.1334. 工程科学学报.第41卷，第10期 如表1所示. 考虑到整车各部件的传动效率，车辆实际电力 车控制器 需求功率P可以表示为： (P=Parive/marive 多能源总成 P=)(a盘0+f0+f0+fo） 7lie=刀m*7oyac*7mar (1) 其中，P为实际电力需求功率，)为整车的驱动效 料 气储 率，P为总牵引功率，u是车速，m,是车辆的整车 质量，F是车辆行驶时的空气阻力，Fu是滚动摩 动力电池 图1燃料电池汽车动力系统结构 擦阻力，F是在非水平道路上行驶时的坡道阻力， Fig.1 Structure of the fuel cell vehicle driving system nm为机械传动系统效率，ICc为DC/AC逆变器效 表1整车基本参数 Table 1 Basic parameters for vehicle 整备质量/ 轴距/ 滚动半径/空气阻力迎风面积/传动系 驱动电机最 燃料电池系统 动力电池容 主减速比 kg mm mm 系数 m2 效率 大功率/kW 最大功率/kW 量/(Ah) 1400 1700 301 0.284 1.97 0.95 4.226 75 65 40 率，刀为电机效率.该驱动系统工作模式可以分 1.3 锂离子电池组模型 为纯电模式和混合驱动模式，纯电模式下，整车需求 电池荷电状态是电池重要的动态参数，可以通 功率直接由电池提供，混合驱动模式下，由燃料电池 过如下公式计算得到： 和电池共同驱动，两者的输出功率P。m和P之间 SOC=-I ()/Qhau (6) 的功率分配表示为： 其中，I为电池电流，Q为电池容量，电池输出电 P(t)=Pm(t)+P(t) (2) 压U由公式(7)计算得到： 1.2燃料电池模型 (V(SOC)-I(t)R (SOC)(>0) 燃料电池系统的输出功率Pm等于燃料电池 U.）=V(s0c)-1()-R(s0C)(a<o) 系统功率P。与附件消耗功率Pm之差，而燃料电 (7) 池系统功率等于输出电压U与输出电流1乘积： 其中，V(SOC)为电池开路电压，R.和R分别是电 (Ptem Pte-Pte. 池组放电和充电过程中的内阻.电池组的实际输出 (3) Pre =Url 特性表现为电池的实际输出功率P,可以通过电 燃料电池系统氢气消耗速率(g·s)与燃料电 池的实时电压和电流计算，如公式(8) 池实际工作电流有关[]，可以表示为： Pa(t)=Um(t)·lhm(t) mHalse 0≤Pia.i,≤Pi(Lhu>0) (8) rituts=2F+na (4) l0≤PLh≤Pchg_mas(Ia<O) 其中，mh,为氢气摩尔质量，2g~mol-,F为法拉第常 2 燃料电池汽车能量管理控制模型 数，26.801 A.h-mol-1,b,为燃料电池附件平均氢气 消耗速率，g·s1.燃料电池附件消耗功率P主 以插电式燃料电池动力系统的宏观能源利用角 要指鼓风机消耗功率，可以表示为燃料电池系统功 度来看，整车所需的能量一部分是来自停车充电时 率的函数，拟合公式如(5)所示，拟合值为 消耗的电网电能，一部分是来自燃料电池氢气消耗 能量.因此，基于增强学习的能量管理策略要优化 0.915. Pteaux aPi +bPi+cPe+156 的价值函数J是氢气消耗和电池电量可持续性之间 的均衡，该策略中的性能优化目标函数定义为： a=3.46×10-1 (5) b=-1.66×10-6 J=[mH,(t)+a(s0c(t)-s0C(0)2]d c=5.01×10-2 (9)工程科学学报,第 41 卷,第 10 期 如表 1 所示. 图 1 燃料电池汽车动力系统结构 Fig. 1 Structure of the fuel cell vehicle driving system 考虑到整车各部件的传动效率,车辆实际电力 需求功率 Pm可以表示为: Pm =Pdrive / 浊drive Pdrive =v(t) ( mv d dt v(t) +Faero(t) +Froll(t) +Fgra(t) ) 浊drive =浊tra·浊DC/ AC·浊 ì î í ï ï ï ï motor (1) 其中,Pm为实际电力需求功率,浊drive为整车的驱动效 率,Pdrive为总牵引功率,v 是车速,mv是车辆的整车 质量,Faero是车辆行驶时的空气阻力,Froll是滚动摩 擦阻力,Fgra是在非水平道路上行驶时的坡道阻力, 浊tra为机械传动系统效率,浊DC/ AC为 DC / AC 逆变器效 表 1 整车基本参数 Table 1 Basic parameters for vehicle 整备质量/ kg 轴距/ mm 滚动半径/ mm 空气阻力 系数 迎风面积/ m 2 传动系 效率 主减速比 驱动电机最 大功率/ kW 燃料电池系统 最大功率/ kW 动力电池容 量/ (A·h) 1400 1700 301 0郾 284 1郾 97 0郾 95 4郾 226 75 65 40 率,浊motor为电机效率. 该驱动系统工作模式可以分 为纯电模式和混合驱动模式,纯电模式下,整车需求 功率直接由电池提供,混合驱动模式下,由燃料电池 和电池共同驱动,两者的输出功率 Pfc_req和 Pbat之间 的功率分配表示为: Pm (t) = Pfc_req (t) + Pbat(t) (2) 1郾 2 燃料电池模型 燃料电池系统的输出功率 Pfc_req等于燃料电池 系统功率 Pfc与附件消耗功率 Pfc_aux之差,而燃料电 池系统功率等于输出电压 Ufc与输出电流 Ifc乘积: Pfc_req = Pfc - Pfc,aux Pfc = Ufc I { fc (3) 燃料电池系统氢气消耗速率( g·s - 1 )与燃料电 池实际工作电流有关[18] ,可以表示为: m · H2 = mH2 Ifc 2F + bH2 (4) 其中,mH2为氢气摩尔质量,2 g·mol - 1 ,F 为法拉第常 数,26郾 801 A·h·mol - 1 ,bH2为燃料电池附件平均氢气 消耗速率,g·s - 1 . 燃料电池附件消耗功率 Pfc_aux 主 要指鼓风机消耗功率,可以表示为燃料电池系统功 率的 函 数, 拟 合 公 式 如 ( 5 ) 所 示, 拟 合 R 2 值 为 0郾 915. Pfc_aux = aP 3 fc + bP 2 fc + cPfc + 156 a = 3郾 46 伊 10 - 11 b = - 1郾 66 伊 10 - 6 c = 5郾 01 伊 10 ì î í ï ïï ï ïï - 2 (5) 1郾 3 锂离子电池组模型 电池荷电状态是电池重要的动态参数,可以通 过如下公式计算得到: SOC 伊 = - Ibat(t) / Qbat (6) 其中,Ibat为电池电流,Qbat为电池容量,电池输出电 压 Ubat由公式(7)计算得到: Ubat(t) = V(SOC) - Ibat(t)·Rdis(SOC) (Ibat > 0) V(SOC) - Ibat(t)·Rchg(SOC) (I { bat < 0) (7) 其中,V(SOC)为电池开路电压,Rdis和 Rchg分别是电 池组放电和充电过程中的内阻. 电池组的实际输出 特性表现为电池的实际输出功率 Pbat,可以通过电 池的实时电压和电流计算,如公式(8). Pbat(t) = Ubat(t)·Ibat(t) 0臆Pbat_dis臆Pdis_max (Ibat > 0) 0臆Pbat_chg臆Pchg_max (Ibat < 0 ì î í ïï ïï ) (8) 2 燃料电池汽车能量管理控制模型 以插电式燃料电池动力系统的宏观能源利用角 度来看,整车所需的能量一部分是来自停车充电时 消耗的电网电能,一部分是来自燃料电池氢气消耗 能量. 因此,基于增强学习的能量管理策略要优化 的价值函数 J 是氢气消耗和电池电量可持续性之间 的均衡,该策略中的性能优化目标函数定义为: J = 乙 T 0 [m · H2 (t) + 琢 (SOC(t) - SOC(0)) 2 ]dt (9) ·1334·