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吉林大学曾小华获国家专利权

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龙图腾网获悉吉林大学申请的专利一种考虑多目标优化的燃料电池汽车能量管理控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116278993B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-30发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202310433670.1,技术领域涉及:B60L58/40;该发明授权一种考虑多目标优化的燃料电池汽车能量管理控制方法是由曾小华;李凯旋;宋大凤;岳一霖;黄钰峰;王云叶;武庆涛;钱琦峰;张轩铭;段朝胜设计研发完成,并于2023-04-21向国家知识产权局提交的专利申请。

一种考虑多目标优化的燃料电池汽车能量管理控制方法在说明书摘要公布了:本发明旨在解决以往燃料电池汽车能量管理方法仅考虑减少氢耗的单一问题,虽然能提升经济性,但却无法保证燃料电池和动力电池工作在合适的状态下,无法降低整车综合成本,本发明提出了一种考虑多目标优化的燃料电池汽车能量管理控制方法。本发明对整车动力关键部件和车用燃料电池系统机理进行建模,并建立燃料电池、动力电池寿命衰退估计与等效氢耗模型,采用庞特里亚金极小值原理对燃料电池汽车能量管理的多目标问题进行优化。本发明能够满足始末SOC平衡的约束条件以及驾驶员的动力需求,并保证氢耗近似达到全局最优的效果,在保证整车经济性的同时降低燃料电池和动力电池的寿命衰退。

本发明授权一种考虑多目标优化的燃料电池汽车能量管理控制方法在权利要求书中公布了:1.一种考虑多目标优化的燃料电池汽车能量管理控制方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤一,建立状态方程和约束条件 庞特里亚金最小值原理建立在古典变分法的基础上,需要对实际系统进行数学描述,本方法选取动力电池电量SOC作为状态变量,初始值设置为0.7,实际动力电池电量SOC初值可调参标定,由于动力电池在电量过高和过低的情况下均不利于开启工作,本方法限制任意时刻动力电池电量SOCt均位于动力电池允许工作的最高电量SOCmax和最低电量SOCmin区间内,为保证动力电池始末电量持平,本方法设定始末动力电池电量SOC绝对差值小于0.005为平衡的约束条件,SOCt0、SOCtf分别表示动力电池初始电量状态和终止电量状态,具体如式1所示: 选择燃料电池功率Pfc作为系统的控制变量,为提升燃料电池寿命,本方法限制任意时刻下的燃料电池功率Pfct均位于最大功率Pfc_max和最小功率Pfc_min区间;单位时间内燃料电池功率变化量ΔPfct位于最大变化量ΔPfc_max和最小变化量ΔPfc_min范围内,如式2所示: 所述方法建立的系统状态方程形式如式3: 步骤二,引入协态变量、构建目标函数与哈密顿函数 传统古典变分法只适合解决无约束条件的极值问题,对于实际系统最优极值问题,本方法引入协态变量λt来构建哈密顿函数Hxt,ut,λt,t,进一步利用哈密顿函数求解系统的最优控制序列u*t,本方法最优控制序列u*t满足以下四项条件: 1u*t能使哈密顿函数在整个算法期间取得最小值; Hx*t,u*t,λ*t,t≤Hxt,ut,λt,t4 2u*t满足协态方程,哈密顿函数对状态变量xti求偏微分即为协态方程; 3u*t满足状态方程,哈密顿函数对协态变量λti求偏微分即为状态方程; 4u*t满足初始和终止边界条件; 式7为哈密顿函数的具体表现形式,式中第一项Lxt,ut,t表示系统的过度目标函数,表征从开始时刻t0到终止时刻tf系统变化过程中的代价消耗,过度目标函数的具体如式8所示: Hxt,ut,λt,t=Lxt,ut,t+λt·fxt,ut,t7 式中mfc、mfc_equ、mbat_equ分别表示实际运行工况下的整车氢气消耗、由燃料电池衰退折算的等效氢耗和动力电池衰退折算的等效氢耗,实际运行工况下的整车氢气消耗根据汽车动力学方程和氢气热值计算求出,燃料电池寿命衰退折算的等效氢耗和动力电池寿命衰退折算的等效氢耗分别根据式9和式10计算: 式中Δψfc表示燃料电池寿命衰退百分比;Δψbat表示动力电池寿命衰退百分比,本方法设置燃料电池衰退程度达到10%时寿命终止;动力电池衰退程度达到20%时寿命终止,Mfc为燃料电池电堆价格,Mbat为动力电池价格,为单位体积氢气的价格,本方法的目标函数如式11,目标函数第一项为末态成本函数φSOCtf,tf,第二项为前文所述的系统过度目标函数Lxt,ut,t,末态成本函数根据式12计算: minJ=min{φSOCtf,tf+Lxt,ut,t}11 式12中表示根据始末动力电池电量SOC差值计算的电量消耗,转化为燃烧氢气发出相同电量时所需要的氢气量; 步骤三,协态变量初始化,循环迭代求解最优控制序列ut 初始赋值协态变量,将控制变量在燃料电池允许的功率范围内离散并计算哈密顿函数,求解出当前瞬时状态下的控制变量ut,即此时的燃料电池功率Pfct,若动力电池电量SOC满足状态变量的约束条件,则将所求的控制变量ut作为该瞬时状态下的最优控制值ut,若不满足约束条件,则重新赋值协态变量并计算哈密顿函数,循环重复上述操作,获取所有状态下的最优控制值,将所有最优控制值连成曲线得到最优控制序列ut轨迹。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术,可联系本专利的申请人或专利权人吉林大学,其通讯地址为:130012 吉林省长春市前进大街2699号;或者联系龙图腾网官方客服,联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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