一种氢燃料重卡整车热管理多目标优化控制方法与流程

本发明涉及新能源汽车热管理，尤其涉及一种氢燃料重卡整车热管理多目标优化控制方法。

背景技术：

1、新能源汽车热管理技术领域主要涉及燃料电池系统、动力电池、驱动电机及电控装置、乘员舱等热源与冷却回路之间的热量调节，通常由温度传感器采集堆体、冷却液及关键部件温度，并通过车载控制器结合车辆运行状态、功率需求和环境温度进行判断，向水泵、风扇、阀件、压缩机及加热器下发控制指令。其中，氢燃料重卡整车热管理多目标优化控制是指针对燃料电池重卡不同热管理对象的温度需求和能耗约束进行协调控制，控制器经车载总线读取温度、功率、转速及环境参数，依据预设温度区间、工况条件和标定规则计算各执行部件的启停状态或调节量，并按控制周期更新水泵转速、风扇转速、阀门开度、压缩机运行状态及加热器功率。

2、现有氢燃料重卡热管理控制多以燃料电池堆、动力电池和电驱系统的当前温度及预设温度区间作为控制依据，控制器依照标定规则调节水泵、风扇、流量调节阀和压缩机，不同热对象的温升速度存在差异，各热管理执行器从指令下发至产生热响应的时间也不一致，仅以当前温度触发控制时，执行动作时序难以与后续升温过程对应，多个热管理执行器的投入依赖预设工况和标定关系，投入时刻及电功率与实际热需求之间存在偏差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氢燃料重卡整车热管理多目标优化控制方法，针对燃料电池堆、动力电池和电驱系统在车辆运行过程中具有不同温升状态，以及各热管理执行器从控制指令发送至对应热对象温升状态发生变化存在有效热响应时延的情况，将热对象的温度余量、周期温升量、余量耗尽时长与热管理执行器的有效热响应时延建立时序对应关系，并结合候选动作的温升抑制量、新增电功率及单位电耗温升抑制量确定热管理执行器的控制动作，使热管理执行器的动作选取及执行时刻与对应热对象的温升过程相对应。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种氢燃料重卡整车热管理多目标优化控制方法，包括以下步骤：

3、按照预设采样周期采集燃料电池堆、动力电池和电驱系统的温度数据，以及热管理执行器状态和电功率，并读取燃料电池堆、动力电池和电驱系统各自对应的温度上限，以及各热管理执行器针对对应热对象的热响应记录；

4、对相邻采样周期的温度数据进行比较，得到周期温升量；以当前温度与温度上限之间的差值作为温度余量，并由周期温升量和温度余量确定余量耗尽时长；

5、按照热管理执行器与对应热对象之间的作用关系确定候选动作，将余量耗尽时长与热响应记录中的有效热响应时延进行比较，并依据比较结果生成预约时刻；

6、在预约时刻，利用周期温升量和有效热响应时延确定预计升温量，将预计升温量与温度余量进行比较，当预计升温量超过温度余量时，以预计升温量与温度余量之间的差值确定温升抑制需求量；

7、读取热响应记录中各候选动作对应的温升抑制量和新增电功率，由温升抑制量和新增电功率确定单位电耗温升抑制量，并从能够满足温升抑制需求量的候选动作中选取单位电耗温升抑制量最高的候选动作；

8、当单一候选动作不能满足温升抑制需求量时，按照单位电耗温升抑制量由高至低依次选取候选动作，直至选取的候选动作对应的累计温升抑制量满足温升抑制需求量；

9、向选取的候选动作对应的热管理执行器发送控制指令并记录发送时刻，在热管理执行器达到目标状态且周期温升量低于发送控制指令前的基准值时，利用动作前后的周期温升量、电功率和响应时刻更新热响应记录。

10、进一步地，余量耗尽时长的确定过程为：

11、将同一热对象在当前采样周期取得的温度数据与前一采样周期取得的温度数据进行比较，以当前采样周期温度与前一采样周期温度之间的温度变化量确定周期温升量，以温度上限与当前采样周期温度之间的温度差值确定温度余量；

12、当周期温升量表征热对象处于升温状态时，按照预设采样周期依次以周期温升量对温度余量进行扣减，直至累计扣减量达到温度余量，并依据扣减过程对应的采样周期数量及预设采样周期确定余量耗尽时长。

13、进一步地，对周期温升量进行连续性判定，按照时间顺序读取同一热对象在连续采样周期内的温度数据，并逐周期比较相邻温度数据；

14、当连续采样周期内的相邻温度数据均表征温度持续升高时，将当前采样周期对应的温度变化量确定为周期温升量，并执行余量耗尽时长的计算；

15、当连续采样周期内出现未表征温度升高的相邻温度数据时，停止当前采样周期的余量耗尽时长计算，并在后续采样周期重新进行连续性判定。

16、进一步地，候选动作的确定过程为：

17、建立燃料电池堆、动力电池和电驱系统分别与热管理执行器之间的作用关系，在获得对应热对象的余量耗尽时长后，从作用关系中调取能够改变对应热对象温升状态的热管理执行器，并按照各热管理执行器当前运行状态形成对应候选动作；

18、针对每一候选动作，从热响应记录中调取与对应热对象相匹配的有效热响应时延，作为生成预约时刻的比较依据。

19、进一步地，预约时刻的生成过程为：

20、分别比较余量耗尽时长与各候选动作对应的有效热响应时延，当余量耗尽时长大于对应的有效热响应时延时，以余量耗尽时长与有效热响应时延之间的时间差确定对应候选动作的等待时长，并以等待时长结束的时点作为预约时刻；

21、当余量耗尽时长不大于对应的有效热响应时延时，将当前采样周期对应的控制时点确定为预约时刻。

22、进一步地，预计升温量的确定过程为：

23、在预约时刻获取对应热对象当前采样周期的周期温升量，按照预设采样周期确定有效热响应时延对应的连续采样周期范围，并以周期温升量在连续采样周期范围内进行累计，得到预计升温量；

24、将预计升温量与对应热对象的温度余量进行比较，当预计升温量大于温度余量时，以预计升温量与温度余量之间的差值确定温升抑制需求量；

25、当预计升温量不大于温度余量时，停止对应候选动作的执行。

26、进一步地，针对温升抑制需求量，读取各候选动作对应的温升抑制量和新增电功率，并以每一候选动作的温升抑制量与新增电功率之间的比值关系确定单位电耗温升抑制量；

27、将温升抑制量达到温升抑制需求量的候选动作按照单位电耗温升抑制量数值降序排列，并选取排序首位的候选动作；

28、当不存在温升抑制量达到温升抑制需求量的单一候选动作时，按照单位电耗温升抑制量数值降序依次选取候选动作，并逐项累加对应温升抑制量，直至累计温升抑制量达到温升抑制需求量。

29、进一步地，在确定待执行的候选动作后，向对应热管理执行器发送控制指令并记录指令发送时刻，持续获取热管理执行器状态和对应热对象的温度数据；

30、当热管理执行器状态达到控制指令对应的目标状态时记录状态到达时刻，并比较后续采样周期的周期温升量与发送控制指令前的周期温升量；

31、当后续采样周期的周期温升量低于发送控制指令前的周期温升量时，记录对应响应时刻，并将指令发送时刻至响应时刻之间的时间确定为有效热响应时延。

32、进一步地，在确定有效热响应时延后，分别取得发送控制指令前后的周期温升量及对应热管理执行器的电功率，以发送控制指令前后的周期温升量之差确定温升抑制量，以发送控制指令后的电功率与发送控制指令前的电功率之差确定新增电功率，并将有效热响应时延、温升抑制量和新增电功率写入对应候选动作的热响应记录，供后续采样周期确定预约时刻和单位电耗温升抑制量。

33、进一步地，热响应记录的更新过程为：

34、在热管理执行器达到目标状态后，以指令发送时刻至响应时刻形成响应区间，读取响应区间内各采样周期的周期温升量和电功率；

35、当响应区间内的周期温升量相对于发送控制指令前的周期温升量保持下降关系时，将本次确定的有效热响应时延、温升抑制量和新增电功率写入热响应记录并替换对应候选动作的原有记录；

36、当响应区间内出现周期温升量未保持下降关系的采样周期时，保留原有的热响应记录，并在对应候选动作再次执行后重新进行记录更新判定。

37、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

38、本发明中，通过将周期温升量与温度余量用于确定余量耗尽时长，并将余量耗尽时长与有效热响应时延进行比较生成预约时刻，使控制指令发送时点与热对象剩余升温时间建立对应关系，在预约时刻以预计升温量与温度余量的差值形成温升抑制需求量，再由各候选动作的温升抑制量和新增电功率确定单位电耗温升抑制量，完成单一候选动作或组合候选动作的选取，减少与当前温升抑制需求量不对应的热管理执行器投入，执行后利用周期温升量、电功率和响应时刻更新热响应记录，为后续采样周期的预约时刻和候选动作选取提供热响应依据。