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原文传递混合动力燃料电池汽车仿真控制方法及系统

专利名称：	混合动力燃料电池汽车仿真控制方法及系统
摘要：	本发明公开了一种混合动力燃料电池汽车仿真控制方法及系统，通过搭建燃料电池及超级电容模型、DC/DC系统控制器及整车模型，采用实物控制器，以此联合搭建混合动力燃料电池汽车仿真系统。控制方法方面采用功率需求辨识差额计算方法，快速得出功率需求，再通过对需求功率的模糊控制得出燃料电池及超级电容的输出功率，然后对燃料电池采用模糊控制、对超级电容采用引入反馈的PI控制，以达到对燃料电池及超级电容输出功率的控制，最后引入系统输出负反馈使系统对驾驶信息变化响应。本发明采用模糊控制策略对燃料电池发电功率进行控制，降低了燃料电池系统控制的复杂度并具有一定的智能性；将系统输出作为负反馈输入，使得系统控制精准度高，稳定性好。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉理工大学
发明人：	张立炎;汪涛;全书海;陈启宏;谢长君;石英;黄亮
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910015834.2
公开号：	CN109808512A
代理机构：	武汉开元知识产权代理有限公司
代理人：	潘杰;刘琳
分类号：	B60L50/40(2019.01);B;B60;B60L;B60L50
申请人地址：	430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
主权项：	1.一种混合动力燃料电池汽车仿真控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤： 1)对输入的驾驶信息Si进行辨识，与当前驾驶信息Sk进行比较，求出速度差值△v、加速度差值△a、坡道差值△l及环境因素，计算得出需求功率P'k+1；当输入的驾驶信息Si与当前驾驶信息Sk相等时，控制结束； 2)采用功率分配模糊控制方法计算出燃料电池和超级电容的输出占比，得到燃料电池和超级电容的功率分配因子Ka； 3)根据功率需求P'k+1和功率分配因子Ka计算得到燃料电池需要输出的功率P'fu、超级电容需要输出的功率P'soc；依据得到的燃料电池需要输出的功率P'fu及当前燃料电池输出功率Pfu做模糊控制得出燃料电池模型的控制方案，使燃料电池模型输出所需功率；依据超级电容需要输出的功率P'soc决定超级电容的充放电模型，引入当前超级电容输出功率Psoc负反馈对其进行PI控制，使超级电容的充放电模型输出所需功率。依据得到的燃料电池需要输出的功率P'fu及当前燃料电池输出功率Pfu做模糊控制得出燃料电池模型的控制方案的具体过程为：以计算出的燃料电池需要输出的功率P'fu及当前燃料电池输出功率Pfu作为模糊控制的输入，依据模糊规则2经过模糊推演后解模糊化得出燃料电池模型的控制方法，通过控制器对燃料电池模型进行控制，模糊规则2设定如下： (1)燃料电池需求功率P'fu>Pfu时，氢气压力、空气压力及温度等辅助系统参数值加大； (2)燃料电池需求功率P'fu≈Pfu时，氢气压力、空气压力及温度等辅助系统参数值不变； (3)燃料电池需求功率P'fu＜Pfu时，氢气压力、空气压力及温度等辅助系统参数值减小。依据超级电容需要输出的功率P'soc决定超级电容的充放电模式，引入当前超级电容输出功率Psoc作为负反馈对超级电容模型输出进行PI控制的过程为：若P'soc≥0，则超级电容模型为放电模式，此时DC/DC控制器控制双向DC/DC模型为升压模式；反之，若P'soc＜0，超级电容模型为放电模式，此时DC/DC控制器控制双向DC/DC模型为降压模式。 4)DC/AC/DC模型根据燃料电池模型的控制方案向整车模型输出燃料电池需要输出的功率P'fu，双向DC/DC模型向整车模型输出超级电容需要输出的功率P'soc； 5)将燃料电池需要输出的功率P'fu、超级电容需要输出的功率P'soc迭加得到功率需求P'k+1，整车模型采集更新后的当前驾驶信息Sk+1，返回步骤1)。 2.根据权利要求1所述的混合动力燃料电池汽车仿真控制方法，其特征在于：所述步骤1)中通过速度差值△v、加速度差值△a、坡道差值△l及环境因素计算需求功率P'k+1的过程为：需求功率P'k+1等于运行阻尼功率、电动机驱动功率、传动功率损耗以及电子仪器功率损耗的总和，运行阻尼功率包括滚动阻尼功率、坡道阻尼功率、空气阻尼功率及加速阻尼功率；传动装置和电动机驱动过程中的功率损耗通过功率因数ηt描述，需求功率P'k+1的计算公式为： ηt为功率传递因子、f为滚动阻力系数、CD为风阻系数、A为迎风面积、δ为汽车旋转质量换算系数，m为整车质量，g为重力加速度、v为汽车行驶速度、l为坡道斜度、a为行驶加速度。 3.根据权利要求1所述的混合动力燃料电池汽车仿真控制方法，其特征在于：所述步骤2)中采用功率分配模糊控制方法计算出燃料电池和超级电容的输出占比的过程为： 21)对需求功率P'k+1、当前燃料电池输出功率Pfu及当前超级电容输出功率Psoc做模糊化计算转化为需求功率模糊参数Kk+1，燃料电池输出功率模糊参数Kfu及超级电容输出功率模糊参数； 22)以需求功率模糊参数Kk+1，燃料电池输出功率模糊参数Kfu及超级电容输出功率模糊参数Ksoc作为模糊推理的输入，依据模糊规则1进行模糊推理； 23)对模糊推演结果解模糊化得到燃料电池及超级电容输出功率的占比因子Ka。 4.根据权利要求1所述的混合动力燃料电池汽车仿真控制方法及系统，其特征在于：所述步骤3)中依据得到的燃料电池需要输出的功率P'fu及当前燃料电池输出功率Pfu做模糊控制得出燃料电池模型的控制方案的具体过程为：以计算出的燃料电池需要输出的功率P'fu及当前燃料电池输出功率Pfu作为模糊控制的输入，依据模糊规则2经过模糊推演后解模糊化得出燃料电池模型的控制方法，通过控制器对燃料电池模型进行控制，模糊规则2设定如下： (1)燃料电池需求功率P'fu>Pfu时，氢气压力、空气压力及温度等辅助系统参数值加大； (2)燃料电池需求功率P'fu≈Pfu时，氢气压力、空气压力及温度等辅助系统参数值不变； (3)燃料电池需求功率P'fu＜Pfu时，氢气压力、空气压力及温度等辅助系统参数值减小。 5.根据权利要求1所述的混合动力燃料电池汽车仿真系统，其特征在于：所述步骤3)中依据超级电容需要输出的功率P'soc决定超级电容的充放电模式，引入当前超级电容输出功率Psoc作为负反馈对超级电容模型输出进行PI控制的过程为：若P'soc≥0，则超级电容模型为放电模式，此时DC/DC控制器控制双向DC/DC模型为升压模式；反之，若P'soc＜0，超级电容模型为放电模式，此时DC/DC控制器控制双向DC/DC模型为降压模式。 6.一种混合动力燃料电池汽车仿真控制系统，其特征在于：所述系统包括燃料电池模型(110)、超级电容模型(120)、DC/AC/DC及双向DC/DC模型(130)和整车模型(140)、燃料电池系统控制器(210)、DC/DC系统控制器(220)及整车控制器(230)、功率需求辨识计算模块(311)、功率分配模糊控制模块(312)、燃料电池模糊控制模块(321)和超级电容PI控制模块(322)及DC/DC变换控制模块(330)和用于输入的驾驶信息Si和显示设备状态信息的人机界面(240)；所述燃料电池模型(110)及超级电容模型(120)用于模拟实物随时间变化的动态过程，作为整车模型的动力源；所述DC/AC/DC及双向DC/DC模型(130)用于根据需求功率P'k+1和超级电容的功率分配因子Ka将燃料电池模型输出功率和超级电容模型输出功率分别变换为整车模型(140)所需的输入功率大小；所述燃料电池系统控制器(210)用于采集燃料电池模型运行参数，控制燃料电池系统中的部件；所述DC/DC系统控制器(220)用于采集DC/DC变换过程前后端的电压大小，控制DC/DC变换模型中各开关管的开通与关断；所述整车控制器(230)用于采集整车模型(140)的挡位、速度、加速度及踏板开度信号，控制整车模型(140)的继电器、踏板开度及驾驶模式信息；所述功率需求辨识计算模块(311)用于根据驾驶信息Si计算并输出需求功率P'k+1；所述功率分配模糊控制模块(312)用于采用功率分配模糊控制方法得到燃料电池和超级电容的功率分配因子Ka；所述燃料电池模糊控制模块(321)和超级电容PI控制模块(322)分别用于输出燃料电池模型的控制方案和超级电容PI控制方案；DC/DC变换控制模块(330)用于根据燃料电池模型的控制方案和超级电容PI控制方案向DC/AC/DC及双向DC/DC模型(130)输出需求功率P'k+1。 7.根据权利要求6所述的混合动力燃料电池汽车仿真控制系统，其特征在于：所述燃料电池控制器(210)包括用于采集压力、温度、开关量和电压电流的物理量采集单元(211)和用于向燃料电池模型(110)输出控制策略的燃料电池控制单元(212)。 8.根据权利要求6所述的混合动力燃料电池汽车仿真控制系统，其特征在于：所述DC/DC系统控制器(220)包括采集单元(221)和DC/DC控制单元(222)，所述采集单元(211)采集DC/DC变换过程前、后端的电压值，所述DC/DC控制单元(222)通过PWM模块控制DC/DC变换器模型中开关管的开通与关断。 9.根据权利要求6所述的混合动力燃料电池汽车仿真控制系统，其特征在于：所述整车控制器(230)包括AD/开关量采集单元(231)、驱动模块(232)和整车控制单元(233)，所述AD/开关量采集单元(231)采集整车模型中的挡位、速度、加速度、踏板开度信号，由整车控制单元(233)做出控制策略，通过驱动模块(232)实现对继电器、踏板开度及驾驶模式的控制。 10.根据权利要求6所述的混合动力燃料电池汽车仿真控制系统，其特征在于：所述燃料电池及超级电容模型基于工控机LabVIEW软件实现，采用四阶龙格库塔算法模拟燃料电池及超级电容随时间变化的动态过程；DC/AC/DC及双向DC/DC模型和整车模型在FPGA中实现，分别采用模块化并行计算策略及欧拉算法。
所属类别：	发明专利