本發(fā)明涉及氫燃料混合動(dòng)力汽車熱管理領(lǐng)域和能量管理，尤其涉及一種飛行汽車能量與熱管理耦合系統(tǒng)策略生成方法。

背景技術(shù)：

1、以往的飛行汽車研究，飛行汽車在飛行過程中，飛行汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，如電動(dòng)機(jī)、燃料電池和電池組，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致系統(tǒng)過熱，嚴(yán)重影響到飛行汽車的能源分配，從而使飛行汽車的飛行續(xù)航能力和整體效率降低，飛行汽車的系統(tǒng)穩(wěn)定性出現(xiàn)故障，甚至引發(fā)安全問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種飛行汽車能量與熱管理耦合系統(tǒng)策略生成方法，以解決或至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種飛行汽車能量與熱管理耦合系統(tǒng)策略生成方法，所述方法包括以下步驟：

3、s101、對(duì)氫燃料混合動(dòng)力飛行汽車的燃料電池子系統(tǒng)、鋰電池子系統(tǒng)、燃料電池氫氣壓縮機(jī)和冷卻子系統(tǒng)進(jìn)行建模；

4、s102、基于燃料電池子系統(tǒng)、鋰電池子系統(tǒng)、燃料電池氫氣壓縮機(jī)和冷卻子系統(tǒng)的模型建立氫燃料飛行汽車能量與熱管理系統(tǒng)耦合模型；

5、s103、使用ppo算法求解氫燃料飛行汽車能量與熱管理系統(tǒng)耦合模型。

6、進(jìn)一步的，對(duì)所述燃料電池子系統(tǒng)進(jìn)行建模包括：

7、pfc,output＝ηfc(tfc)·pfc,input

8、qfc_total＝qloss-qfc,external+qcomp_total

9、qloss＝pfc,input·(1-ηfc(tfc))

10、qfc,external＝∈fc·σ·afc·(tfc4-tambient4)

11、ηfc(tfc)＝ηnominal·g(tfc)

12、其中，pfc,output為燃料電池的功率輸出，qfc_total為燃料電池產(chǎn)生總熱量，qloss為熱量損失，qfc,external為燃料電池傳播到環(huán)境中的熱量，ηfc(tfc)為燃料電池在溫度t下的效率，ηfc為燃料電池效率，pfc,input為燃料電池輸入功率，qfc,external為燃料電池傳播到環(huán)境中的熱量，qcomp_total為壓縮機(jī)總的熱量，∈fc為燃料電池堆發(fā)射率，σ為斯特藩-玻爾茲曼常數(shù)(5.67×10-8w/m2·k4)，afc為燃料電池堆輻射面積，tfc為燃料電池溫度，tambient是環(huán)境溫度，ηnominal是在標(biāo)準(zhǔn)溫度下的效率，g(tfc)是溫度對(duì)效率的影響函數(shù)。

13、進(jìn)一步的，對(duì)所述鋰電池子系統(tǒng)進(jìn)行建模包括：

14、qbat_total＝qinternal-qbat,external

15、qinternal＝pbattery·(1-ηbattery(tbattery))

16、qbat,external＝∈battery·σ·abattery·(tbattery4-tambient4)

17、ηbattery(tbattery)＝ηbattery_ref-kbattery·(tbattery-tref)

18、pbattery，actual＝pbattery·ηbattery(tbattery)

19、pbattery，actual＝prequire-pfc,output

20、其中，qbat_total為鋰電池實(shí)際實(shí)際產(chǎn)生的總熱量，qinternal為電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，qbat,external為鋰電池傳播到環(huán)境中的熱量(w)，ηbattery(tbattery)為鋰電池在溫度t下的效率，ηbattery為鋰電池效率，pbattery，actual為鋰電池實(shí)際功率，qinternal為內(nèi)部產(chǎn)生的熱量(w)，pbattery為理論充電功率(w)，∈battery為鋰電池堆發(fā)射率，σ為斯特藩-玻爾茲曼常數(shù)(5.67×10-8w/m2·k4)，abattery為鋰電池堆輻射面積，tbattery為鋰電池溫度，tambient為環(huán)境溫度，ηbattery_ref為參考溫度下的效率，kbattery為溫度對(duì)充電和放電效率影響的系數(shù)，tref為參考溫度，prequire為需求功率，pfc,output為燃料電池的功率輸出。

21、進(jìn)一步的，對(duì)所述燃料電池氫氣壓縮機(jī)進(jìn)行建模包括：

22、

23、qcomp_total＝qad+qmechanical

24、

25、qmechanical＝ploss

26、其中，pcompressor為壓縮機(jī)功率(w)，qcomp_total為壓縮機(jī)總的熱量，為質(zhì)量流量，r為氣體常數(shù)，tambient為環(huán)境溫度，γ是絕熱指數(shù)，p2和p1分別為壓縮后的壓力和進(jìn)氣壓力(pa)，qad為氣體升高熱量，qmechanical為機(jī)械摩擦和功率損耗產(chǎn)生的熱量，cp,in為流入流體的比熱容，ploss為功率損耗(w)。

27、進(jìn)一步的，冷卻子系統(tǒng)為液冷風(fēng)冷共同冷卻，鋰電池和燃料電池的冷卻子系統(tǒng)獨(dú)立，液冷風(fēng)冷為強(qiáng)迫對(duì)流散熱，強(qiáng)迫對(duì)流散熱的表示如下：

28、

29、其中，q為熱量傳遞，為質(zhì)量流量，cp為比熱容，△t為溫差，ρ是流體的密度，a是流體流動(dòng)的橫截面積，v是流速。

30、進(jìn)一步的，所述鋰電池和燃料電池冷卻子系統(tǒng)制冷量表示如下：

31、qbat,c＝qbat,fan+qbat,liquid

32、qfc,c＝qfc,fan+qfc,liquid

33、

34、其中，qbat,c和qfc,c分別為鋰電池和燃料電池子系統(tǒng)制冷量，表示鋰電池溫度變化，為燃料電池溫度變化，為環(huán)境溫度變化，tbattery為鋰電池溫度，tfc為燃料電池溫度，tambient為環(huán)境溫度，qbat,fan為鋰電池風(fēng)扇制冷量，qbat,liquid為鋰電池流體制冷量，qfc,fan為燃料電池風(fēng)扇制冷量，qfc,liquid為燃料電池流體制冷量，qbat_total為鋰電池實(shí)際實(shí)際產(chǎn)生的總熱量，mbat為鋰電池重量，cp,bat為鋰電池比熱容，qfc_total為燃料電池產(chǎn)生總熱量，mfc是燃料電池重量，cp,fc為燃料電池比熱容，qad為氣體升高熱量，qbat,external為鋰電池傳播到環(huán)境中的熱量(w)，qfc,external為燃料電池傳播到環(huán)境中的熱量，mambient為空氣質(zhì)量，cp,ambient為空氣比熱容，tbattery_past為上一時(shí)刻鋰電池溫度，tfc_past為上一時(shí)刻燃料電池溫度，t0是海平面上的標(biāo)準(zhǔn)溫度(288.15k)，l為溫度遞減率(0.0065k/m)，h是海拔高度。

35、進(jìn)一步的，所述氫燃料飛行汽車能量與熱管理系統(tǒng)耦合模型，包括：

36、pfc,output＝ηfc(tfc)·pfc,input

37、pbattery，actual＝pbattery·ηbattery(tbattery)

38、pbattery，actual＝prequire-pfc,output

39、

40、qloss＝pfc,input·(1-ηfc(tfc))

41、qfc,external＝∈fc·σ·afc·(tfc-tambient)

42、qinternal＝pbattery·(1-ηbattery(tbattery))

43、qbat,external＝∈battery·σ·abattery·(tbattery-tambient)

44、

45、其中，pfc,output為燃料電池的功率輸出，pbattery，actual為鋰電池實(shí)際功率，pcompressor為壓縮機(jī)功率(w)，qloss為熱量損失，qfc,external為燃料電池傳播到環(huán)境中的熱量，qinternal為電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，qbat,external為鋰電池傳播到環(huán)境中的熱量(w)，tbattery為鋰電池溫度，tfc為燃料電池溫度，tambient為環(huán)境溫度，ηfc(tfc)為在溫度t下的效率，ηfc為燃料電池效率，pfc,input為燃料電池輸入功率，pbattery為理論充電功率(w)，ηbattery(tbattery)為鋰電池在溫度t下的效率，ηbattery為鋰電池效率，prequire為需求功率，pfc,output為燃料電池的功率輸出，為質(zhì)量流量，r為氣體常數(shù)，t1為初始溫度(k)，γ是絕熱指數(shù)，p2和p1分別為壓縮后的壓力和進(jìn)氣壓力(pa)，pfc,input為燃料電池輸入功率，∈fc為燃料電池堆發(fā)射率，σ為斯特藩-玻爾茲曼常數(shù)(5.67×10-8w/m2·k4)，afc為燃料電池堆輻射面積，∈battery為鋰電池堆發(fā)射率，abattery為鋰電池堆輻射面積，tbattery_past為上一時(shí)刻鋰電池的溫度，tfc_past為上一時(shí)刻燃料電池的溫度，qbat_total為鋰電池實(shí)際產(chǎn)生的總熱量，qfc_total為燃料電池實(shí)際產(chǎn)生的總熱量，qbat,c和qfc,c分別為鋰電池和燃料電池子系統(tǒng)制冷量，mbat和mfc分別為鋰電池重量和燃料電池重量，cp,bat和cp,fc分別為鋰電池比熱容和燃料電池比熱容，t0是海平面上的標(biāo)準(zhǔn)溫度(288.15k)，l為溫度遞減率(0.0065k/m)，h是海拔高度，為環(huán)境溫度變化。

46、進(jìn)一步的，所述使用ppo算法求解氫燃料飛行汽車能量與熱管理系統(tǒng)耦合模型的步驟如下：

47、s31、初始化：初始化策略網(wǎng)絡(luò)(policy?network)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)(value?network)以及其相應(yīng)的參數(shù)；

48、s32、數(shù)據(jù)采集：在環(huán)境中運(yùn)行當(dāng)前策略，生成一批軌跡數(shù)據(jù)，每個(gè)軌跡包含一系列狀態(tài)、動(dòng)作、獎(jiǎng)勵(lì)和下一個(gè)狀態(tài)，收集每個(gè)狀態(tài)的優(yōu)勢(shì)估計(jì)(advantage?estimation)和返回值(returns)；

49、s33、計(jì)算優(yōu)勢(shì)估計(jì)：優(yōu)勢(shì)估計(jì)使用廣義優(yōu)勢(shì)估計(jì)(gae)；

50、s34、策略優(yōu)化：計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，ppo算法使用近端策略優(yōu)化裁剪(clippedobjective?function)來限制策略網(wǎng)絡(luò)更新的幅度；

51、s35、價(jià)值網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化：以最小化價(jià)值函數(shù)的均方誤差(mse)更新價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，定義損失函數(shù)；

52、s36、更新和循環(huán)：更新策略網(wǎng)絡(luò)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，重復(fù)步驟s32到s35，直到達(dá)到設(shè)定的訓(xùn)練輪數(shù)或滿足收斂條件。

53、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

54、本發(fā)明提出的一種飛行汽車能量與熱管理耦合系統(tǒng)策略生成方法，通過氫燃料電池飛行汽車的能量與熱管理耦合模型，優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能和效率，熱管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制氫燃料電池在最佳溫度范圍內(nèi)工作，以提高其能量轉(zhuǎn)換效率，并減少過熱帶來的性能衰減。與此同時(shí)，能量管理系統(tǒng)則優(yōu)化氫燃料電池和其他動(dòng)力源的功率分配，以最大化能源利用率并滿足飛行要求。使用ppo算法的策略生成方法可以動(dòng)態(tài)調(diào)整氫燃料電池的運(yùn)行參數(shù)，以適應(yīng)實(shí)時(shí)的環(huán)境變化和操作需求，提升了能源利用效率，還通過優(yōu)化熱量的散失和散熱過程，延長了系統(tǒng)的使用壽命。