车用氨氢混合动力装置及能源调控管理方法

本发明属于新能源，具体涉及一种车用氨氢混合动力系统与能源调控管理方法。

背景技术：

1、氢动力被认为有望成为新的未来车用动力，尤其适用于重型卡车。车载储氢的安全性和经济性始终是氢动力车必须面对的难关，将氢气转换为能量密度高且易于运输和存储的“能源载体”是解决该问题的重要途径之一。目前氨被认为是最有前途的氢能载体之一，其本身也可以作为一种零碳燃料。使用氢气作为氨燃烧的“助燃剂”,可实现氨氢混合高效燃烧。通过氨在线制取氢气实现氨氢混合高效燃烧是氨内燃机在重型卡车上应用的一条可行路线。电催化氨分解制氢可在室温上下进行，氢气纯度高，产氢过程易控制，更适合车载制氢。氨分解产生的氢气除了作为氨发动机的“助燃剂”之外，还可以直接用于燃料电池，与发动机、电动机、动力电池共同构成一个零碳的、重型车用氨氢混合动力系统。

2、不同能量转换装置具有不同的能效特性，为能最大限度地发挥不同动力装置的优势，确保车辆高效、经济地运行，设计出先进的动力能源管理策略将显得非常重要。本发明提出了三个动力源：氨氢发动机、燃料电池系统和锂离子电池，并与车载制氢相结合，这就使得动力能源管理变得相当复杂。基于此，本发明提出了针对此类新型混合动力装置的能量管理技术与方法。

技术实现思路

1、本发明提出一种车用氨氢混合动力装置及能源调控管理方法。在依托车用氨氢混合动力装置的基础上，通过采用能源调控管理方法，使氨氢混合动力汽车的能源得到最优化的应用，同时也弥补了复杂氨氢混动动力系统能量调配所存在的缺陷。

2、车用氨氢混合动力装置包括：液氨罐、氢气罐、氨氢发动机、氨电解池、燃料电池、发电机、电动机、锂电池、变速器、以及主减速器，其装置组成方案为：液氨罐和氢气罐分别接于氨氢发动机、氨电解池、以及燃料电池，燃料电池分别与电动机、以及锂电池连接。电动机作为直接驱动汽车的动力源，电动机通过变速器和主减速器将转矩传递给车轮，氨氢发动机通过发电动机将机械能转化为电能提供给电动机，燃料电池能够给锂电池充电。液氨罐中的氨一方面用于氨氢发动机燃烧；另一方面用于氨电解池制氢。当氨电解池产生的氢气不足以满足氨氢发动机的需求时，由氢气罐补充不足的氢气；当电解池产生的氢气超过氨氢发动机的需求时，由氢气罐储存多余的氢。锂电池提供电解池制氢过程所需的电能，也可为电动机直接供电，锂电池在车辆制动时可回收电能。

3、该动力装置的能源调控管理方法：根据电动机需求功率和锂电池荷电状态，划分车辆行驶的模式为：制动回收模式、纯电运行模式、混动充电模式和混动放电模式。在混动充电模式和混动放电模式下，应用双延迟深度确定性策略梯度算法与模糊逻辑控制的能源调控管理策略，并对这四种模式的特征分别进行了限定。

4、本发明的特点及产生的有益效果是：所提出的车用氨氢混合动力装置，为解决车载储氢成本高、氨燃烧特性差等难题提供了新途径，为氨氢融合技术在重型交通运输领域的脱碳应用提供了新方案。所提出的能源调控管理方法，为目前复杂、多能源混动系统的能量管理提供了新的研究方法。通过结合模糊逻辑控制和深度强化学习，一方面解决了基于模糊逻辑控制的能量管理策略过度依赖技术经验、缺乏最优性的问题；另一方面，弥补了基于深度强化学习的能量管理策略训练时间长、收敛难度大的不足。

技术特征：

1.车用氨氢混合动力装置，包括液氨罐、氢气罐、氨氢发动机、氨电解池、燃料电池、发电机、电动机、锂电池、变速器、以及主减速器，其特征在于：液氨罐(1)和氢气罐(2)分别接于氨氢发动机(3)、氨电解池(5)、以及燃料电池(4)，燃料电池分别与电动机(7)、锂电池(8)连接，电动机作为直接驱动汽车的动力源，电动机通过变速器(9)和主减速器(10)将转矩传递给车轮，氨氢发动机通过发电机(6)将机械能转化为电能提供给电动机，燃料电池能够给锂电池充电，液氨罐中的氨一方面用于氨氢发动机燃烧；另一方面用于氨电解池制氢，当氨电解池产生的氢气不足以满足氨氢发动机和燃料电池的需求时，由氢气罐补充不足的氢气；当电解池产生的氢气超过氨氢发动机和燃料电池的需求时，由氢气罐储存多余的氢，锂电池提供电解池制氢过程所需的电能，也可为电动机直接供电，锂电池在车辆制动时回收电能。

2.一种根据权利要求1所述车用氨氢混合动力装置的能源调控管理方法，其特征在于：根据所述电动机需求功率和所述锂电池荷电状态，划分车辆行驶的模式为：制动回收模式、纯电运行模式、混动充电模式和混动放电模式，在混动充电模式和混动放电模式下，应用双延迟深度确定性策略梯度算法与模糊逻辑控制的能源调控管理策略。

3.根据权利要求2所述车用氨氢混合动力装置的能源调控管理方法，其特征在于：所述模糊逻辑控制的能源调控管理策略是将模糊逻辑控制和深度强化学习相结合，具体步骤如下：

4.根据权利要求2所述车用氨氢混合动力装置的能源调控管理方法，其特征在于：根据车辆驱动需求功率和所述锂电池荷电的状态划分运行模式，当所述电动机需求功率小于0时，车辆处于所述制动回收模式；当电动机需求功率大于0且小于所述燃料电池和氨氢发动机高效运行下限时，车辆处于所述纯电运行模式；当锂电池荷电状态<20％时，车辆开启所述混动充电模式，当锂电池荷电状态＝30％时，混动充电模式关闭，车辆处于所述混动放电模式。

5.根据权利要求2所述车用氨氢混合动力装置的能源调控管理方法，其特征在于：在所述制动回收模式中，电能的回收分别受所述电动机最大制动扭矩和所述锂电池最大充电电流的限制回收电量。

6.根据权利要求2所述车用氨氢混合动力装置的能源调控管理方法，其特征在于：在所述纯电运行模式中，仅由所述锂电池为所述电动机供电。

7.根据权利要求2所述车用氨氢混合动力装置的能源调控管理方法，其特征在于：在混动充电模式中，由所述氨氢发动机和燃料电池满足所述电动机的需求，燃料电池同时也为所述锂电池充电，在此模式下所述氢气罐是氢的唯一来源。

8.根据权利要求2所述车用氨氢混合动力装置的能源调控管理方法，其特征在于：在混动放电模式中，由所述氨氢发动机和燃料电池满足所述电动机的需求，所述锂电池仅为所述电解池制氢过程供电，在此模式下电解池是氢的主要来源，所述氢气罐起辅助作用。

9.根据权利要求2所述车用氨氢混合动力装置的能源调控管理方法，其特征在于：在所述双延迟深度确定性策略梯度算法的训练过程中，添加所述模糊逻辑控制产生的锂电池荷电状态变化轨迹。

技术总结
本发明提出了一种车用氨氢混合动力装置及能源调控管理方法，分为车用氨氢混合动力装置，和能源调控管理方法两部分。混合动力装置由液氨罐、氢气罐、氨氢发动机、氨电解池、燃料电池、发电机、电动机、锂电池、变速器等组成，在此基础上提出了能源调控管理方法。根据电动机需求功率和电池荷电将车辆行驶模式分为：制动、纯电运行、混动充电、以及混动放电四个模式。在混动充电、放电模式下，提出氨氢混合动力系统效率提升和保持电池荷电的能源管理优化目标，在双延迟深度确定性策略梯度算法的训练过程中，添加模糊逻辑控制产生的锂电池荷电状态变化轨迹。该方法可用于氨氢混合动力装置及能源调控管理方法中管理框架制定、优化目标及方法的选取。

技术研发人员：王博文,陈福军,焦魁,宫智超,杜青
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31