车辆能量管理控制方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及车辆管理技术领域，特别是涉及一种车辆能量管理控制方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.氢能是一种高能量、无污染、零排放的清洁能源，在能源、运输等产业中有着独特优势，燃料电池汽车燃料补给时间短、续航里程高，这一特性使得它在商用车运输领域，越来越成为一种优秀的解决方案，可实现完全对燃油车的替代。
3.燃料电池汽车广泛应用的难点在于燃料电池自身和氢气成本高，提高燃料电池寿命和效率是燃料电池汽车发展的关键因素，在短期内燃料电池技术难以有重大突破的条件下，能量管理技术是现在最有效、最实用的技术手段。
4.能量管理技术可以有效降低行驶工况对燃料电池变载需求，提升燃料电池使用寿命；同时，在满足单次行驶工况的要求下，降低燃料电池工作点瞬时功率，提升总体效率，降低氢气消耗。以此从整个生命周期上降低燃料电池汽车的使用成本。
5.目前，针对燃料电池的能量管理在车辆上的应用，主要有基于规则控制、模糊逻辑控制和实时优化控制。
6.中国专利(cn111791758a、cn 112092683a、cn 110843556 b、cn110015192b)等专利都是基于规则进行能量管理。结合车辆实时的驱动需求、电池温度、soc、燃料电池的功率限值，制定特定的规则来控制燃料电池的启停和功率点，减低燃料电池变载要求，来提升燃料电池使用寿命。
7.中国专利(cn112249001a)中公开了一种基于模糊逻辑的燃料电池汽车能量管理方法，基于初始化数集建立模糊逻辑模型，结合车辆实时的功率需求、电池soc、燃料电池电流、效率等参数，得出该情况下对应的燃料电池功率。
8.中国专利(cn104002804b)中公开了一种用于燃料电池混合动力的能量控制方法，基于电池、燃料电池、dcdc特性，使用pmp最优理论，预先计算不同状态下dcdc最优功率输出，在行驶时获取车辆功率需求，匹配dcdc功率输出，达到瞬时优化的目的。
9.对于上述专利文献中所公开的控制系统及方法，都是针对瞬时的驱动需求和车辆及其零部件自身特性，得出的优化结果，没有将驾驶员需求、道路交通情况和车辆作为一个整体来考虑，结合驾驶员实际运输路线、效率需求、智能网联技术获取的道路交通状况因素，得出在满足车辆运输需求的情况下，实现车辆寿命、能耗最优的能量管理方案。


技术实现要素：

10.基于此，本发明的目的在于，提供一种提升燃料电池效率及寿命，考虑驾驶员运输需求，通过智能网联获取道路交通状态信息，综合考虑车辆及电池特性，对燃料电池的能量和寿命优化管理的车辆能量管理控制方法、系统、设备及介质。
11.第一发明，本发明提供一种车辆能量管理控制方法，包括：
12.获取驾驶员输入的行驶需求信息；
13.根据行驶需求信息，选择可行路径；
14.获取可行路径上的交通状态信息；
15.根据交通状态信息，预测得到车辆在可行路径上的预测运行车速谱，生成预测模型，并将预测运行车速谱上传至云端；
16.根据预存的能量优化模型，获得可行路径中的燃料电池最优输出功率，选择燃料电池最优输出功率对应的可行路径为最优路径；
17.控制车辆按照燃料电池最优输出功率运行，并将实际运行车速谱和实际能量消耗数据上传至云端；
18.获取云端对比预测运行车速谱与实际运行车速谱后得到的修正的预测模型，并更新预测模型；
19.获取云端对比实际能量消耗数据与燃料电池最优输出功率对应的能量消耗数据后得到的修正的能量优化模型，并更新能量优化模型。
20.上述技术方案在一种实施方式中，所述行驶需求信息包括运输目的地，以及期望到达时间和/或期望通过路径。
21.上述技术方案在一种实施方式中，所述交通状态信息包括路段车流车速、通行时间、路口距离、红绿灯时间的一种或多种。
22.上述技术方案在一种实施方式中，所述车辆能量管理控制方法，还包括：抽取预测运行车速谱的车速谱特征，并进行归类；
23.将车速谱特征与预存车速谱特征库中的预存车速特征谱对比，划分车速谱类型，并上传云端；
24.获取云端分析对比车速谱特征与预存车速谱特征结果，得到新的车速谱特征并跟新至预存车速谱特征库中。
25.上述技术方案在一种实施方式中，所述抽取预测运行车速谱的车速谱特征，包括：使用聚类分析抽取预测运行车速谱的车速谱特征；
26.所述获取云端分析对比车速谱特征与预存车速谱特征结果，包括：获取云端通过遗传算法和/或pmp算法分析对比车速谱特征与预存车速谱特征结果。
27.上述技术方案在一种实施方式中，所述实际能量消耗数据包括燃料电池功率和/或电机功率对应的消耗数据。
28.上述技术方案在一种实施方式中，通过ota与云端保持通信连接。
29.第二方面，本发明提供一种车辆能量管理控制系统，包括：
30.人机交互模块(hmi)，配置用于获取驾驶员输入的行驶需求信息；
31.智能联网模块，配置用于根据行驶需求信息，选择可行路径；
32.以及获取可行路径上的交通状态信息；
33.以及根据交通状态信息，预测得到车辆在可行路径上的预测运行车速谱，生成预测模型，并将预测运行车速谱上传至云端；
34.车载实时控制模块，配置用于根据预存的能量优化模型，获得可行路径中的燃料电池最优输出功率，选择燃料电池最优输出功率对应的可行路径为最优路径；
35.以及控制车辆按照燃料电池最优输出功率运行，并将实际运行车速谱和实际能量
消耗数据上传至云端；
36.以及获取云端对比预测运行车速谱与实际运行车速谱后得到的修正的预测模型，并更新预测模型；
37.以及获取云端对比实际能量消耗数据与燃料电池最优输出功率对应的能量消耗数据后得到的修正的能量优化模型，并更新能量优化模型。
38.第三方面，本发明提供一种车辆能量管理控制设备，所述设备包括存储装置和处理器，所述存储装置用于存储一个或多个程序；
39.当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现如上述任一项所述的车辆能量管理控制方法。
40.第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其存储有至少一个程序，其特征在于，当所述程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的车辆能量管理控制方法。
41.相对于现有技术，本发明在能量管理中，从全局上考虑了车辆运输需求和道路交通情况，能量管理策略对实际运行情况具有更强的针对性；将能量优化中需要大量计算的优化过程放在云端上执行，降低了对车载实时控制模块的硬件要求，同时，通过ota功能，可以不断把数据库更新到车载实时控制模块中，可持续修正能量管理策略和算法。
42.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
43.图1是本发明的车辆能量管理控制方法的示例性流程框图。
44.图2是本发明的车辆能量管理控制方法的示例原理图。
具体实施方式
45.在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
46.以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的方法的例子。
47.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
48.请参阅图1和图2。图1是本发明的车辆能量管理控制方法的示例性流程框图。图2是本发明的车辆能量管理控制方法的示例原理图。
49.第一发明，本发明提供一种车辆能量管理控制方法，包括：
50.步骤101，获取驾驶员输入的行驶需求信息。
51.具体地，所述行驶需求信息包括运输目的地，以及期望到达时间和/或期望通过路径。
52.具体实施时，可以采用人机交互模块hmi实现获取驾驶员输入的行驶需求信息。
53.步骤102，根据行驶需求信息，选择可行路径。
54.该可行路径可以利用现有技术的导航系统进行自动生成实现。
55.步骤103，获取可行路径上的交通状态信息。
56.具体地，所述交通状态信息包括路段车流车速、通行时间、路口距离、红绿灯时间的一种或多种。
57.具体实施时，可以利用v2x设备实现度交通状态信息的实时获取。
58.步骤104，根据交通状态信息，预测得到车辆在可行路径上的预测运行车速谱，生成预测模型，并将预测运行车速谱上传至云端。
59.步骤105，根据预存的能量优化模型，获得可行路径中的燃料电池最优输出功率，选择燃料电池最优输出功率对应的可行路径为最优路径。
60.步骤106，控制车辆按照燃料电池最优输出功率运行，并将实际运行车速谱和实际能量消耗数据上传至云端。
61.车辆运行时，燃料电池按照燃料电池最优输出功率输出，电机响应驾驶员操作，电池自动匹配剩余部分功率。
62.具体地，所述实际能量消耗数据包括燃料电池功率和/或电机功率对应的消耗数据。
63.另外，还可以将电池soc反馈的充放电功率等上传至云端。
64.另外，实际运行车速谱和实际能量消耗数据除了上传至云端以外，还传输至车辆的车载实时控制模块进行存储及数据处理。
65.步骤107，获取云端对比预测运行车速谱与实际运行车速谱后得到的修正的预测模型，并更新预测模型。
66.优选地，可以定期通过ota将云端的预测模型更新至车载实时控制模块。
67.步骤108，获取云端对比实际能量消耗数据与燃料电池最优输出功率对应的能量消耗数据后得到的修正的能量优化模型，并更新能量优化模型。
68.初始的所述能量优化模型预存了不同特征工况及相应的燃料电池最优功率输出表。
69.优选地，可以定期通过ota将云端的能量优化模型更新至车载实时控制模块。
70.另外，还可以离线计算并优化能量优化模型中的燃料电池最优功率输出表。
71.优选地，所述车辆能量管理控制方法，还包括：步骤1041，抽取预测运行车速谱的车速谱特征，并进行归类。该步骤可与步骤104同时进行。
72.步骤1042，将车速谱特征与预存车速谱特征库中的预存车速特征谱对比，划分车速谱类型，并上传云端；该步骤可与步骤1041同时进行。
73.步骤1043，获取云端分析对比车速谱特征与预存车速谱特征结果，得到新的车速谱特征并跟新至预存车速谱特征库中。该步骤可于步骤1042后实施。
74.进一步，所述抽取预测运行车速谱的车速谱特征，包括：使用聚类分析抽取预测运行车速谱的车速谱特征。
75.所述获取云端分析对比车速谱特征与预存车速谱特征结果，包括：获取云端通过遗传算法和/或pmp算法分析对比车速谱特征与预存车速谱特征结果。
76.利用遗传算法和/或pmp算法分析，以保证燃料电池目标寿命为约束，搜索特征工况下最小燃料消耗的功率输出。
77.优选地，通过ota与云端保持通信连接，定期通过ota(空中下载技术)更新数据至车载实时控制模块。
78.需要说明的是，上述编号仅为方便说明和理解的一种示例情况，本技术不对各步骤的时序进行限定。
79.第二方面，本发明提供一种车辆能量管理控制系统，包括：
80.人机交互模块，配置用于获取驾驶员输入的行驶需求信息；
81.智能联网模块，配置用于根据行驶需求信息，选择可行路径；
82.以及获取可行路径上的交通状态信息；
83.以及根据交通状态信息，预测得到车辆在可行路径上的预测运行车速谱，生成预测模型，并将预测运行车速谱上传至云端；
84.车载实时控制模块，配置用于根据预存的能量优化模型，获得可行路径中的燃料电池最优输出功率，选择燃料电池最优输出功率对应的可行路径为最优路径；
85.以及控制车辆按照燃料电池最优输出功率运行，并将实际运行车速谱和实际能量消耗数据上传至云端；
86.以及获取云端对比预测运行车速谱与实际运行车速谱后得到的修正的预测模型，并更新预测模型；
87.以及获取云端对比实际能量消耗数据与燃料电池最优输出功率对应的能量消耗数据后得到的修正的能量优化模型，并更新能量优化模型。
88.人机交互模块支持驾驶员输入运输目的地，以及期望到达时间和/或期望通过路径等行驶需求信息；智能联网模块包含导航、定位、v2x设备，具备采集实时交通信息和记录本车行驶数据的功能；车载实时控制模块(vcu)，用于路径特征分析与识别、燃料电池工作点实时控制。还可以设置车辆执行模块，其与车载实时控制模块连接，包含整车和动力系统部件。
89.第三方面，本发明提供一种车辆能量管理控制设备，所述设备包括存储装置和处理器，所述存储装置用于存储一个或多个程序；
90.当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现如所述的车辆能量管理控制方法。
91.所述设备还可以优选地包括通信接口，所述通信接口用于与外部设备进行通信和数据交互传输。
92.需要说明的是，所述存储器可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(nonvolatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
93.在具体实现上，如果存储器、处理器及通信接口集成在一块芯片上，则存储器、处理器及通信接口可以通过内部接口完成相互间的通信。如果存储器、处理器和通信接口独立实现，则存储器、处理器和通信接口可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。
94.第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其存储有至少一个程序，其特征在于，当所述程序被处理器执行时，实现如所述的车辆能量管理控制方法。
95.应当理解，所述计算机可读存储介质为可存储数据或程序的任何数据存储设备，
所述数据或程序其后可由计算机系统读取。计算机可读存储介质的示例包括只读存储器、随机存取存储器、cd
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rom、hdd、dvd、磁带和光学数据存储设备等。计算机可读存储介质还可分布在网络耦接的计算机系统中使得计算机可读代码以分布式方式来存储和执行。计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、射频(radio frequency，rf)等，或者上述的任意合适的组合。
96.在一些实施方案中，计算机可读存储介质可以是非暂态的。
97.相对于现有技术，本发明在能量管理中，从全局上考虑了车辆运输需求和道路交通情况，能量管理策略对实际运行情况具有更强的针对性；将能量优化中需要大量计算的优化过程放在云端上执行，降低了对车载实时控制模块的硬件要求，同时，通过ota功能，可以不断把数据库更新到车载实时控制模块中，可持续修正能量管理策略和算法。
98.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。