一种串联式混合动力汽车的能量管理方法

本发明属于混合动力汽车能量管理领域，具体涉及一种串联式混合动力汽车的能量管理方法。

背景技术：

1、串联式混合动力汽车结合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点，在保证车辆动力性能的前提下，减少了燃油消耗量和废气排放量。串联式混合动力汽车的能量管理策略可以实现多个动力源之间的合理利用，合理的能量管理策略能使各个工况处于效率较高的状态。因此，能量管理策略是串联式混合动力汽车设计中的关键一步。模糊逻辑算法由于不需要精确的数学模型、鲁棒性强和适应性好等特点，在串联式混合动力汽车的能量管理策略方面得到了广泛地应用。

2、模糊逻辑算法控制下的传统能量管理策略仅考虑电池soc值与整车需求功率这两个因素作为输入，来决定串联式混合动力汽车发动机需求功率的大小。当电池soc值过低时时，发动机会通过发电机向动力电池充电，但若此时电池温度过高，会使电池的电化学反应加快，电解液蒸发快，极板易损坏，继续充电则会严重缩短电池寿命。此外，串联式混合动力汽车在制动会进行制动能量回收，将此能量以电能的形式存储到动力电池内，但电池温度过高时进行制动能量回收同样会缩短电池寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种串联式混合动力汽车的能量管理方法，能够避免电池在温度过高时继续进行充放电，提高混合动力汽车动力电池的使用寿命。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种串联式混合动力汽车的能量管理方法，在所述混合动力汽车驱动过程中，包括以下步骤：

4、s1，通过所述混合动力汽车的整车需求功率、电池soc值和电池温度得到调节系数和功率分配系数；

5、s2，将调节系数和标准调节功率相乘得到调节功率，将调节功率和所述混合动力汽车发动机上一时刻功率相加得到所述混合动力汽车发动机输出功率，根据所述混合动力汽车发动机输出功率，结合所述混合动力汽车发动机最小燃油消耗特性曲线确定所述混合动力汽车发动机转速；

6、s3，将功率分配系数与所述混合动力汽车发动机输出功率pengine_i相乘得到所述混合动力汽车发动机向动力电池输出的功率pb，pengine_i与pb的差值为所述混合动力汽车的发动机发出的用于整车驱动的功率；

7、在所述混合动力汽车制动过程中，当电池温度小于温度阈值且电池soc值小于soc阈值时，采用制动能量回收方法进行制动。

8、优选的，s1中所述混合动力汽车的整车需求功率按如下公式计算得到：

9、

10、其中preq为整车需求功率，v为行驶车速，m为整车整备质量，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，α为路面坡度，cd为空气阻力系数，a为车辆迎风面积，δ为质量换算系数，ηt为传动轴的机械效率。

11、优选的，s2所述的标准调节功率在所述混合动力汽车发动机峰值功率的70％至90％内取值。

12、优选的，s1先将所述混合动力汽车的整车需求功率、电池soc值和电池温度模糊化后变为模糊矢量，之后进行模糊推理，求解模糊推理对应的模糊控制规则得到调节系数和功率分配系数的模糊控制量，最后结合重心法将调节系数和功率分配系数的模糊控制量进行反模糊化，得到调节系数和功率分配系数。

13、进一步，所述的整车需求功率模糊化时，基本论域取[0，pmax]，对应的模糊语言值分别为极小、小、中、大和极大；

14、所述的电池soc值模糊化时，基本论域取[5％，95％]，对应的模糊语言值分别为低、中和高；

15、所述的电池温度模糊化时，基本论域取[0℃，40℃]，对应的模糊语言值分别为低、中和高。

16、进一步，所述调节系数的基本论域对应的模糊语言值分别为负大、负中、负小、零、正小、正中和正大，功率分配系数的基本论域对应的模糊语言值分别为极小、小、中、大和极大。

17、进一步，s1中所述的模糊推理采用mamdani算法进行，之后利用if-then规则在整车需求功率preq、电池soc值soci、电池温度ti与对应的调节系数k1和功率分配系数k2之间依次建立90条模糊控制规则。

18、进一步，s1中采用mamdani模糊推理法得到k1和k2的模糊控制量，具体过程如下：

19、s11，设ti、soci、preq的模糊子集形成的集合分别为集合a、集合b、集合c，k1、k2的模糊子集形成的集合分别为集合x、集合y，

20、根据mamdani模糊推理法，有：

21、r(k1)＝μa(x)λμb(y)λμc(z)λμx(k1)

22、r(k2)＝μa(x)λμb(y)λμc(z)λμy(k2)

23、式中：r(k1)、r(k2)分别为模糊推理中输入的soci、ti、preq和输出的k1、k2之间的模糊关系，λ对应的运算为取小，μa(x)、μb(y)、μc(z)、μx(k1)、μy(k2)分别为ti、soci、preq、k1和k2的隶属度函数；

24、s12，根据r(k1)得到k1的模糊推理总输出根据r(k2)得到k2的模糊推理总输出

25、s13，将和利用重心法，对调节系数和功率分配系数的模糊控制量进行反模糊化，得到k1和k2。

26、进一步，s13中k1和k2依次按如下公式得到：

27、

28、

29、式中：x1为调节系数基本论域内的值，x2为功率分配系数基本论域内的值。

30、优选的，在所述混合动力汽车制动过程中，当出现以下两种情况中的一种时，采用机械制动方法进行制动：第一种情况为电池温度大于或等于温度阈值，第二种情况为电池soc值大于或等于soc阈值。

31、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

32、本发明一种串联式混合动力汽车的能量管理方法，先通过电池soc值、整车需求功率和电池温度得到调节系数和功率分配系数，之后利用调节系数、标准调节功率和发动机上一时刻功率可得到发动机输出功率pengine_i，pengine_i可结合发动机最小燃油消耗特性曲线确定发动机转速，进而达到在动力源控制串联式混合动力汽车的目的。功率分配系数与pengine_i相乘可得发动机向动力电池输出的功率pb，pengine_i与pb的差值即为发动机发出的用于整车驱动的功率，通过这样的方式决定了发动机需求功率的大小及分配情况，实现了在电池温度过高时拒绝对动力电池进行充电。在汽车制动时，通过设置的电池温度与电池温度阈值，以及电池soc值与电池soc阈值比较，通过逻辑门限值控制方法判断是否进行制动能量回收，进而保证了电池的使用寿命。

技术特征：

1.一种串联式混合动力汽车的能量管理方法，其特征在于，在所述混合动力汽车驱动过程中，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的串联式混合动力汽车的能量管理方法，其特征在于，s1中所述混合动力汽车的整车需求功率按如下公式计算得到：

3.根据权利要求1所述的串联式混合动力汽车的能量管理方法，其特征在于，s2所述的标准调节功率在所述混合动力汽车发动机峰值功率的70％至90％内取值。

4.根据权利要求1所述的串联式混合动力汽车的能量管理方法，其特征在于，s1先将所述混合动力汽车的整车需求功率、电池soc值和电池温度模糊化后变为模糊矢量，之后进行模糊推理，求解模糊推理对应的模糊控制规则得到调节系数和功率分配系数的模糊控制量，最后结合重心法将调节系数和功率分配系数的模糊控制量进行反模糊化，得到调节系数和功率分配系数。

5.根据权利要求4所述的串联式混合动力汽车的能量管理方法，其特征在于，所述的整车需求功率模糊化时，基本论域取[0，pmax]，对应的模糊语言值分别为极小、小、中、大和极大；

6.根据权利要求5所述的串联式混合动力汽车的能量管理方法，其特征在于，所述调节系数的基本论域对应的模糊语言值分别为负大、负中、负小、零、正小、正中和正大，功率分配系数的基本论域对应的模糊语言值分别为极小、小、中、大和极大。

7.根据权利要求6所述的串联式混合动力汽车的能量管理方法，其特征在于，s1中所述的模糊推理采用mamdani算法进行，之后利用if-then规则在整车需求功率preq、电池soc值soci、电池温度ti与对应的调节系数k1和功率分配系数k2之间依次建立90条模糊控制规则。

8.根据权利要求7所述的串联式混合动力汽车的能量管理方法，其特征在于，s1中采用mamdani模糊推理法得到k1和k2的模糊控制量，具体过程如下：

9.根据权利要求8所述的串联式混合动力汽车的能量管理方法，其特征在于，s13中k1和k2依次按如下公式得到：

10.根据权利要求1所述的串联式混合动力汽车的能量管理方法，其特征在于，在所述混合动力汽车制动过程中，当出现以下两种情况中的一种时，采用机械制动方法进行制动：第一种情况为电池温度大于或等于温度阈值，第二种情况为电池soc值大于或等于soc阈值。

技术总结
本发明一种串联式混合动力汽车的能量管理方法，在驱动过程中，通过整车需求功率、电池SOC值和电池温度得到调节系数和功率分配系数；将调节系数和标准调节功率相乘得到调节功率，将调节功率和发动机上一时刻功率相加得到发动机输出功率，根据发动机输出功率，结合发动机最小燃油消耗特性曲线确定发动机转速；将功率分配系数与发动机输出功率相乘得到发动机向动力电池输出的功率，差值为发动机发出的用于整车驱动的功率。在制动过程中，当电池温度小于温度阈值且电池SOC值小于SOC阈值时，采用制动能量回收方法进行制动。本发明能够避免电池在温度过高时继续进行充放电，提高混合动力汽车动力电池的使用寿命。

技术研发人员：王建锋,尹义壮,马建,刘臻玮,王经波,刘乘泓,刘晟,董金卫
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13