一种考虑电池寿命的混合动力车能量管理方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及混合动力车能量管理技术领域，尤其是涉及一种考虑电池寿命的混合 动力车能量管理方法及系统。
【背景技术】
[0002] 石化燃料价格的上涨与环境问题的突出促进环保节能的新型绿色汽车的发展。纯 电动车、混合动力车和燃料电池车都可作为新型绿色汽车，与传统汽车相比，它们效率高、 排放少，已成为汽车产业发展的新趋势。纯电动车由于目前动力电池技术还不够成熟，比如 续航能力不足、电池安全性差、电池寿命这些问题，尚不能大面积地推向应用；燃料电池车 更是由于燃料存储和能量转换等技术障碍，以及相关基础设施配套不完善等原因，严重阻 碍了其发展。混合动力车是目前主流的新能源车型。
[0003] -方面混合动力车的能量管理策略是整车控制的大脑，它协同控制各动力源的工 作状态，在保证整车的动力性、安全性和舒适性的前提下，寻求效率最高、排放最少。国内混 合动力车能量管理策略方面的研宄主要是针对串联式和并联式混合动力车的能量管理，对 于混连式混合动力车的能量管理研宄尚属空白。而且国内研宄的控制算法主要是使用基于 规则或者是智能算法的控制策略。对于基于最优化方法的控制策略的研宄成果尚不成熟， 与国外存在较大差距。
[0004] 另一方面混合动力车的动力电池由于长期在充放电的状态中，其寿命的长短也成 为混合动力车能量管理中需要重点考虑的问题。而且通常的研宄认为动力电池的寿命和燃 油的消耗量之间是互相矛盾的，如何权衡这两者之间的关系，也是一个值得研宄的新问题。 传统的能量管理策略只关心油耗指标，对于电池的运行状况却考虑不多。而研宄表明油耗 经济性与电池的寿命确是一个矛盾的关系。如果在能量管理中只关心油耗问题，那么会使 电池处在不太健康的运行状态中，影响其正常使用时间。
[0005] 文献 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)提出考虑电池健康状态的混合动力车能量管理策 略，但由于其没有考虑电池寿命代价的影响，因此无法与油耗成本进行协调控制，控制效果 并不理想。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种控制效果好、有 效提高电池寿命、降低车辆使用总成本的考虑电池寿命的混合动力车能量管理方法及系 统。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] 一种考虑电池寿命的混合动力车能量管理方法，包括以下步骤：
[0009] 1)采集当前车辆运行状态数据和电池运行状态数据；
[0010] 2)建立车辆模型，并根据所述车辆模型预测未来一段时间内车辆运行状态和电池 运行状态；
[0011] 3)计算未来一段时间内电池容量衰减成本总和和油耗成本总和；
[0012] 4)建立多目标控制模型，采用多目标协调控制算法获得满足优化目标的最优控制 量，所述多目标控制模型包括目标函数Γ和约束条件c，
[0013] 所述目标函数 J*为：Γ= min (W Jf+WbJb); _4]所述约束条件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为油耗成本总和，Jb为电池衰减成本总和，W f为油耗成本的权值，Wb为电 池寿命成本的权值，Xk为k时刻车辆模型的状态量，X min、Xmax分别为状态量的最小值和最大 值，yk为k时刻车辆模型的输出量，y min、ymax分别为输出量的最小值和最大值，u k为k时刻 车辆模型的控制量，umin、Umax分别为控制量的最小值和最大值；
[0016] 5)根据最优控制量形成控制信号，控制车辆的运行状态。
[0017] 所述车辆运行状态数据包括车速、发动机转速和电机转速；
[0018] 所述电池运行状态数据包括电池剩余电量、电池容量衰减量、电池电流和电池电 压。
[0019] 所述车辆模型具体为
【主权项】
1. ー种考虑电池寿命的混合动カ车能量管理方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 采集当前车辆运行状态数据和电池运行状态数据； 2) 建立车辆模型，并根据所述车辆模型预测未来一段时间内车辆运行状态和电池运行 状态； 3) 计算未来一段时间内电池容量衰减成本总和和油耗成本总和； 4) 建立多目标控制模型，采用多目标协调控制算法获得满足优化目标的最优控制量， 所述多目标控制模型包括目标函数和約束条件C， 所述目标函数で为：r=min(WfJf+WbJb); 所述约束条件C包括：XniinSxk彡x，y-彡yyMX和 U Iiiin^ U U max； 其中，Jf为油耗成本总和，Jb为电池衰减成本总和，Wf为油耗成本的权值，Wb为电池寿 命成本的权值，Xk为k时刻车辆模型的状态量，Xmin、Xmax分别为状态量的最小值和最大值， yk为k时刻车辆模型的输出量，ymin、ymax分别为输出量的最小值和最大值，uk为k时刻车辆 模型的控制量，IW^umax分别为控制量的最小值和最大值； 5) 根据最优控制量形成控制信号，控制车辆的运行状态。
2. 根据权利要求1所述的考虑电池寿命的混合动カ车能量管理方法，其特征在于，所 述车辆运行状态数据包括车速、发动机转速和电机转速； 所述电池运行状态数据包括电池剩余电量、电池容量衰减量、电池电流和电池电压。
3. 根据权利要求1所述的考虑电池寿命的混合动カ车能量管理方法，其特征在于，所 述车辆模型具体为： ド=/(x具v) Inr(W) 其中，X为车辆模型的状态量，u为车辆模型的控制量，V为车辆模型的已知量，y表示 车辆模型的输出量，f( ?)表示车辆模型的状态转移方程，表示当前状态转移到下一状态的 过程函数，g( ?)表不车辆模型的输出方程，表不输出量与控制量、状态量与已知量之间的 函数关系。
4. 根据权利要求3所述的考虑电池寿命的混合动カ车能量管理方法，其特征在于，所 述状态量包括发动机转速、电机转速和电池剩余电量； 所述输出量包括车辆当前速度、当前油耗和当前电池容量衰减值； 所述控制量包括发动机油门开度、刹车转矩和电机转矩； 所述已知量包括车辆当前目标速度和当前需求功率。
5. 根据权利要求1所述的考虑电池寿命的混合动カ车能量管理方法，其特征在于，所 述电池容量衰减成本通过以下公式获得： Qioss=bu,u) 其中，Qltjss表示电池容量衰减值，b( ?)表示容量衰减值与车辆模型的状态量X和控制 量u之间的函数关系； 所述油耗成本通过以下公式获得： Hit -m(xjj) 其中，ル,表示油耗值，m( ?)表示油耗值与车辆模型的状态量X和控制量u之间的函 数关系。
6. -种实现如权利要求1所述的考虑电池寿命的混合动カ车能量管理方法的系统，其 特征在于，包括： 数据采集模块，用于采集当前车辆运行状态数据和电池运行状态数据； 上层控制器，用于接收数据采集模块采集的数据，根据车辆模型预测未来一段时间的 状态量以及未来一段时间的电池衰减成本和油耗成本，再通过多目标协调控制算法计算最 佳控制量； 下层控制器组，用于接收上层控制器计算的最佳控制量，控制车辆的运行状态。
7. 根据权利要求6所述的考虑电池寿命的混合动カ车能量管理系统，其特征在于，所 述下层控制器组包括油门控制器、刹车控制器和电机控制器。
【专利摘要】本发明涉及一种考虑电池寿命的混合动力车能量管理方法，包括以下步骤：1)采集当前车辆运行状态数据和电池运行状态数据；2)建立车辆模型，并根据所述车辆模型预测未来一段时间内车辆运行状态和电池运行状态；3)计算未来一段时间内电池容量衰减成本总和和油耗成本总和；4)建立多目标控制模型，采用多目标协调控制算法获得满足优化目标的最优控制量，所述多目标控制模型包括目标函数J*和约束条件C；5)根据最优控制量形成控制信号，控制车辆的运行状态。与现有技术相比，本发明具有控制效果好、有效提高电池寿命、降低车辆使用总成本等优点。
【IPC分类】B60W20-00, B60W10-26, B60W10-06, B60W10-08
【公开号】CN104627167
【申请号】CN201510043860
【发明人】王峻, 麻斯韦
【申请人】同济大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月28日