【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光-氫-電車用混合動力系統及能量管理領域，尤其涉及一種光-氫-電車用動力系統及控制方法。
技術介紹
1、隨著全球對可再生能源和清潔能源的需求不斷增長，混合動力汽車(hybridelectric?vehicles,hevs)作為一種能源效率高、尾氣排放低的交通工具，受到了廣泛關注。光伏電池和燃料電池作為兩種重要的可再生能源技術，在混合動力汽車中的應用日益增多。光伏電池通過將太陽能直接轉換為電能，為汽車提供清潔的動力源。光伏電池的應用可以減少對傳統燃料的依賴，降低碳排放，從而減緩氣候變化的影響。然而，光伏電池的輸出受到天氣條件、日照強度和面板朝向等因素的影響，其能量輸出具有不穩定性，因此需要有效的能量管理策略來最大程度地利用其能量。與此同時，燃料電池作為一種高效、清潔的能源技術，也在混合動力汽車中發揮著重要作用。燃料電池利用氫氣和氧氣的化學反應產生電能，無排放、無污染，具有極高的能量密度和環境友好性。然而，燃料電池的穩定性、氫氣儲存和分配等方面仍然存在挑戰，需要綜合考慮車輛系統的設計和能量管理策略。動力電池作為混合動力汽車的核心組件，負責存儲和釋放電能，對于實現車輛的高效能量管理至關重要。動力電池的能量管理策略涉及到充電、放電、節能模式切換等方面，需要綜合考慮車輛的動力需求、電池的健康狀態和電能的來源等因素，以實現最佳的能量利用效率和車輛性能。
2、為此，本專利技術提出一種光-氫-電車用動力系統及控制方法。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了解決現有技術
2、為了實現上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：
3、一種光-氫-電車用動力系統，包括燃料電池、動力電池、光伏電池、驅動電機、dc/dc變換器以及dc/ac變換器，其中dc/dc變換器為非隔離型、多相交錯可變式升壓dc/dc變換器，光伏電池的光伏板布置于車頂區域，燃料電池和動力電池安置于車頂尾部位置。
4、優選地：所述燃料電池的額定輸出功率應占車輛電機額定功率的62％至68％，而動力電池的額定輸出功率應占車輛電機額定功率的32％至38％，夜間工作時，燃料電池和動力電池的總額定輸出功率為100％。
5、優選地：所述光-氫-電車用動力系統的車輛縱向動力學模型為f是滾動阻力系數，m是整備質量，g是重力加速度，a是坡度，在能量管理中一般設置為0，ρ是空氣密度，a表示車輛的迎風面積，c是空氣阻力系數，v是車速，δ是質量系數，設為1，a是車輛加速度。
6、優選地：所述燃料電池的模型為e表示燃料電池開路電壓，vfc和ifc表示輸出電壓和輸出電流，rohm表示內阻，i0表示交換電流，a、c2、c3、imax均是經驗常數。
7、優選地：所述動力電池等效電路模型為τ是時間常數，τ＝cpol.rpol。電池荷電狀態(state?of?charge,soc)是表征電池狀態的重要參數，其瞬時變化值表示為電流和電池容量qcap的比值。
8、優選地：所述驅動電機的模型為ηm＝f(wm,tm)、當電機的轉速wm和轉矩tm確定后即可得到驅動電機的效率ηm，nm為電機轉速。
9、優選地：所述光伏電池的模型為isc為短路電流，voc為開路電壓，im為最大功率點電流，vm為最大功率點電壓。
10、優選地：所述dc/dc變換器，其邏輯為定義車輛需求電流變化率α、車輛參考電流變化率αref，并根據α的數值對燃料電池多相交錯可變式升壓dc/dc變換器進行工作模式的轉換，轉化公式為pmax、pmin是負載功率的最大值與最小值；varg是在常規工況下運行平均電壓；f(state)是運行工況影響系數，實現在不同的工況下對參考電流變化率αref進行修正；
11、所述dc/dc變換器的轉換條件如下：
12、①：當α<0時，斷開開關s7與s8，等效于交錯式并聯dc/dc變換器；
13、②：當0<α<αref時，斷開開關s8，等效于三項交錯式升壓dc/dc變換器；
14、③：當α>αref時，斷開開關s8，等效于四項交錯式升壓dc/dc變換器；并且考慮到系統實際功率的影響，引入功率因數kpf(0.9～1.0)，以確定燃料電池最終的參數，引入功率系數后燃料電池電池最終參數的計算公式如下：ppf,fuel＝kpf·pfuel，ptotal＝ppf,fuel+pbat+ppv。
15、一種光-氫-電車用動力系統的控制方法：包括以下步驟：
16、s1：由車輛的傳感器系統對車輛的物理信號進行測量，物理信號包括車輛狀態信息、動力電池信息、燃料電池信息、光伏系統信息，車輛狀態信息包括：車速v、加速度a、車輛位置，動力電池信息包括：動力電池剩余電量soc、動力電池充放電效率ba、動力電池電壓與電流、內阻，燃料電池信息包括：燃料電池輸出功率pfc、效率ηfc、及氫氣消耗率△h2，光伏系統信息包括：光照強度pv、天氣溫度t、光伏電池輸出功率ppv；
17、s2：光伏系統采用最大功率點追蹤算法mppt對光伏電池進行控制，以確保光伏電池輸出功率最大化；
18、s3：在車輛中的can信號中提取車速v、加速度a、氫氣消耗率△h2、電機需求功率p作為狀態變量反饋至深度確定性策略梯度算法網絡之中作為觀測值；通過gps模塊實時獲取車輛地理位置并上傳至云端服務器，通過云端服務器的處理后反饋給車輛周圍道路信號包括道路長度、道路坡度、道路曲率、道路交通信息、車輛所在區域實時光照強度、溫度及未來變化情況；
19、s4：將車輛相關數據上傳至云端服務器，反饋數據的延時時間大于閾值t后，用一個內置的rbf神經網絡對ddpg所需的輸入數據進行預測；
20、s5：收集數組車輛運行時的數據，包括道路長度、道路坡度、道路曲率、道路交通信息、車輛所在區域光照強度和溫度未來變化，選取其中70％的數據進行訓練，15％的數據進行驗證，15％的數據進行測試，然后設置rbf神經網絡相關參數并訓練網絡，最后將訓練好的網絡內置于ddpg網絡之中；
21、s6：對車輛采集的信息與云端反饋的信息進行預處理，由于actor網絡、critic網絡以及在數據反饋延遲時使用的內置rbf神經網絡具有相同的輸入；
22、s7：選取路況kf、加速度a、氫氣消耗率△h2、電機需求功率pm、母線功率變化△p、光照強度pvt、下一時刻pvt+δt、溫度t參數，定義光照強度變化率β,并選取部分參數組成狀態空間s，s＝[kf，α，δh2，pm，δp，β，t]；
23、選取燃料電池和動力電池的預分配輸出功率作為動作變量，并組成動作空間a：
24、a＝[pfc、pba]
25、確定四個優化目標，分別為氫氣消耗最低、動力電池壽命最大、動力電池soc保持、以及母線輸出功率穩定，根據四個優化目標進行構建獎勵函數r：
26、r＝w1.本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，包括燃料電池、動力電池、光伏電池、驅動電機、DC/DC變換器以及DC/AC變換器，其中DC/DC變換器為非隔離型、多相交錯可變式升壓DC/DC變換器，光伏電池的光伏板布置于車頂區域，燃料電池和動力電池安置于車頂尾部位置。
2.根據權利要求1所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，所述燃料電池的額定輸出功率應占車輛電機額定功率的62％至68％，而動力電池的額定輸出功率應占車輛電機額定功率的32％至38％，夜間工作時，燃料電池和動力電池的總額定輸出功率為100％。
3.根據權利要求1所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，所述光-氫-電車用動力系統的車輛縱向動力學模型為f是滾動阻力系數，M是整備質量，g是重力加速度，a是坡度，在能量管理中一般設置為0，ρ是空氣密度，A表示車輛的迎風面積，C是空氣阻力系數，v是車速，δ是質量系數，設為1，a是車輛加速度。
4.根據權利要求1所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，所述燃料電池的模型為E表示燃料電池開路電壓，Vfc和ifc表示輸出電壓和輸出電
5.根據權利要求1所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，所述動力電池等效電路模型為τ是時間常數，τ＝Cpol.Rpol，電池荷電狀態(State?of?Charge,SOC)是表征電池狀態的重要參數，其瞬時變化值表示為電流和電池容量Qcap的比值。
6.根據權利要求1所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，所述驅動電機的模型為ηm＝f(wm,Tm)、當電機的轉速wm和轉矩Tm確定后即可得到驅動電機的效率ηm，nm為電機轉速。
7.根據權利要求1所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，所述光伏電池的模型為Isc為短路電流，Voc為開路電壓，Im為最大功率點電流，Vm為最大功率點電壓。
8.根據權利要求1所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，所述DC/DC變換器，其邏輯為定義車輛需求電流變化率α、車輛參考電流變化率αref，并根據α的數值對燃料電池多相交錯可變式升壓DC/DC變換器進行工作模式的轉換，轉化公式為Pmax、Pmin是負載功率的最大值與最小值；Varg是在常規工況下運行平均電壓；f(state)是運行工況影響系數，實現在不同的工況下對參考電流變化率αref進行修正；
9.一種光-氫-電車用動力系統的控制方法，采用權利要求1-8任一項所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，包括以下步驟：
10.根據權利要求9所述的一種光-氫-電車用動力系統的控制方法，其特征在于，所述S9步驟中，DDPG算法包括A2C以及經驗池，其中A是策略函數，負責生成連續的動作并與環境進行交互，C是價值函數，提供梯度信息，評價動作的表現，并反饋更新，其策略函數表示為at＝μ(St,|θQ),價值函數表示為Q(St,at|θQ)；
...【技術特征摘要】
1.一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，包括燃料電池、動力電池、光伏電池、驅動電機、dc/dc變換器以及dc/ac變換器，其中dc/dc變換器為非隔離型、多相交錯可變式升壓dc/dc變換器，光伏電池的光伏板布置于車頂區域，燃料電池和動力電池安置于車頂尾部位置。
2.根據權利要求1所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，所述燃料電池的額定輸出功率應占車輛電機額定功率的62％至68％，而動力電池的額定輸出功率應占車輛電機額定功率的32％至38％，夜間工作時，燃料電池和動力電池的總額定輸出功率為100％。
3.根據權利要求1所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，所述光-氫-電車用動力系統的車輛縱向動力學模型為f是滾動阻力系數，m是整備質量，g是重力加速度，a是坡度，在能量管理中一般設置為0，ρ是空氣密度，a表示車輛的迎風面積，c是空氣阻力系數，v是車速，δ是質量系數，設為1，a是車輛加速度。
4.根據權利要求1所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，所述燃料電池的模型為e表示燃料電池開路電壓，vfc和ifc表示輸出電壓和輸出電流，rohm表示內阻，i0表示交換電流，a、c2、c3、imax均是經驗常數。
5.根據權利要求1所述的一種光-氫-電車用動力系統，其特征在于，所述動力電池等效電路模型為τ是時間常數，τ＝cpol.rpol，電池荷電狀態(state?of?charge,soc)是表征電池狀態的重要參數，其瞬時變化...
【專利技術屬性】
技術研發人員：解玄，潘子豪，覃碧，尹必峰，周東升，黃麗妍，李振，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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