一種考慮電池壽命的混合動(dòng)力車能量管理方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及混合動(dòng)力車能量管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種考慮電池壽命的混合 動(dòng)力車能量管理方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 石化燃料價(jià)格的上漲與環(huán)境問題的突出促進(jìn)環(huán)保節(jié)能的新型綠色汽車的發(fā)展。純 電動(dòng)車、混合動(dòng)力車和燃料電池車都可作為新型綠色汽車，與傳統(tǒng)汽車相比，它們效率高、 排放少，已成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。純電動(dòng)車由于目前動(dòng)力電池技術(shù)還不夠成熟，比如 續(xù)航能力不足、電池安全性差、電池壽命這些問題，尚不能大面積地推向應(yīng)用；燃料電池車 更是由于燃料存儲(chǔ)和能量轉(zhuǎn)換等技術(shù)障礙，以及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施配套不完善等原因，嚴(yán)重阻 礙了其發(fā)展?；旌蟿?dòng)力車是目前主流的新能源車型。
[0003] -方面混合動(dòng)力車的能量管理策略是整車控制的大腦，它協(xié)同控制各動(dòng)力源的工 作狀態(tài)，在保證整車的動(dòng)力性、安全性和舒適性的前提下，尋求效率最高、排放最少。國(guó)內(nèi)混 合動(dòng)力車能量管理策略方面的研宄主要是針對(duì)串聯(lián)式和并聯(lián)式混合動(dòng)力車的能量管理，對(duì) 于混連式混合動(dòng)力車的能量管理研宄尚屬空白。而且國(guó)內(nèi)研宄的控制算法主要是使用基于 規(guī)則或者是智能算法的控制策略。對(duì)于基于最優(yōu)化方法的控制策略的研宄成果尚不成熟， 與國(guó)外存在較大差距。
[0004] 另一方面混合動(dòng)力車的動(dòng)力電池由于長(zhǎng)期在充放電的狀態(tài)中，其壽命的長(zhǎng)短也成 為混合動(dòng)力車能量管理中需要重點(diǎn)考慮的問題。而且通常的研宄認(rèn)為動(dòng)力電池的壽命和燃 油的消耗量之間是互相矛盾的，如何權(quán)衡這兩者之間的關(guān)系，也是一個(gè)值得研宄的新問題。 傳統(tǒng)的能量管理策略只關(guān)心油耗指標(biāo)，對(duì)于電池的運(yùn)行狀況卻考慮不多。而研宄表明油耗 經(jīng)濟(jì)性與電池的壽命確是一個(gè)矛盾的關(guān)系。如果在能量管理中只關(guān)心油耗問題，那么會(huì)使 電池處在不太健康的運(yùn)行狀態(tài)中，影響其正常使用時(shí)間。
[0005] 文獻(xiàn) Battery State-〇f-Health Perceptive Energy Management for Hybrid Electric Vehicles (S. Ebbesen, P. Elbert and L. Guzzella, . IEEE Trans, on Vehicular Technology，2012. 61 (7) :p. 2893-2900)提出考慮電池健康狀態(tài)的混合動(dòng)力車能量管理策 略，但由于其沒有考慮電池壽命代價(jià)的影響，因此無法與油耗成本進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，控制效果 并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種控制效果好、有 效提高電池壽命、降低車輛使用總成本的考慮電池壽命的混合動(dòng)力車能量管理方法及系 統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0008] 一種考慮電池壽命的混合動(dòng)力車能量管理方法，包括以下步驟：
[0009] 1)采集當(dāng)前車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和電池運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；
[0010] 2)建立車輛模型，并根據(jù)所述車輛模型預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)車輛運(yùn)行狀態(tài)和電池 運(yùn)行狀態(tài)；
[0011] 3)計(jì)算未來一段時(shí)間內(nèi)電池容量衰減成本總和和油耗成本總和；
[0012] 4)建立多目標(biāo)控制模型，采用多目標(biāo)協(xié)調(diào)控制算法獲得滿足優(yōu)化目標(biāo)的最優(yōu)控制 量，所述多目標(biāo)控制模型包括目標(biāo)函數(shù)Γ和約束條件c，
[0013] 所述目標(biāo)函數(shù) J*為：Γ= min (W Jf+WbJb); _4]所述約束條件C包括JniinS X k彡X ，y-彡y k彡y 和u ―彡u k彡u腸x;
[0015] 其中，Jf為油耗成本總和，Jb為電池衰減成本總和，W f為油耗成本的權(quán)值，Wb為電 池壽命成本的權(quán)值，Xk為k時(shí)刻車輛模型的狀態(tài)量，X min、Xmax分別為狀態(tài)量的最小值和最大 值，yk為k時(shí)刻車輛模型的輸出量，y min、ymax分別為輸出量的最小值和最大值，u k為k時(shí)刻 車輛模型的控制量，umin、Umax分別為控制量的最小值和最大值；
[0016] 5)根據(jù)最優(yōu)控制量形成控制信號(hào)，控制車輛的運(yùn)行狀態(tài)。
[0017] 所述車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)速；
[0018] 所述電池運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括電池剩余電量、電池容量衰減量、電池電流和電池電 壓。
[0019] 所述車輛模型具體為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. ー種考慮電池壽命的混合動(dòng)カ車能量管理方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 采集當(dāng)前車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和電池運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)； 2) 建立車輛模型，并根據(jù)所述車輛模型預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)車輛運(yùn)行狀態(tài)和電池運(yùn)行 狀態(tài)； 3) 計(jì)算未來一段時(shí)間內(nèi)電池容量衰減成本總和和油耗成本總和； 4) 建立多目標(biāo)控制模型，采用多目標(biāo)協(xié)調(diào)控制算法獲得滿足優(yōu)化目標(biāo)的最優(yōu)控制量， 所述多目標(biāo)控制模型包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件C， 所述目標(biāo)函數(shù)で為：r=min(WfJf+WbJb); 所述約束條件C包括：XniinSxk彡x，y-彡yyMX和 U Iiiin^ U U max； 其中，Jf為油耗成本總和，Jb為電池衰減成本總和，Wf為油耗成本的權(quán)值，Wb為電池壽 命成本的權(quán)值，Xk為k時(shí)刻車輛模型的狀態(tài)量，Xmin、Xmax分別為狀態(tài)量的最小值和最大值， yk為k時(shí)刻車輛模型的輸出量，ymin、ymax分別為輸出量的最小值和最大值，uk為k時(shí)刻車輛 模型的控制量，IW^umax分別為控制量的最小值和最大值； 5) 根據(jù)最優(yōu)控制量形成控制信號(hào)，控制車輛的運(yùn)行狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮電池壽命的混合動(dòng)カ車能量管理方法，其特征在于，所 述車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)速； 所述電池運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括電池剩余電量、電池容量衰減量、電池電流和電池電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮電池壽命的混合動(dòng)カ車能量管理方法，其特征在于，所 述車輛模型具體為： ド=/(x具v) Inr(W) 其中，X為車輛模型的狀態(tài)量，u為車輛模型的控制量，V為車輛模型的已知量，y表示 車輛模型的輸出量，f( ?)表示車輛模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，表示當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一狀態(tài)的 過程函數(shù)，g( ?)表不車輛模型的輸出方程，表不輸出量與控制量、狀態(tài)量與已知量之間的 函數(shù)關(guān)系。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的考慮電池壽命的混合動(dòng)カ車能量管理方法，其特征在于，所 述狀態(tài)量包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速和電池剩余電量； 所述輸出量包括車輛當(dāng)前速度、當(dāng)前油耗和當(dāng)前電池容量衰減值； 所述控制量包括發(fā)動(dòng)機(jī)油門開度、剎車轉(zhuǎn)矩和電機(jī)轉(zhuǎn)矩； 所述已知量包括車輛當(dāng)前目標(biāo)速度和當(dāng)前需求功率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮電池壽命的混合動(dòng)カ車能量管理方法，其特征在于，所 述電池容量衰減成本通過以下公式獲得： Qioss=bu,u) 其中，Qltjss表示電池容量衰減值，b( ?)表示容量衰減值與車輛模型的狀態(tài)量X和控制 量u之間的函數(shù)關(guān)系； 所述油耗成本通過以下公式獲得： Hit -m(xjj) 其中，ル,表示油耗值，m( ?)表示油耗值與車輛模型的狀態(tài)量X和控制量u之間的函 數(shù)關(guān)系。
6. -種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的考慮電池壽命的混合動(dòng)カ車能量管理方法的系統(tǒng)，其 特征在于，包括： 數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集當(dāng)前車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和電池運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)； 上層控制器，用于接收數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)車輛模型預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間的 狀態(tài)量以及未來一段時(shí)間的電池衰減成本和油耗成本，再通過多目標(biāo)協(xié)調(diào)控制算法計(jì)算最 佳控制量； 下層控制器組，用于接收上層控制器計(jì)算的最佳控制量，控制車輛的運(yùn)行狀態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的考慮電池壽命的混合動(dòng)カ車能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所 述下層控制器組包括油門控制器、剎車控制器和電機(jī)控制器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種考慮電池壽命的混合動(dòng)力車能量管理方法，包括以下步驟：1)采集當(dāng)前車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和電池運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；2)建立車輛模型，并根據(jù)所述車輛模型預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)車輛運(yùn)行狀態(tài)和電池運(yùn)行狀態(tài)；3)計(jì)算未來一段時(shí)間內(nèi)電池容量衰減成本總和和油耗成本總和；4)建立多目標(biāo)控制模型，采用多目標(biāo)協(xié)調(diào)控制算法獲得滿足優(yōu)化目標(biāo)的最優(yōu)控制量，所述多目標(biāo)控制模型包括目標(biāo)函數(shù)J*和約束條件C；5)根據(jù)最優(yōu)控制量形成控制信號(hào)，控制車輛的運(yùn)行狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有控制效果好、有效提高電池壽命、降低車輛使用總成本等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B60W20-00, B60W10-26, B60W10-06, B60W10-08
【公開號(hào)】CN104627167
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510043860
【發(fā)明人】王峻, 麻斯韋
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日