一种多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制方法及系统

摘要

本发明提供了一种多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制方法，包括如下步骤：通过整车CAN网络监测加速踏板开度数据、超级电容及动力电池的SOC值，计算整车驱动电机的需求功率；根据加速踏板开度数据，判断整车驾驶工况；在动力性工况条件下，燃料电池的输出功率跟随所述整车驱动电机的需求功率进行输出，当所述整车驱动电机的需求功率较大时，燃料电池的输出功率以额定功率输出；在经济性工况条件下，燃料电池的输出功率根据所述整车驱动电机的需求功率、超级电容和动力电池的值划分为多阶控制，确定燃料电池功率点，并进行分阶输出；根据判断结果，确定燃料电池的输出功率，达到较优的整车经济性、动力系统稳定性和动力系统寿命。

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池汽车技术领域，具体为一种多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制方法及系统。

背景技术

燃料电池是一种将化学能通过电极反映直接转换为电能的装置，具有燃料多样化、无污染、低噪声、安全可靠易于维护等优点，并且能量转化率，实际使用效率更高。因此燃料电池被认为是代替传统发动机的最佳能量源。

氢燃料汽车的动力系统结构形式大致可以分为：燃料电池作为单动力源驱动以及燃料电池与辅助动力源联合驱动两种形式。其中，动力电池作为传统的储能部件，具有能量密度高，功率密度低的特点，大电流充放电时温升明显，工作效率降低显著，会大大缩短使用寿命；燃料电池作为一种新兴车载能量源，以氢气作为燃料，工作效率高且环保，但是燃料电池动态响应较差、输出特性疲软，难以适应复杂多变的工况。

若采用单独的燃料电池驱动形式，车辆的需求功率全部由燃料电池提供，但是因为燃料电池的动态响应慢，所以会导致动力系统输出的动态响应缓慢，无法快速满足变化的动力需求，动力系统的动力性较差。为此，当前燃料电池汽车多采用燃料电池与动力电池联合驱动方案，采用燃料电池与动力电池联合驱动系统方案，作为辅助能源的动力电池，不仅可以迅速响应以弥补燃料电池动态响应慢的不足，并且还可以提高动力系统的峰值功率，从而提供整车动力性。

目前，多能量源氢燃料电池汽车动力系统多为燃料电池+动力电池双能量源方案，由于超级电容具有功率密度高、能量密度低的特点，但体积较大，存储能量有限，难以满足长续航里程的需要。

为此，需进行研究多能量源氢燃料电池汽车动力系统，并且对于燃料电池+动力电池+超级电容三能量源系统尚处于实验室研发阶段，鲜有产业化的车辆产品。该构型的研究难点之一在控制方法层面，即探究三能量源之间的能量分配方法，实现最优能量管理。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题，为达上述目的，第一方面，本发明提供了一种多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制方法，包括如下步骤：

S

S

S

S

S

可选地，在步骤S

当加速踏板开度≥0.8时，氢燃料电池汽车进入动力性工况；当所述加速踏板开度＜0.8时，氢燃料电池汽车进入经济性工况。

可选地，所述燃料电池功率点的确定方法为：

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

可选地，所述燃料电池功率点的确定方法还包括：

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

可选地，所述整车驱动电机的需求功率的确定方法为：根据踏板开度和驱动电机转速查表，获得驱动电机的理论扭矩，再通过与电机修正项相加后，得出驱动电机的目标转矩，最终计算出驱动电机的目标功率。

可选地，超级电容功率P_

可选地，在步骤S

阶段一：当超级电容荷电状态SC_

阶段二：当超级电容荷电状态SC_

阶段三：当10％≤超级电容荷电状态SC_

阶段四：当20％≤超级电容荷电状态SC_

阶段五：当超级电容荷电状态SC_

阶段六：当超级电容荷电状态SC_

阶段七：当超级电容荷电状态SC_

数据采集模块：用于采集加速踏板开度数据、超级电容的SOC值及动力电池的SOC值；

功率计算模块：用于根据采集的数据，计算整车驱动电机的需求功率；

功率点确定模块：根据计算的整车驱动电机的需求功率、燃料电池极化曲线、超级电容荷电状态及动力电池荷电状态，确定燃料电池的功率点；

输出功率控制模块：根据整车驱动电机的需求功率范围、超级电容荷电状态及动力电池荷电状态，反向控制燃料电池的输出功率。

为达上述目的，第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法所述的步骤。

为达上述目的，第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法所述的步骤。

上述多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制方法、多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制系统、电子设备以及计算机可读存储介质的有益效果为：

通过本发明的技术方案，动力性工况下燃料电池功率跟随整车功率需求，发挥动力系统最大功率，做到最佳整车动力性；经济性工况下，燃料电池可以通过控制策略固定工作在几个效率较高的功率点，由超级电容和动力电池来补足剩余的功率需求，超级电容工作频繁，充分发挥了超级电容的大倍率充放电能力和充放电次数寿命，以上控制策略经过标定能做到整车动力性、经济性和动力系统寿命都达到较优。

附图说明

图1为本发明实施例中多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制方法的基本流程图；

图2为本发明实施例中多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制方法的控制策略架构图；

图3为本发明实施例中多能量源氢燃料电池汽车的动力系统结构图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的实施例，描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的要素。要说明的是，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表本发明的所有实施方式。它们仅是与如权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的装置和方法的例子，本发明的范围并不局限于此。在不矛盾的前提下，本发明各个实施例中的特征可以相互组合。

参见图1-3，本发明实施例提供一种多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制方法，包括如下步骤：

S

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S

由此，通过将燃料电池、超级电容和动力电池三种能量源优化组合，通过合理的控制各个能量源的功率输出，达到扬长避短的目的。延长电堆寿命的同时，降低整车能耗，提升续航里程，同时能更好的发挥动力系统动力性能。

在现有技术中，使用各能量源时，其中动力电池作为传统的储能部件，具有能量密度高，功率密度低的特点，但是单独使用动力电池作为能量源时，大电流充放电时温升明显，工作效率降低显著，会大大缩短使用寿命。而超级电容具有功率密度高、能量密度低的特点，且体积较大，存储能量有限，难以满足长续航里程的需要。燃料电池作为一种新兴车载能量源，以氢气作为燃料，在单独使用燃料电池为氢能汽车的能量源时，工作效率高且环保，但是燃料电池动态响应较差、输出特性疲软，难以适应复杂多变的工况。

可选地，在步骤S

当加速踏板开度≥0.8时，氢燃料电池汽车进入动力性工况；当所述加速踏板开度＜0.8时，氢燃料电池汽车进入经济性工况。

可选地，所述燃料电池功率点的确定方法为：

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

可选地，所述燃料电池功率点的确定方法还包括：

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

当整车的需求功率P_

可选地，所述整车驱动电机的需求功率的确定方法为：根据踏板开度和驱动电机转速查表，获得驱动电机的理论扭矩，再通过与电机修正项相加后，得出驱动电机的目标转矩，最终计算出驱动电机的目标功率。

可选地，超级电容功率P_

可选地，在步骤S

阶段一：当超级电容荷电状态SC_

阶段二：当超级电容荷电状态SC_

阶段三：当10％≤超级电容荷电状态SC_

阶段四：当20％≤超级电容荷电状态SC_

阶段五：当超级电容荷电状态SC_

阶段六：当超级电容荷电状态SC_

阶段七：当超级电容荷电状态SC_

本发明另一实施例还提供一种多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制系统，其包括：

数据采集模块：用于采集加速踏板开度数据、超级电容的SOC值及动力电池的SOC值；

功率计算模块：用于根据采集的数据，计算整车驱动电机的需求功率；

功率点确定模块：根据计算的整车驱动电机的需求功率、燃料电池极化曲线、超级电容荷电状态及动力电池荷电状态，确定燃料电池的功率点；

输出功率控制模块：根据整车驱动电机的需求功率范围、超级电容荷电状态及动力电池荷电状态，反向控制燃料电池的输出功率。

本发明另一实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法所述的步骤。

本发明另一实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法所述的步骤。

上述多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制系统，可以参见上述多能量源氢燃料电池汽车能量管理控制方法的描述，且具有与之相似的有益效果，在此不再赘述。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，应当理解的是，上述实施例是示例性的，不能解释为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。