混合动力装载机的能量管理控制方法、装置和存储介质与流程

本发明涉及混合动力工程机械，具体涉及一种混合动力装载机的能量管理控制方法、装置和存储介质。

背景技术：

1、传统燃油装载机广泛应用于各类工程作业中，但由于其高燃油消耗量，导致运行成本高且对环境造成较大影响。为应对这一问题，市场上逐渐出现了混合动力装载机，其中增程式混合动力系统得到了广泛应用。然而，现有的混合动力系统通常采用固定的电池soc(state of charge)控制策略，即将电池soc控制在40％-60％之间，当soc低于40％时，发动机启动发电，当soc高于60％时，停止发电。这种策略容易导致电池的频繁充放电，进而缩短电池的使用寿命。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种混合动力装载机的能量管理控制方法、装置和存储介质，以优化发动机和储能单元之间的能量分配，提高燃油利用效率，并延长储能单元的使用寿命。

2、根据本技术的第一方面提出了一种混合动力装载机的能量管理控制方法，该方法包括以下步骤：

3、s1、获取当前工况点装载机的功率需求，功率需求包括用电功率需求和用工功率需求；

4、s2、根据装载机的液压系统流量需求，设置发电机的工作转速，基于储能单元的soc约束等级和功率需求，计算发动机对应的初始扭矩；

5、s3、判断优化初始扭矩的条件，响应于满足条件，对初始扭矩进行增扭优化或减扭优化操作，计算增扭优化后的综合油电比或减扭优化后的节油量；

6、s4、重新定位至s3步骤，继续迭代，全局优化，得到当前工况点的最佳综合油电比或最佳节油量对应的最佳优化扭矩，基于最佳优化扭矩和初始扭矩，获得发动机的最终目标扭矩。

7、上述技术方案中，本技术优化算法的目在于选择最高效的扭矩区域发电，在发动机理论需求扭矩的基础之上，施行扭矩的增加或者减少的优化操作。增加扭矩意味着为电池进行充电；减少扭矩则意味着电池将会放电。借由对该扭矩值的优化，能够达成对储能单元充放电节奏的有效掌控。通过动态调整发动机的扭矩输出，提高整机的整体效率，实现燃油消耗的最小化。

8、进一步，用电功率需求preq_ele表示为：

9、preq_ele＝pdrv_ele+pac_ele+ptms_ele+pdcdc_ele+pdcac_ele

10、其中，preq_ele表示装载机的各用电部件总电功率需求；pdrv_ele表示行走系统电功率需求；pac_ele表示空调电功率需求；ptms_ele表示电池热管理系统功率需求；pdcdc_ele表示dcdc模块电功率需求；pdcac_ele表示气泵或其他小油泵的电功率需求。

11、进一步，s2步骤的初始扭矩te包括用工功率需求的第一扭矩te_hyd和用电功率需求的第二扭矩te_drv，则te＝te_drv+te_hyd，其中，ne表示为发动机转速，发动机、发电机和油泵具有相同转速，第一扭矩te_hyd根据液压系统的工作压力利用测试试验估算得到。

12、更进一步，根据发电机的发电效率对第二扭矩te_drv进行修正：

13、

14、式中，preq_ele表示装载机的各用电部件总电功率需求，ηg表示发电机的发电效率，根据发动机转速和预期发电扭矩查取。

15、进一步，判断优化初始扭矩的条件包括：

16、响应于储能单元的soc小于充电阈值、充电电流小于bms限制允许的充电电流阈值，发动机扭矩小于发动机外特性曲线规定的最大扭矩值和发电机的发电功率小于储能单元的最大充电功率，执行基于计算综合油电比和最低燃油消耗率的增扭优化操作；

17、和

18、响应于储能单元的soc大于放电阈值、放电电流小于bms限制允许的放电电流阈值，发动机扭矩大于发动机外特性曲线规定的最小扭矩值和发电机的放电功率小于储能单元的最大放电功率，执行基于计算节油量和等效燃油消耗速度最小收益的减扭优化操作。

19、更进一步，增扭优化包括以下子步骤：

20、s401、设定增扭的扭矩步长tstep，发动机增扭优化的目标扭矩teo_k＝te+ktstep，其中，te为初始扭矩，k为增扭寻优的次数，初始值为0，每完成一次寻优计算，k值增加1；

21、s402、基于发动机效率map数据和发动机的目标扭矩teo_k，获得优化后的发动机在当前工况点的工作效率geo_k，计算发电机的新增机械功率pgm_o＝ktstepne/9550；

22、s403、发动机和发电机直接耦合且具有相同的转速，发电机优化的目标扭矩tgmo_k＝tgm+ktstep，基于发电效率map数据和发电机的目标扭矩tgmo_k，获得优化后的发电机在当前工况点的发电效率ηg，计算优化后发电机的发电功率pge_o＝pgm_oηg和储能单元的充电效率其中，tgm表示优化前的发电扭矩，r和i分别表示储能单元的内阻和充电电流；

23、s404、利用发动机工作效率geo_k、发电机发电效率ηg和储能单元充电效率ηc，计算优化后的综合油电比

24、s405、循环遍历s401-s404步骤，获得不同优化扭矩ktstep对应的综合油电比，筛选出小于等于最低燃油消耗率的最小综合油电比作为最佳优化结果，并将最佳优化结果对应的目标扭矩teo_k作为最终目标扭矩。

25、上述技术方案中，本技术引入油电比的概念，计算储能单元得到每度电的度电耗油量，并对油电比gpt与最低油电比gmin进行比较进行全工况优化，并选择油电比最佳的工况发电，实现通过增扭优化发动机的扭矩输出，能够显著提高混合动力系统的效率，实现更低的燃油消耗，从而提高系统的整体性能。

26、更进一步，减扭优化包括以下子步骤：

27、s401’、设定减扭的扭矩步长t2step，发动机优化的目标扭矩teo_k＝te-xt2step，其中，te为初始扭矩，x为减扭寻优计算的次数，初始值为0，每完成一次寻优计算，x值增加1；

28、s402’、计算发电机减少的机械功率p2gm_o＝xt2stepne/9550和对应的发电功率，发电功率由储能单元供给补足，即储能单元的输出电功率pcd_x＝xt2stepneηg/9550，其中，ne表述发电机的转速，ηg表示当前工况点发电机的发电效率；

29、s403’、基于储能单元的输出电功率pcd_x和放电损耗功率pr计算储能单元的消耗功率pc_x＝pr+pcd_x，其中，pr＝i2r/1000，r和i分别表示储能单元的内阻和放电电流；

30、s404’、利用装载机的平均度电成本cav计算优化后的单位时间等效综合油耗量fx＝fex+cavpc_x和节油量fsave_x＝fe-fx，fex表示发动机优化后的油耗量，fe表述发动机优化前的耗油量，cav表述在得到每度电的平均耗油量，通过整机控制器程序结合历史数据统计获得；

31、s405’、重复遍历s401’-s404’步骤，获得不同优化扭矩xt2step对应的节油量，筛选大于等于等效燃油消耗速度最小收益fsave_min对应的最大节油量作为最佳优化结果，并将最佳优化结果对应的目标扭矩teo_k作为最终目标扭矩。

32、更进一步，根据soc约束等级和储能单元的预期寿命等级定义最低燃油消耗率和/或等效燃油消耗速度最小收益对应的阈值，其中，预期寿命等级基于储能单元的累积放电量和累积循环次数预估，具体预估方法包括以下子步骤：

33、步骤一，计算所述累积放电量所述累积放电量包括本次上电累积放电量、历史总累积放电量、出于出厂总累积放电量和平均累积放电量中任一种，其中，u表示所述储能单元输出电压，idischarge表示放电电流，r表示所述储能单元内阻，△t表示累积工作时间，t0表示初始时间；

34、步骤二，利用累积循环次数workcyc＝workcyc+1，计算平均每次循环放电量和平均每小时工作的循环次数t表示累积小时数；

35、步骤三，预估储能单元的小时寿命其中，qmax_discharge表示储能单元最大放电量；

36、步骤四，基于小时寿命hsum设定储能单元的预期寿命等级。

37、上述技术方案中，本技术利用储能单元累计总放电量计算，预测剩余小时寿命，并约束每循环总放电量，进而实现在不同工况下动态调整发动机的增扭和减扭，实现燃油消耗最小化的同时延迟储能单元的使用寿命，提升混合动力系统的整体效率。

38、根据本技术的第二方面提出了一种混合动力装载机的能量管理控制装置，该装置包括：

39、功率需求获取模块，配置于获取当前工况点装载机的功率需求，功率需求包括用电功率需求和用工功率需求；

40、初始扭矩设置模块，配置于根据装载机的液压系统流量需求，设置发电机的工作转速，基于储能单元的soc约束等级和功率需求，计算发动机对应的初始扭矩；

41、工况点优化模块，配置于判断优化初始扭矩的条件，响应于满足条件，对初始扭矩进行增扭优化或减扭优化操作，并计算增扭优化后的综合油电比或减扭优化后的节油量；

42、目标扭矩寻优模块，配置于重复执行工况点优化模块，继续迭代，全局优化，得到当前工况点的最佳综合油电比或最佳节油量对应的最佳优化扭矩，基于最佳优化扭矩和初始扭矩，获得发动机的最终目标扭矩。

43、根据本技术的第三方面提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述阐述的混合动力装载机的能量管理控制方法的步骤。

44、与现有技术相比，本发明的有益成果在于：

45、(1)、本发明通过优化燃油消耗策略，显著减少了传统燃油装载机的燃油消耗量，从而有效降低了废气排放和对环境的污染，符合现代节能减排的要求。

46、(2)、本发明通过动态调整发动机和发电机的工作状态，实现了发动机扭矩和负载的最优匹配，确保动力系统在各种工况下都能维持高效运行。不仅提高了整体作业效率，还能稳定输出动力，保证装载机在复杂工况下的可靠性。

47、(3)、本发明具有良好的通用性，适用于多种工况环境。无论是在高负荷工况下，还是在轻载运行中，该系统都能通过智能调节来实现动力与效率的最佳平衡，从而扩展了装载机的适用范围，提高了其在各种作业条件下的灵活性和适应性。