系统安全隐患。目前的电池均衡策略根据均衡电路的能量转换方式分为能量耗散型和非能量耗散型两类。能量耗散型在高SOC电池两端并联电阻将多余的电量消耗掉，优点是结构简单，缺点是存在能量浪费，并且将加大电池热管理成本；而非能量耗散型是将高SOC电池多余电量通过储能元件或者反激式变压器转移到低SOC电池中，优点是不存在能量浪费，但缺点是结构复杂且成本高昂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前能量管理策略中未考虑锂电池组不一致性以及目前的电池均衡策略所存在的能量浪费或结构复杂成本高昂的问题，提出了一种基于开关网络的切换式能量管理方法。本专利技术的技术方案是：一种基于开关网络的切换式能量管理方法包括以下步骤：S1：根据锂电池的SOC状态，判断锂电池组的不一致性；S2：根据锂电池组的不一致性，切换能量管理策略，并得到锂电池组的参考输出功率；S3：计算锂电池组的工作电流；S4：对锂电池组的参考输出功率和工作电流进行限制，并进行锂电池的SOC状态更新，完成基于开关网络的切换式能量管理。本专利技术的有益效果是：本专利技术的能量管理方法以开关网络电路为基础，考虑了燃料电池的功率限制、锂电池组的电流限制和过充过放保护功能。本专利技术可以在保证车辆正常运行的前提下，改善锂电池组不一致性，并将锂电池组的荷电状态控制在合适的范围内，保证了车辆的动力性、安全性和经济性。进一步地，步骤S2中，若锂电池组的SOC标准差大于或等于切换开关网络阈值，则切换至均衡能量管理策略；若锂电池组的SOC标准差小于切换开关网络阈值，则切换至等效燃油消耗最小策略。上述进一步方案的有益效果是：在本专利技术中，基于开关网络电路特性，利用开关网络控制策略和切换式控制结构，若锂电池组的SOC标准差大于等于切换开关阈值，则表示锂电池组的不一致性较差，切换式能量管理策略切换到均衡能量管理策略工作，改善锂电池组不一致性；若锂电池组的SOC标准差小于切换开关阈值，则表示锂电池组的不一致性较好，切换式能量管理策略切换到等效燃油消耗最小策略工作，控制锂电池组SOC处在适当的范围，并保证系统燃油经济性。进一步地，均衡能量管理策略中，根据高SOC状态的锂电池数量Nhigh和低SOC状态的锂电池数量Nlow决定开关网络能量控制。进一步地，均衡能量管理策略中，当高SOC状态的锂电池数量Nhigh大于或等于低SOC状态的锂电池数量Nlow时，若功率需求Pl小于燃料电池最小输出功率Pfcmin，则开关网络能量控制策略为：将所有SOC等于锂电池组SOC最大值的电池断开，将其余电池所组成的锂电池组以锂电池组的参考输出功率Ppack_ref进行充电；若功率需求Pl大于燃料电池最小输出功率Pfcmin且小于燃料电池最大输出功率Pfcmax，则开关网络能量控制策略为：将高SOC状态的锂电池断开，将低SOC状态锂电池所组成的锂电池组以锂电池组的参考输出功率Ppack_ref进行充电；若功率需求Pl大于燃料电池最大输出功率Pfcmax且小于燃料电池最大输出功率Pfcmax与所有高SOC状态锂电池的参考可输出功率Pb_target之和，则开关网络能量控制策略为：将低SOC状态的锂电池断开，由高SOC状态的锂电池进行工作；若功率需求Pl小于燃料电池最大输出功率Pfcmax与所有高SOC状态锂电池的参考可输出功率Pb_target之和且大于燃料电池最大输出功率Pfcmax与所有低SOC状态锂电池的参考可输出功率之和，则开关网络能量控制策略为：将SOC等于锂电池组SOC最小值的所有电池断开；若功率需求Pl大于燃料电池最大输出功率与所有低SOC状态锂电池的参考可输出功率之和，则开关网络能量控制策略为：将所有锂电池均接入开关网络电路并以最大功率进行放电。进一步地，均衡能量管理策略中，当高SOC状态的锂电池数量Nhigh小于低SOC状态的锂电池数量Nlow时，若功率需求Pl小于燃料电池最小输出功率Pfcmin，则开关网络能量控制策略为：将所有SOC等于锂电池组SOC最大值的电池断开，将其余电池所组成的锂电池组以锂电池组的参考输出功率Ppack_ref进行充电；若功率需求Pl大于燃料电池最小输出功率Pfcmin且小于燃料电池最小输出功率Pfcmax与所有高SOC状态锂电池参考可输出功率之和Pb_target，则开关网络能量控制策略为：将低SOC状态的锂电池断开；若功率需求Pl大于燃料电池最小输出功率Pfcmin与所有高SOC状态锂电池的参考可输出功率Pb_target之和且小于燃料电池最大输出功率Pfcmax与所有高SOC状态锂电池的参考可输出功率Pb_target之和，则开关网络能量控制策略为：将低SOC状态的锂电池断开；若功率需求Pl小于燃料电池最大输出功率Pfcmax与所有高SOC状态锂电池的参考可输出功率Pb_target之和且大于燃料电池最大输出功率Pfcmax与所有低SOC状态锂电池的参考可输出功率之和，则开关网络能量控制策略为：将SOC等于锂电池组SOC最小值的所有电池断开；若功率需求Pl大于燃料电池最大输出功率与所有低SOC状态锂电池的参考可输出功率之和，则开关网络能量控制策略为：将所有锂电池均接入开关网络电路并以最大功率进行放电。上述进一步方案的有益效果是：在本专利技术中，均衡能量管理策略在锂电池组SOC标准差大于切换开关阈值时运行，根据车辆当前的功率需求以及两类电池的数量进行合理的功率分配，配合开关网络控制策略以达到在满足车辆正常运行的功率需求前提下，改善锂电池组不一致性。进一步地，均衡能量管理策略中，锂电池的高SOC状态和低SOC状态的判断方法为：若锂电池组中各单体锂电池的SOC高于锂电池组的平均SOC，则单体锂电池为高SOC状态，否则为低SOC状态。进一步地，步骤S2中，利用等效燃油消耗最小策略进行能量管理的方法为：根据锂电池组参数计算锂电池组的优化输出功率Ppack_opt。进一步地，锂电池组参数包括修正系数k、燃料电池的瞬时氢耗Cfc、锂电池组的充电效率ηchg、锂电池组的放电效率ηdis和锂电池组的等效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于开关网络的切换式能量管理方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：根据锂电池的SOC状态，判断锂电池组的不一致性；/nS2：根据锂电池组的不一致性，切换能量管理策略，并得到锂电池组的参考输出功率；/nS3：计算锂电池组的工作电流；/nS4：对锂电池组的参考输出功率和工作电流进行限制，并进行锂电池的SOC状态更新，完成基于开关网络的切换式能量管理。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于开关网络的切换式能量管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据锂电池的SOC状态，判断锂电池组的不一致性；
S2：根据锂电池组的不一致性，切换能量管理策略，并得到锂电池组的参考输出功率；
S3：计算锂电池组的工作电流；
S4：对锂电池组的参考输出功率和工作电流进行限制，并进行锂电池的SOC状态更新，完成基于开关网络的切换式能量管理。


2.根据权利要求1所述的基于开关网络的切换式能量管理方法，其特征在于，所述步骤S2中，若锂电池组的SOC标准差大于或等于切换开关网络阈值，则切换至均衡能量管理策略；若锂电池组的SOC标准差小于切换开关网络阈值，则切换至等效燃油消耗最小策略。


3.根据权利要求2所述的基于开关网络的切换式能量管理方法，其特征在于，所述均衡能量管理策略中，根据高SOC状态的锂电池数量Nhigh和低SOC状态的锂电池数量Nlow决定开关网络能量控制。


4.根据权利要求3所述的基于开关网络的切换式能量管理方法，其特征在于，所述均衡能量管理策略中，当高SOC状态的锂电池数量Nhigh大于或等于低SOC状态的锂电池数量Nlow时，若功率需求Pl小于燃料电池最小输出功率Pfcmin，则开关网络能量控制策略为：将所有SOC等于锂电池组SOC最大值的电池断开，将其余电池所组成的锂电池组以锂电池组的参考输出功率Ppack_ref进行充电；
若功率需求Pl大于燃料电池最小输出功率Pfcmin且小于燃料电池最大输出功率Pfcmax，则开关网络能量控制策略为：将高SOC状态的锂电池断开，将低SOC状态锂电池所组成的锂电池组以锂电池组的参考输出功率Ppack_ref进行充电；
若功率需求Pl大于燃料电池最大输出功率Pfcmax且小于燃料电池最大输出功率Pfcmax与所有高SOC状态锂电池的参考可输出功率Pb_target之和，则开关网络能量控制策略为：将低SOC状态的锂电池断开，由高SOC状态的锂电池进行工作；
若功率需求Pl小于燃料电池最大输出功率Pfcmax与所有高SOC状态锂电池的参考可输出功率Pb_target之和且大于燃料电池最大输出功率Pfcmax与所有低SOC状态锂电池的参考可输出功率之和，则开关网络能量控制策略为：将SOC等于锂电池组SOC最小值的所有电池断开；
若功率需求Pl大于燃料电池最大输出功率与所有低SOC状态锂电池的参考可输出功率之和，则开关网络能量控制策略为：将所有锂电池均接入开关网络电路并以最大功率进行放电。


5.根据权利要求3所述的基于开关网络的切换式能量管理方法，其特征在于，所述均衡能量管理策略中，当高SOC状态的锂电池数量Nhigh小于低SOC状态的锂电池数量Nlow时，若功率需求Pl小于燃料电池最小输出功率Pfcmin，则开关网络能量控制策略为：将所有SOC等于锂电池组SOC最大值的电池断开，将其余电池所组成的锂电池组以锂电池组的参考输出功率Ppack_ref进行充电；
若功率需求Pl大于燃料电池最小输出功率Pfcmin且小于燃料电池最小输出功率Pfcmax与所有高SOC状态锂电池参考可输出功率之和Pb_target，则开关网络能量控制策略为：将低SOC状态的锂电池断开；
若功率需求Pl大于燃料电池最小输出功率Pfcmin与所有高SOC状态锂电池的参考可输出功率Pb_target之和且小于燃料电池最大输出功率Pfcmax与所有高SOC状态锂电池的参考可输出功率Pb_target之和，则开关网络能量控制策略为：将低SOC状态的锂电池断开；
若功率需求Pl小于燃料电池最大输出功率Pfcmax与所有高...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡广地，陈旭，胡坚耀，黄铁雄，郭峰，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51