CN105109356A - 一种电动汽车燃料电池群组控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车燃料电池群组控制方法，包括以下步骤：将车载的大功率燃料电池堆分为若干个小功率燃料电池堆，在电动汽车运行过程中，通过分组启停的方式开启和关闭若干个小功率燃料电池堆；所述分组启停的方式包括：根据电动汽车运行状态开启若干个小功率燃料电池堆，同时，根据小功率燃料电池堆的性能衰减程度关闭若干个小功率燃料电池堆。与现有技术相比，本发明可运用于电动汽车燃料电池管理控制，以提高动力系统效率和燃油经济性，延缓燃料电池的性能衰减程度，增加燃料电池动力系统的使用寿命，具有良好的工程实用价值等优点。

Description

一种电动汽车燃料电池群组控制方法
技术领域
本发明涉及新能源交通工具领域和燃料电池技术领域，尤其是涉及一种电动汽车燃料电池群组控制方法。
背景技术
电动汽车作为新能源汽车的代表，具有比传统燃油汽车更好的经济性与环保性，已经成为了现代及未来汽车发展必然选择。电动汽车大体分为3类：纯电动汽车(ElectricVehicle，EV)、混合动力电动汽车(HybridElectricVehicle，HEV)以及燃料电池电动汽车(FuelCellElectricVehicle，FCEV)。纯电动汽车具有能源多样化、结构简单等优点，但由于受到蓄电池性能的制约，存在的充电时间长、续驶里程较短等问题使现阶段难以推广普及。燃料电池汽车的核心部件是燃料电池，通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能动力，在成本和整体性能上，特别是行程和补充燃料时间上明显优于其他电池的电动汽车，并且燃料电池所用的燃科(甲醇、汽油、柴油、天然气等)来源广泛，又可再生，并可实现无污染、零排放等环保标准，是已知最理想的电动汽车类型。电力汽车在使用燃料电池的同时也配置蓄电池等基本辅助部件。
对于电动汽车燃料电池控制的研究，现阶段重点主要集中于，尽量提高动力系统效率，改善整车的燃油经济性，增加燃料电池动力系统的使用寿命。现阶段主要出现了针对燃料电池汽车动力性优化的功率流分配策略，针对燃料电池汽车经济性优化的基于动态逻辑规则的多能源动力系统能量优化管理策略，针对燃料电池耐久性的优化的氢气“前馈”控制策略等。
中国专利CN102751518A提供了一种不仅能快速转移到怠速停止还能抑制怠速停止中的电解质膜的劣化以及单体电池电压的下降、且不需要设置放电电阻器的燃料电池系统及其控制方法。中国专利CN1536699提供了一种燃料电池组的控制装置。中国专利CN101540407提供了一种燃料电池控制装置及其方法。中国专利CN101098012提供了一种燃料电池控制系统及其控制方法。以上专利与燃料电池控制方法与装置相关，但是没有提及如何进行燃料电池群组控制。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电动汽车燃料电池群组控制方法，可运用于电动汽车燃料电池管理控制，以提高动力系统效率和燃油经济性，延缓燃料电池的性能衰减程度，增加燃料电池动力系统的使用寿命，具有良好的工程实用价值等优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电动汽车燃料电池群组控制方法，包括以下步骤：将车载的大功率燃料电池堆分为若干个小功率燃料电池堆，在电动汽车运行过程中，通过分组启停的方式开启和关闭若干个小功率燃料电池堆。
所述分组启停的方式包括：根据电动汽车运行状态开启若干个小功率燃料电池堆，同时，根据小功率燃料电池堆的性能衰减程度关闭若干个小功率燃料电池堆。
所述电动汽车运行状态的衡量标准为电动汽车的需求功率和蓄电池SOC值。
当蓄电池SOC值小于0.5时，蓄电池处于低荷电状态，则开启使小功率燃料电池堆输出总功率大于电动汽车需求功率的小功率燃料电池堆；当蓄电池SOC值大于等于0.5时，蓄电池处于高荷电状态，则开启使小功率燃料电池堆输出总功率小于电动汽车需求功率的小功率燃料电池堆。
所述根据小功率燃料电池堆的性能衰减程度关闭若干个小功率燃料电池堆包括：缩短性能衰减程度大的小功率燃料电池堆的开启时间，增加性能衰减程度小的小功率燃料电池堆的开启时间。
处于开启状态的若干个小功率燃料电池堆的输出功率的分配方式为；在大功率燃料电池堆输出总功率一定的条件下，每个小功率燃料电池堆输出功率的数值相等或不相等。
所述电动汽车包括所有种类的燃料电池汽车。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)提出燃料电池堆分组启停这一方法，将车载大功率燃料电池堆分为若干个小功率燃料电池堆，在燃料电池汽车运行过程中，根据其运行状态选择开启若干个小功率燃料电池堆，使工作中的燃料电池小堆在效率较高的功率点运行，以提高燃料电池汽车的动力系统效率和燃油经济性。
2)通过有选择性地关闭某些燃料电池小堆可以延缓燃料电池的性能衰减程度，从而增加燃料电池动力系统的使用寿命，具有良好的工程实用价值。
3)电动汽车运行状态的衡量标准为电动汽车的需求功率和蓄电池SOC值，使得电动汽车运行状态在高效率范围内，综合考虑不同因素，使得料电池堆分组启停的效率更高。
4)有选择性地关闭某些燃料电池小堆的方式可采用：设置性能衰减程度较小的燃料电池小堆的开启时间相对较长，设置性能衰减程度较大的燃料电池小堆的开启时间相对较短，可以平衡各燃料电池小堆的性能衰减程度，延缓燃料电池的性能衰减程度，增加燃料电池动力系统的使用寿命。
5)燃料电池小堆的工作与否由燃料电池汽车的需求功率、蓄电池SOC(SOC：StateofCharge)值、燃料电池小堆的性能衰减程度共同决定，给出控制燃料电池堆分组启停的衡量标准与具体的实施方式。
6)专门针对燃料电池堆进行设计，适用于所有种类的燃料电池汽车，应用广泛。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图；
图2为实施例中燃料电池分组开启功率分配示意图；
图3为结合某车型的仿真结果得出的燃料电池堆分组前后的效率-功率曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种电动汽车燃料电池群组控制方法，适用于所有种类的燃料电池汽车，包括以下步骤：将车载蓄电池的大功率燃料电池堆(简称大堆)分为若干个小功率燃料电池堆(简称小堆)，在电动汽车运行过程中，通过分组启停的方式开启和关闭若干个小功率燃料电池堆。分组启停的方式包括：根据电动汽车运行状态开启若干个小功率燃料电池堆，同时，根据小功率燃料电池堆的性能衰减程度关闭若干个小功率燃料电池堆。
电动汽车行驶过程中，燃料电池汽车的需求功率、蓄电池SOC值随着运行状态的变化而变化。因此，电动汽车运行状态的衡量标准可以选取为电动汽车的需求功率和蓄电池SOC值。当蓄电池SOC值小于0.5时，蓄电池处于低荷电状态，则开启使小功率燃料电池堆输出总功率大于电动汽车需求功率的小功率燃料电池堆，即开启较多的小功率燃料电池堆；当蓄电池SOC值大于等于0.5时，蓄电池处于高荷电状态，则开启使小功率燃料电池堆输出总功率小于电动汽车需求功率的小功率燃料电池堆，即开启较少的小功率燃料电池堆。
根据小功率燃料电池堆的性能衰减程度关闭若干个小功率燃料电池堆包括：缩短性能衰减程度大的小功率燃料电池堆的开启时间，增加性能衰减程度小的小功率燃料电池堆的开启时间，也就是通过适时地关闭这些电池堆来实现，可以平衡各小功率燃料电池堆的性能衰减程度，延缓燃料电池的性能衰减程度，增加燃料电池动力系统的使用寿命。
处于开启状态的若干个小功率燃料电池堆的输出功率的分配方式为；在大功率燃料电池堆输出总功率一定的条件下，每个小功率燃料电池堆输出功率的数值相等或不相等。图2举例表明了具体的两种燃料电池分组开启时的功率分配，单位：kW。
如果在同一张图上画出燃料电池堆分组前后的效率-功率曲线对比图，可知分组后的效率-功率曲线一直位于分组前的效率-功率曲线上方，分组后的效率-功率曲线的高效率范围也比分组前的高效率范围广，相应的示意图如图3所示。
由此得知，燃料电池群组控制技术可使工作中的小功率燃料电池堆在效率较高的功率点运行，以提高燃料电池汽车的动力系统效率和燃油经济性。本发明可运用于电动汽车燃料电池管理控制，同时亦可运用在其它新能源交通工具领域，如航空航天以及船舶工业。

Claims (7)

1.一种电动汽车燃料电池群组控制方法，其特征在于，包括以下步骤：将车载的大功率燃料电池堆分为若干个小功率燃料电池堆，在电动汽车运行过程中，通过分组启停的方式开启和关闭若干个小功率燃料电池堆。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车燃料电池群组控制方法，其特征在于，所述分组启停的方式包括：根据电动汽车运行状态开启若干个小功率燃料电池堆，同时，根据小功率燃料电池堆的性能衰减程度关闭若干个小功率燃料电池堆。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车燃料电池群组控制方法，其特征在于，所述电动汽车运行状态的衡量标准为电动汽车的需求功率和蓄电池SOC值。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车燃料电池群组控制方法，其特征在于，当蓄电池SOC值小于0.5时，蓄电池处于低荷电状态，则开启使小功率燃料电池堆输出总功率大于电动汽车需求功率的小功率燃料电池堆；当蓄电池SOC值大于等于0.5时，蓄电池处于高荷电状态，则开启使小功率燃料电池堆输出总功率小于电动汽车需求功率的小功率燃料电池堆。
5.根据权利要求2所述的一种电动汽车燃料电池群组控制方法，其特征在于，所述根据小功率燃料电池堆的性能衰减程度关闭若干个小功率燃料电池堆包括：缩短性能衰减程度大的小功率燃料电池堆的开启时间，增加性能衰减程度小的小功率燃料电池堆的开启时间。
6.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车燃料电池群组控制方法，其特征在于，处于开启状态的若干个小功率燃料电池堆的输出功率的分配方式为；在大功率燃料电池堆输出总功率一定的条件下，每个小功率燃料电池堆输出功率的数值相等或不相等。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车燃料电池群组控制方法，其特征在于，所述电动汽车包括所有种类的燃料电池汽车。
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