本發(fā)明涉及混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理技術(shù)。

背景技術(shù)：

混合動(dòng)力汽車由兩種能量源提供動(dòng)力，一般包括燃油的發(fā)動(dòng)機(jī)和由電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。雙能源系統(tǒng)在整車能量管理系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下，與其他部件相互配合，可以進(jìn)行多種優(yōu)化組合，形成不同的動(dòng)力系統(tǒng)工作模式，以適應(yīng)不同的行駛工況。

能量管理策略的目標(biāo)通常是具有多個(gè)輸入變量和多個(gè)約束條件的多目標(biāo)非線性優(yōu)化問(wèn)題，其控制策略對(duì)車輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性均有顯著影響。按照理想的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在到達(dá)設(shè)計(jì)的車輛行駛距離時(shí)，車載儲(chǔ)能系統(tǒng)(電力系統(tǒng)的電池)應(yīng)達(dá)到耗盡狀態(tài)。一方面，如果電池效果過(guò)快，過(guò)度的整車動(dòng)力電池電量耗盡可能會(huì)導(dǎo)致整車系統(tǒng)的高壓電氣損耗或是增程器能量剩余，影響汽車整體的能量效率。另一方面，如果電池消耗過(guò)慢，車輛電量消耗不充分可能無(wú)法獲得預(yù)先設(shè)計(jì)的減少燃料消耗的目的，動(dòng)力電池系統(tǒng)的能力遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到可利用極限，造成電能的浪費(fèi)和汽油的過(guò)多消耗。因此如何在混合動(dòng)力汽車的應(yīng)用中獲得合適的不同能量源之間的功率和能量流分配是能量管理策略的根本問(wèn)題之一。在實(shí)際應(yīng)用中，由于行駛工況并不能精確預(yù)知，因此合適的能量管理策略是實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車節(jié)能環(huán)保的關(guān)鍵所在。

目前研究最為廣泛的四類混合動(dòng)力汽車能量管理策略：基于規(guī)則的控制策略、瞬時(shí)優(yōu)化控制策略、全局優(yōu)化控制策略和基于優(yōu)化算法的自適應(yīng)控制策略。

基于規(guī)則的控制策略的工作機(jī)理是：事先憑理論分析和工作經(jīng)驗(yàn)直覺(jué)設(shè)定一系列的車輛預(yù)計(jì)工作狀態(tài)值，將其工作區(qū)域劃分。根據(jù)設(shè)置的臨界工作點(diǎn)來(lái)判斷車輛所工作的區(qū)域，從而采取相應(yīng)的控制方式?；谝?guī)則邏輯門限算法相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠應(yīng)用于實(shí)車控制器，結(jié)合離線優(yōu)化的結(jié)果，能夠?qū)?shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而得到更合理、經(jīng)濟(jì)的工作模式切換規(guī)則。這類策略的最大的優(yōu)點(diǎn)是易于工程實(shí)現(xiàn)。但是，基于規(guī)則的能量管理策略，由于其規(guī)則是基于理論分析和工作經(jīng)驗(yàn)，并非實(shí)際情況，因此無(wú)論是否進(jìn)行過(guò)控制參數(shù)優(yōu)化，該方案在燃油經(jīng)濟(jì)性的提高方面還是存在較大的局限性。

瞬時(shí)優(yōu)化控制策略通常采用等效燃油消耗最少或功率損失最小算法，通過(guò)將兩個(gè)能量源的能量消耗用特定方法進(jìn)行量化統(tǒng)一，計(jì)算出整車瞬時(shí)最小能耗。該策略能保證在每一步長(zhǎng)內(nèi)是最優(yōu)的，但無(wú)法保證在整個(gè)行駛周期內(nèi)是最優(yōu)的，而且該方法需要大量的浮點(diǎn)運(yùn)算和比較精確的車輛及動(dòng)力系統(tǒng)模型，計(jì)算量大，實(shí)現(xiàn)困難。這類能量管理策略目前在計(jì)算機(jī)仿真上取得了很好的燃料經(jīng)濟(jì)性效果，但在實(shí)車上并未廣泛應(yīng)用。主要是因?yàn)槠鋵?duì)于車輛實(shí)時(shí)行駛狀態(tài)參數(shù)的采集、分析及處理要求較高，目前的車載設(shè)備無(wú)法滿足其要求，同時(shí)整車動(dòng)力系統(tǒng)性能的變化對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)更新影響較大。

全局優(yōu)化控制策略，在事先知道汽車行駛的所有過(guò)程中所有工況參數(shù)的條件下，可以實(shí)現(xiàn)能量管理的全局優(yōu)化。全局優(yōu)化模式實(shí)現(xiàn)了真正意義上的最優(yōu)化，但實(shí)現(xiàn)這種策略的算法往往都比較復(fù)雜，計(jì)算量也很大，并且需要預(yù)先獲得所有的道路信息，在實(shí)際車輛的實(shí)時(shí)控制中事先知道汽車行駛的所有過(guò)程中所有工況參數(shù)是不可能的，因此全局優(yōu)化控制策略也很難得到有效的應(yīng)用。

基于優(yōu)化算法的自適應(yīng)控制策略，可以根據(jù)當(dāng)前車輛行駛狀態(tài)和路況自動(dòng)預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的功率和能量需求來(lái)自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)以適應(yīng)行駛工況的變化。所謂自適應(yīng)，就是在每一時(shí)間步，根據(jù)當(dāng)前的行駛條件和路況要求來(lái)調(diào)整部件工作方式，通過(guò)優(yōu)化算法，在保證目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)化的前提下，將能量需求合理地分配給各個(gè)能量源。雖然自適應(yīng)控制策略的目標(biāo)函數(shù)模型優(yōu)化算法等各不相同，但由于自適應(yīng)控制要實(shí)時(shí)采集大量的動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算能耗，預(yù)測(cè)未來(lái)工況，優(yōu)化過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算量大，同樣由于當(dāng)前車載設(shè)備的計(jì)算能力的閑置而導(dǎo)致其目前無(wú)法在實(shí)際中得到有效的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出一種混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法，包括：

第一步驟，系統(tǒng)自檢，若無(wú)故障則進(jìn)入第三步驟，若有故障則進(jìn)入第二步驟；

第二步驟，進(jìn)行故障處理，在完成故障處理后，返回第一步驟再次進(jìn)行系統(tǒng)自檢；

第三步驟，獲取能量管理策略計(jì)算所需的信號(hào)數(shù)據(jù)；

第四步驟，判斷接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)是否完整，若信號(hào)數(shù)據(jù)完整，接下來(lái)執(zhí)行第五步驟，若信號(hào)數(shù)據(jù)不完整，則返回第三步驟重新獲取能量管理策略計(jì)算所需的信號(hào)數(shù)據(jù)；

第五步驟，通過(guò)工況功率譜自適應(yīng)算法對(duì)未來(lái)運(yùn)行工況進(jìn)行工況適應(yīng)性計(jì)算，得出相應(yīng)的等效因子；

第六步驟，利用計(jì)算得出的等效因子與數(shù)據(jù)庫(kù)中的工況等效因子進(jìn)行相似性匹配；

第七步驟，根據(jù)接收到的能量管理策略計(jì)算所需的信號(hào)數(shù)據(jù)和等效因子，通過(guò)整車能耗成本最小算法得到輸出功率分配組合；

第八步驟，對(duì)輸出功率分配組合進(jìn)行調(diào)整修正；

第九步驟，發(fā)送輸出功率分配組合，完成各能量源輸出功率分配。

在一個(gè)實(shí)施例中，第一步驟中，整車控制器VMS、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器PEU、動(dòng)力電池控制器BMS、增程器控制器RES、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分別對(duì)各自的子系統(tǒng)進(jìn)行自檢，判斷有無(wú)故障。

在一個(gè)實(shí)施例中，第三步驟中，整車控制器VMS通過(guò)CAN總線向動(dòng)力電池控制器BMS、增程器控制器RES、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器PEU發(fā)送訪問(wèn)信號(hào)，從中獲取能量管理策略計(jì)算所需的信號(hào)數(shù)據(jù)。

在一個(gè)實(shí)施例中，能量管理策略計(jì)算所需的信號(hào)數(shù)據(jù)包括當(dāng)前車速V、動(dòng)力電池SOC(t)、增程器系統(tǒng)燃料消耗量整車需求功率P_vehicle、整車動(dòng)力系統(tǒng)附件功率P_auxiliary,車輛預(yù)計(jì)行駛總里程L，車輛已經(jīng)行駛的距離l(t)。

在一個(gè)實(shí)施例中，第四步驟中，由整車控制器VMS判斷接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)是否完整。

在一個(gè)實(shí)施例中，第五步驟中，整車控制器VMS通過(guò)工況功率譜自適應(yīng)算法對(duì)未來(lái)運(yùn)行工況進(jìn)行工況適應(yīng)性計(jì)算，得出相應(yīng)的等效因子；

其中工況功率譜自適應(yīng)算法如下：

其中為等效因子，a_ζ,b_ζ為常數(shù)，由目前所有工況參數(shù)計(jì)算得出，SOC(t)為運(yùn)行時(shí)間t后的SOC值，Q_b為電池容量，V_nom為動(dòng)力電池名義電壓，為動(dòng)力電池平均放電效率，動(dòng)力電池平均充電效率，為整車能量鴻溝，為整個(gè)行程初始階段t＝0時(shí)的能量鴻溝，E_g(t)為運(yùn)行時(shí)間t后剩余的總能量，為整車總線需求驅(qū)動(dòng)功率；為整車制動(dòng)功率，T_total為整個(gè)行程所用時(shí)間，l(t)為車輛已經(jīng)行駛的距離，L為行程總距離，K(ζ)表示為每行駛一段距離之后的行駛能量鴻溝減少率，K為能量鴻溝降低估計(jì)值，ζ₀為臨界值，χ∈[1,2]。

在一個(gè)實(shí)施例中，第六步驟中由整車控制器VMS利用計(jì)算得出的等效因子與數(shù)據(jù)庫(kù)中的工況等效因子進(jìn)行相似性匹配。

在一個(gè)實(shí)施例中，第七步驟中，由整車控制器VMS根據(jù)接收到的能量管理策略計(jì)算所需的信號(hào)數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算得出整車請(qǐng)求功率P_vehicle，通過(guò)整車能耗成本最小算法實(shí)時(shí)計(jì)算出動(dòng)力電池輸出功率P_b，增程器的輸出功率P_RE，經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整修正得出輸出功率分配組合P_vehicle＝F(P_b,P_RE,P_auxiliary)。

在一個(gè)實(shí)施例中，第七步驟中的整車能耗成本最小算法如下：

子步驟a)，計(jì)算整車需求功率其中G＝mg，m為整車滿載質(zhì)量，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，α為坡度，C_D為空氣阻力系數(shù)，A為汽車迎風(fēng)面積，V為汽車當(dāng)前車速，η_t為整體傳動(dòng)效率，δ為汽車質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，α為行駛道路坡度角，當(dāng)α小于一定值時(shí)cosα＝1，α＝sinα＝tanα＝i，i為道路坡度，P_auxiliary為整車動(dòng)力附件系統(tǒng)功率；

子步驟b)，整個(gè)行駛周期內(nèi)整車能耗成本計(jì)算如下：

其中Cost為整個(gè)行程周期內(nèi)的燃料消耗和電耗的總成本，ΔCost為增程器給動(dòng)力電池充電時(shí)能耗成本差值，T_total為整個(gè)行程所用時(shí)間；ξ_f為燃料市場(chǎng)價(jià)格，為增程器系統(tǒng)的燃料消耗率，ξ_e為市電價(jià)格，η_elec為動(dòng)力電池從電網(wǎng)端充電時(shí)的效率。P_elec為動(dòng)力電池的實(shí)時(shí)輸出功率。為增程器以最大功率輸出時(shí)的燃料消耗量，為動(dòng)力電池以增程器以最大輸出功率輸出時(shí)的充電效率，SOC_min為SOC設(shè)定門限值，為增程器開始為動(dòng)力電池充電時(shí)的電池SOC值，V₀(SOC_min)為電池荷電狀態(tài)為SOC_min的電池電壓，Q_b為電池容量；

子步驟c)，動(dòng)力系統(tǒng)功率最優(yōu)解計(jì)算如下：

其中H為求最小值方程函數(shù)，ξ_f為燃料市場(chǎng)價(jià)格，為增程器系統(tǒng)的燃料消耗率，ξ_e為市電價(jià)格，soc為電池荷電狀態(tài)，V₀為電池開路電壓，Q_b為電池容量，p為最優(yōu)協(xié)狀態(tài)參數(shù)。C_b為常數(shù)，P_elec為動(dòng)力電池實(shí)時(shí)輸出功率，為等效因子；

子步驟d)，整車輸出功率組合計(jì)算如下：

其中，P_Vehicle為整車總線需求功率；η_conv為dc/dc轉(zhuǎn)換器效率；η_{dc/dc_discharging}為動(dòng)力電池放電時(shí)dc/dc轉(zhuǎn)換器效率；η_{dc/dc_charging}為電池處于充電狀態(tài)時(shí)dc/dc轉(zhuǎn)換器效率；P_b為動(dòng)力電池輸出功率，P_b＞0表示動(dòng)力電池處于放電狀態(tài)，P_b＜0表示動(dòng)力電池處于充電狀態(tài)；P_RE為增程器的輸出功率；P_auxiliary為整車動(dòng)力附件系統(tǒng)功率。

在一個(gè)實(shí)施例中，第八步驟中調(diào)整修正邏輯規(guī)則如下：

其中P_{b_min},P_{RR_min}分別為動(dòng)力電池、增程器輸出功率的下限，具體數(shù)值根據(jù)選擇的系統(tǒng)設(shè)定，P_{b_max},P_{RE_max}分別為動(dòng)力電池、增程器輸出功率的上限，具體數(shù)值根據(jù)選擇的系統(tǒng)設(shè)定，η_conv為dc/dc轉(zhuǎn)換器效率；P_Vehicle為整車總線需求功率；P_b為電池系統(tǒng)輸出功率；P_RE為增程器的輸出功率。

在一個(gè)實(shí)施例中，第九步驟中，整車控制器VMS通過(guò)CAN總線向動(dòng)力電池控制器BMS和增程器控制器RES發(fā)送輸出功率分配組合，完成整車控制器VMS對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)各能量源輸出功率分配。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出一種混合動(dòng)力系統(tǒng)，適用前述的混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法，該混合動(dòng)力系統(tǒng)包括：動(dòng)力電池、增程器、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、整車控制器VMS、動(dòng)力電池控制器BMS、增程器控制器RES、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器PEU、整車動(dòng)力系統(tǒng)附件和CAN總線；

整車控制器VMS通過(guò)CAN總線連接到增程器控制器RES、動(dòng)力電池控制器BMS、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器PEU、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和整車動(dòng)力系統(tǒng)附件；增程器與增程器控制器RES連接，動(dòng)力電池與動(dòng)力電池控制器BMS連接；增程器、動(dòng)力電池、整車動(dòng)力附件系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器PEU通過(guò)高壓電線互相連接；增程器通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器接入高壓電線；

所述混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法使用的能量管理策略的控制參數(shù)通過(guò)CAN總線在整車控制器VMS與作為能量源的動(dòng)力電池控制器和增程器控制器之間完成數(shù)據(jù)交互；整車控制器VMS從CAN總線獲得能量管理策略計(jì)算所需數(shù)據(jù)后提供工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法公式計(jì)算出增程器輸出功率，再通過(guò)CAN總線將輸出功率組合發(fā)送給各個(gè)能量源的控制器，包括動(dòng)力電池控制器和增程器控制器，以完成動(dòng)力系統(tǒng)能量源功率的實(shí)時(shí)調(diào)整。

本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法以及應(yīng)用該方法的混合動(dòng)力系統(tǒng)具有如下的有益效果：

1)本發(fā)明基于工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法可以提供實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前車輛的能量消耗率及各個(gè)能量源的實(shí)時(shí)狀態(tài)，通過(guò)工況功率譜自適應(yīng)算法計(jì)算整車功率請(qǐng)求與工況匹配，根據(jù)整車能耗成本最小算法的計(jì)算結(jié)果和相應(yīng)的邏輯規(guī)則實(shí)時(shí)調(diào)整各能量源的輸出功率，實(shí)時(shí)性好；

2)本發(fā)明中的工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法公式和邏輯規(guī)則具有以下作用：a)根據(jù)整車行駛狀態(tài)和駕駛員實(shí)時(shí)信息完成不同工況功率譜的自動(dòng)識(shí)別與匹配，能夠最大限度的接近實(shí)際行駛工況；b)以用戶整車能耗成本最小為目標(biāo)，實(shí)施調(diào)整能源系統(tǒng)的功率輸出，使用戶的能耗使用成本最??；

3)該基于工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法解決了背景技術(shù)中提到的混合動(dòng)力汽車動(dòng)力電池電量過(guò)度消耗或者是消耗不充分的問(wèn)題；

4)該基于工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法對(duì)控制器硬件要求較低，易于在整車上實(shí)現(xiàn)；

5)本發(fā)明所采用的能量管理算法可應(yīng)用于燃料電池-蓄電池，內(nèi)燃機(jī)-蓄電池，內(nèi)燃機(jī)-超級(jí)電容等多種形式的新能源汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)，具有良好的擴(kuò)展性。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過(guò)下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變的更加明顯，在附圖中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中：

圖1揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法的流程圖。

圖2揭示了適用本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法的混合動(dòng)力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，但下述的實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法是基于工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法，該工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法將混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理策略簡(jiǎn)化為一組多輸入、單輸出的能力管理規(guī)則，使用工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法根據(jù)車速V、動(dòng)力電池SOC(t)、增程器系統(tǒng)燃料消耗量整車需求功率P_vehicle、整車動(dòng)力系統(tǒng)附件功率P_auxiliary,車輛預(yù)計(jì)行駛總里程L，車輛已經(jīng)行駛的距離l(t)等參數(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算來(lái)控制混合動(dòng)力系統(tǒng)能量源的輸出功率，在滿足用戶正常駕駛習(xí)慣及駕駛需求的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)整車能耗成本的最優(yōu)化。

圖2揭示了適用本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法的混合動(dòng)力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。參考圖2所示，該混合動(dòng)力系統(tǒng)是增程式電動(dòng)車混合動(dòng)力系統(tǒng)。該混合動(dòng)力系統(tǒng)包括動(dòng)力電池201、增程器202、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)203、驅(qū)動(dòng)電機(jī)204、整車控制器VMS 205、動(dòng)力電池控制器BMS 206、增程器控制器RES 207、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器PEU 208、整車動(dòng)力系統(tǒng)附件209和CAN總線210。

整車控制器VMS 205通過(guò)CAN總線210連接到增程器控制器RES 207、動(dòng)力電池控制器BMS 206、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器PEU 208、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)203和整車動(dòng)力系統(tǒng)附件209。增程器202與增程器控制器RES 207連接，動(dòng)力電池201與動(dòng)力電池控制器BMS 206連接。增程器202、動(dòng)力電池201、整車動(dòng)力附件系統(tǒng)209和驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器PEU 208通過(guò)高壓電線互相連接。增程器202通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器接入高壓電線。在圖2所示的實(shí)施例中，在高壓電線上還連接有高低壓分線盒和充電機(jī)。

本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法使用的能量管理策略的控制參數(shù)通過(guò)CAN總線210在整車控制器VMS 205與作為能量源的動(dòng)力電池控制器206和增程器控制器207之間完成數(shù)據(jù)交互。整車控制器VMS 205從CAN總線210獲得能量管理策略計(jì)算所需數(shù)據(jù)后提供工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法公式計(jì)算出增程器輸出功率，再通過(guò)CAN總線210將輸出功率組合發(fā)送給各個(gè)能量源的控制器，包括動(dòng)力電池控制器206和增程器控制器207，以完成動(dòng)力系統(tǒng)能量源功率的實(shí)時(shí)調(diào)整。

在一個(gè)實(shí)施例中，整車動(dòng)力系統(tǒng)附件209包括整車散熱子系統(tǒng)、空調(diào)子系統(tǒng)以及大燈、繼電器等電器件、儀表等用電器的功耗。

圖1揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法的流程圖?；趫D2所示的增程式電動(dòng)車混合動(dòng)力系統(tǒng)，本發(fā)明的基于工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法的混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理方法的較佳實(shí)施例的流程如圖1所示。

在步驟101中，整車控制器VMS、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器PEU、動(dòng)力電池控制器BMS、增程器控制器RES、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分別對(duì)其負(fù)責(zé)的子系統(tǒng)進(jìn)行自檢，判斷有無(wú)故障，若無(wú)則進(jìn)入各系統(tǒng)就緒狀態(tài)，執(zhí)行步驟103。若有故障，則進(jìn)行故障處理機(jī)制步驟102。

在步驟102中，進(jìn)行故障處理，在完成故障處理后，返回步驟101再次進(jìn)行系統(tǒng)自檢。

在步驟103中，整車控制器VMS通過(guò)CAN總線向動(dòng)力電池控制器BMS、增程器控制器RES、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器PEU發(fā)送訪問(wèn)信號(hào)，從中獲取能量管理策略計(jì)算所需的信號(hào)數(shù)據(jù)。

在一個(gè)實(shí)施例中，能量管理策略計(jì)算所需的信號(hào)數(shù)據(jù)包括當(dāng)前車速V、動(dòng)力電池SOC(t)、增程器系統(tǒng)燃料消耗量整車需求功率P_vehicle、整車動(dòng)力系統(tǒng)附件功率P_auxiliary,車輛預(yù)計(jì)行駛總里程L，車輛已經(jīng)行駛的距離l(t)。

在步驟104中，整車控制器VMS判斷接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)是否完整，若是，表示信號(hào)數(shù)據(jù)完整，接下來(lái)執(zhí)行步驟105。若否，表示信號(hào)數(shù)據(jù)不完整，則返回步驟103重新獲取能量管理策略計(jì)算所需的信號(hào)數(shù)據(jù)。

在步驟105中，整車控制器VMS通過(guò)工況功率譜自適應(yīng)算法對(duì)未來(lái)運(yùn)行工況進(jìn)行工況適應(yīng)性計(jì)算，得出相應(yīng)的等效因子。

在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟105中涉及的工況功率譜自適應(yīng)算法如下：

其中為等效因子，a_ζ,b_ζ為常數(shù)，由目前所有工況參數(shù)計(jì)算得出，SOC(t)為運(yùn)行時(shí)間t后的SOC值，Q_b為電池容量，V_nom為動(dòng)力電池名義電壓，為動(dòng)力電池平均放電效率，動(dòng)力電池平均充電效率，為整車能量鴻溝，為整個(gè)行程初始階段t＝0時(shí)的能量鴻溝，E_g(t)為運(yùn)行時(shí)間t后剩余的總能量，為整車總線需求驅(qū)動(dòng)功率；為整車制動(dòng)功率，T_total為整個(gè)行程所用時(shí)間，l(t)為車輛已經(jīng)行駛的距離，L為行程總距離，K(ζ)表示為每行駛一段距離之后的行駛能量鴻溝減少率，K為能量鴻溝降低估計(jì)值，ζ₀為臨界值，χ∈[1,2]。

在步驟106中，整車控制器VMS利用計(jì)算得出的等效因子與數(shù)據(jù)庫(kù)中的工況等效因子進(jìn)行相似性匹配。

在步驟107中，整車控制器VMS根據(jù)接收到的能量管理策略計(jì)算所需的信號(hào)數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算得出整車請(qǐng)求功率P_vehicle，通過(guò)整車能耗成本最小算法實(shí)時(shí)計(jì)算出動(dòng)力電池輸出功率P_b，增程器的輸出功率P_RE。經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整修正得到輸出功率分配組合P_vehicle＝F(P_b,P_RE,P_auxiliary)。

在一個(gè)實(shí)施例中，步驟107中涉及的整車能耗成本最小算法如下：

在子步驟a)中，計(jì)算整車需求功率其中G＝mg，m為整車滿載質(zhì)量，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，α為坡度，C_D為空氣阻力系數(shù)，A為汽車迎風(fēng)面積，V為汽車當(dāng)前車速，η_t為整體傳動(dòng)效率，δ為汽車質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，α為行駛道路坡度角，當(dāng)α小于一定值時(shí)cosα＝1，α＝sinα＝tanα＝i，i為道路坡度，P_auxiliary為整車動(dòng)力附件系統(tǒng)功率。

在子步驟b)中，整個(gè)行駛周期內(nèi)整車能耗成本計(jì)算如下：

其中Cost為整個(gè)行程周期內(nèi)的燃料消耗和電耗的總成本，ΔCost為增程器給動(dòng)力電池充電時(shí)能耗成本差值，T_total為整個(gè)行程所用時(shí)間；ξ_f為燃料市場(chǎng)價(jià)格，為增程器系統(tǒng)的燃料消耗率，ξ_e為市電價(jià)格，η_elec為動(dòng)力電池從電網(wǎng)端充電時(shí)的效率。P_elec為動(dòng)力電池的實(shí)時(shí)輸出功率。為增程器以最大功率輸出時(shí)的燃料消耗量，為動(dòng)力電池以增程器以最大輸出功率輸出時(shí)的充電效率，SOC_min為SOC設(shè)定門限值，為增程器開始為動(dòng)力電池充電時(shí)的電池SOC值，V₀(SOC_min)為電池荷電狀態(tài)為SOC_min的電池電壓，Q_b為電池容量。

在子步驟c)中，動(dòng)力系統(tǒng)功率最優(yōu)解計(jì)算如下：

其中H為求最小值方程函數(shù)，ξ_f為燃料市場(chǎng)價(jià)格，為增程器系統(tǒng)的燃料消耗率，ξ_e為市電價(jià)格，soc為電池荷電狀態(tài)，V₀為電池開路電壓，Q_b為電池容量，p為最優(yōu)協(xié)狀態(tài)參數(shù)。C_b為常數(shù)，P_elec為動(dòng)力電池實(shí)時(shí)輸出功率，為等效因子。

在子步驟d)中，輸出功率分配組合計(jì)算如下：

其中，P_Vehicle為整車總線需求功率；η_conv為dc/dc轉(zhuǎn)換器效率；η_{dc/dc_discharging}為動(dòng)力電池放電時(shí)dc/dc轉(zhuǎn)換器效率；η_{dc/dc_charging}為電池處于充電狀態(tài)時(shí)dc/dc轉(zhuǎn)換器效率；P_b為動(dòng)力電池輸出功率，P_b＞0表示動(dòng)力電池處于放電狀態(tài)，P_b＜0表示動(dòng)力電池處于充電狀態(tài)；P_RE為增程器的輸出功率；P_auxiliary為整車動(dòng)力附件系統(tǒng)功率。

在步驟108中，輸出功率分配組合調(diào)整修正邏輯規(guī)則如下：

其中P_{b_min},P_{RE_min}分別為動(dòng)力電池、增程器輸出功率的下限，具體數(shù)值根據(jù)選擇的系統(tǒng)設(shè)定，P_{b_max},P_{RE_max}分別為動(dòng)力電池、增程器輸出功率的上限，具體數(shù)值根據(jù)選擇的系統(tǒng)設(shè)定，η_conv為dc/dc轉(zhuǎn)換器效率；P_Vehicle為整車總線需求功率；P_b為電池系統(tǒng)輸出功率；P_RE為增程器的輸出功率。

在步驟109中，整車控制器VMS通過(guò)CAN總線向動(dòng)力電池控制器BMS和增程器控制器RES發(fā)送輸出功率分配組合，完成整車控制器VMS對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)各能量源輸出功率分配。

本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法以及應(yīng)用該方法的混合動(dòng)力系統(tǒng)具有如下的有益效果：

1)本發(fā)明基于工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法可以提供實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前車輛的能量消耗率及各個(gè)能量源的實(shí)時(shí)狀態(tài)，通過(guò)工況功率譜自適應(yīng)算法計(jì)算整車功率請(qǐng)求與工況匹配，根據(jù)整車能耗成本最小算法的計(jì)算結(jié)果和相應(yīng)的邏輯規(guī)則實(shí)時(shí)調(diào)整各能量源的輸出功率，實(shí)時(shí)性好；

2)本發(fā)明中的工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法公式和邏輯規(guī)則具有以下作用：a)根據(jù)整車行駛狀態(tài)和駕駛員實(shí)時(shí)信息完成不同工況功率譜的自動(dòng)識(shí)別與匹配，能夠最大限度的接近實(shí)際行駛工況；b)以用戶整車能耗成本最小為目標(biāo)，實(shí)施調(diào)整能源系統(tǒng)的功率輸出，使用戶的能耗使用成本最小；

3)該基于工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法解決了背景技術(shù)中提到的混合動(dòng)力汽車動(dòng)力電池電量過(guò)度消耗或者是消耗不充分的問(wèn)題；

4)該基于工況功率譜自適應(yīng)和整車能耗成本最小算法對(duì)控制器硬件要求較低，易于在整車上實(shí)現(xiàn)；

5)本發(fā)明所采用的能量管理算法可應(yīng)用于燃料電池-蓄電池，內(nèi)燃機(jī)-蓄電池，內(nèi)燃機(jī)-超級(jí)電容等多種形式的新能源汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)，具有良好的擴(kuò)展性。

上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來(lái)實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明的，熟悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例做出種種修改或變化，因而本發(fā)明的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。