CN105416085A - 混合动力控制方法和混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明一实施例提供的一种混合动力控制方法包括：当母线的电压值低于V1_H时，通过调整所述燃料电池供给所述母线的电能来使所述母线的电压值趋近V1_L；反之，停止将所述燃料电池产生的电能供给所述母线；当所述母线的电压值高于V2_L时，通过调整所述母线供给所述蓄电池的充电电能来使所述母线的电压值趋近V2_H；反之，停止向所述蓄电池充电；当所述母线的电压值低于V3_H时，通过调整所述蓄电池供给所述母线的放电电能来使所述母线的电压值趋近V3_L；反之，停止所述蓄电池的放电；其中，V3_L<V3_H<V1_L<V1_H<V2_L<V2_H。该混合动力控制方法解决了现有技术中依赖通信总线进行混合动力能量控制而造成的失效风险。

Description

混合动力控制方法和混合动力系统

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种混合动力控制方法和混合动力系统。

背景技术

燃料电池(FuelCell)是将反应物的化学能直接转化为电能的电化学装置。如图1所示的质子交换膜燃料电池(PEMFC)，包含电解质以及连接到电解两侧的多孔渗水阴极与阳极组成。电池的阴极与阳极由集流板，反应气体流道，气体扩散层(GDL)，微孔层，催化层组成。在这些部件中，集流板是起收集电子，向外输出电能的部件，其材料一般为导电率高、力学性能稳定的金属组成。反应气体流道为反应气体提供流动的通道，同时将反应的水排出燃料电池内部。气体扩散层是导电材料制成的多孔合成物，既利于反应物均匀分配和生产物的及时排出，同时传递电子和热量。微孔层是涂布在GDL上的薄层，它可以均匀分配反应气体，提高电堆性能。催化层的作用是使电池内部O2与燃料发生电化学反应，催化剂的性能直接影响到质子交换膜燃料电池的性能。如图1所示质子交换膜物质流向，燃料电池连续不断地向阳极输送燃料(H2)，向阴极输送氧气(O2)，在电极表面催化剂的作用下发生电化学反应。带电H+通过电解质从一个电极转移到另外一个电极，电子通过外部的电路实现电流的循环，形成电流。

在燃料电池反应的过程中，通过电化学反应将燃料的化学能直接转换为电能，而电化学反应不受到卡诺循环的限制，这样的利用方式可以获得更好的转换效率。如图2所示，传统的燃料利用方式中，都有一个热交换过程，如火力发电系统中，需要将化学能转换为热能，热能转换为动能，然后将动能转换为电能；内燃机驱动中需要将化学能转换为热能，然后将热能转换为动能。在这样的热传递过程中，热机受到卡诺循环的限制，转换效率不高，整体的效率通常为33％-35％，将近2/3的能力以热能形式在交换过程中浪费掉。

燃料电池与蓄电池都是将化学能转换为电能的电化学装置，他们之间最大的不同在于燃料电池是能量转换装置，蓄电池是一个能力储存装置。理论上分析，只要不断的给燃料电池供给燃料，燃料电池就可以连续不断的输出电能。这样的原理，可以让燃料电池获得更高的功率密度。

在已有的基于燃料电池和蓄电池设计的混合动力系统中，例如申请号：200680029038.5名为：燃料电池汽车的发明专利以及申请号：201110082662.4名为：一种燃料电池混合动力整车控制方法的发明专利，均通过整车整理管理控制器，收集整车信息，比如司机的油门信号，整车故障信号，蓄电池信号以及燃料电池DC/DC信号，综合这些信号进行算法设计，并将各自能量分配大小发送给对应的部件，比如控制燃料电池DC/DC或者电机控制器等操作。基于这种类型的能量管理系统，一方面整车能量控制系统需要收集足够的信息进行计算，形成集中控制的结构，一旦整车能量管理控制器失灵或者通信总线失效，整车能量管理甚至控制将面临失效风险；另外一方面，蓄电池的容量将越来越小，在刹车过程中，能够回馈到蓄电池的电能大小和速度均明显减小，刹车过程中如果基于通信总线进行能量管理与分配，由于通信存在失效性，很可能导致母线上的电压瞬时过高或者蓄电池充电电流过大导致的寿命减小甚至损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种混合动力控制方法和系统，解决了现有技术中依赖通信总线进行混合动力能量控制而造成的失效风险。

本发明一实施例提供的一种混合动力控制方法，应用于一种混合动力系统，所述混合动力系统包括：燃料电池、蓄电池和电机，所述燃料电池和蓄电池均通过母线与所述电机电连接；其中，所述方法包括：

当所述母线的电压值低于V1_H时，通过调整所述燃料电池供给所述母线的电能来使所述母线的电压值趋近V1_L；反之，停止将所述燃料电池产生的电能供给所述母线；

当所述母线的电压值高于V2_L时，通过调整所述母线供给所述蓄电池的充电电能来使所述母线的电压值趋近V2_H；反之，停止向所述蓄电池充电；

当所述母线的电压值低于V3_H时，通过调整所述蓄电池供给所述母线的放电电能来使所述母线的电压值趋近V3_L；反之，停止所述蓄电池的放电；

其中，V3_L<V3_H<V1_L<V1_H<V2_L<V2_H。

本发明一实施例还提供一种混合动力系统，包括：燃料电池、燃料电池控制器、蓄电池、充电控制器、放电控制器和电机；其中，所述燃料电池控制器通过母线与所述充电控制器和所述放电控制器连接，所述电机利用所述母线上的电能进行运转；

所述燃料电池控制器与所述燃料电池连接，配置为当所述母线的电压值低于V1_H时，通过调整所述燃料电池供给所述母线的电能来使所述母线的电压值趋近V1_L；反之，停止将所述燃料电池产生的电能供给所述母线；

所述充电控制器的输入端与所述母线连接，输出端与所述蓄电池连接，配置为当所述母线的电压值高于V2_L时，通过调整所述母线供给所述蓄电池的充电电能来使所述母线的电压值趋近V2_H；反之，停止向所述蓄电池充电；

所述放电控制器的输入端与所述蓄电池连接，输出端与所述母线连接，配置为当所述母线的电压值低于V3_H时，通过调整所述蓄电池供给所述母线的放电电能来使所述母线的电压值趋近V3_L；反之，停止所述蓄电池的放电；

其中，V3_L<V3_H<V1_L<V1_H<V2_L<V2_H。

本发明实施例提供的一种混合动力控制方法和混合动力系统，通过在母线上设定不同的电压控制点，并根据所设定的电压控制点分别控制燃料电池的放电以及蓄电池的充放电，使得整个母线上的能量可以根据电机的能量需求得到有效的自动化管理，减少了基于通信总线的能量管理器的应用，避免了因通信总线失效而造成的风险，减少了通信延时，提高了系统的可靠性和电能管理的快速性。

附图说明

图1所示为现有技术提供的燃料电池的结构示意图。

图2所示为现有技术提供的燃料电池的工作原理图。

图3所示为本发明一实施例所提供的混合动力控制方法的示意图。

图4所示为本发明另一实施例所提供的混合动力控制方法的示意图。

图5所示为本发明一实施例所提供的混合动力系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图3所示为本发明一实施例所提供的混合动力控制方法的示意图。如图3所示，该混合动力控制方法应用于一种混合动力系统，该混合动力系统包括：燃料电池、蓄电池和电机，燃料电池和蓄电池均通过母线与电机电连接，电机通过该母线获取来自燃料电池或蓄电池的电能，同时蓄电池也从该母线获取电能以进行充电。

该混合动力控制方法通过监测母线的电压，并根据预先设定的电压控制点V3_L、V3_H、V1_L、V1_H、V2_L和V2_H来实现对燃料电池和蓄电池的自动化能量控制，且各电压控制点的大小需满足如下排序关系：V3_L<V3_H<V1_L<V1_H<V2_L<V2_H。这样根据所监测到的母线电压，该方法具体包括：

S1：当母线的电压值低于V1_H时，通过调整燃料电池供给母线的电能来使母线的电压值趋近V1_L；反之，停止将燃料电池产生的电能供给母线。

通过设置电压控制点V1_L和V1_H，使得燃料电池能在保证最大能量输出的同时，最大限度的根据电机的能量需求向母线供给能量。具体而言，为了使得母线上的能量与电机的实时能量需求维持平衡，需要通过调整燃料电池供给母线的电能来使母线的电压值维持在V1_L。当母线电压低于V1_L，表明电机的运转需要更多的能量，此时需在不超过燃料电池最大能量输出的前提下提高输出电流，使母线的电压达到V1_L以满足电机的能量需求；反之，母线上的能量相对于电机目前所需的运转状态过剩，此时则需要减小燃料电池的输出电流，使得母线的电压回落至V1_L。而当母线的电压高于V1_H时，表明电机和锂电池此时都不需要能量，因此需要停止将燃料电池产生的电能供给母线。

S2：当母线的电压值高于V2_L时，通过调整母线供给蓄电池的充电电能来使母线的电压值趋近V2_H；反之，停止向蓄电池充电。

当母线的电压进入V2_L-V2_H区间时，燃料电池已经停止供电了，此时为了使得母线上的能量与电机的实时能量需求维持平衡，需要调整母线供给蓄电池的充电电能来使母线的电压值维持在V2_H，以此维持整个混合动力系统工作在一个平稳的状态。具体而言，当监测到母线电压高于V2_H，表明此时电机所需要的能量已经远远小于燃料电池产生的能量，或者此时电机处于向母线能量回馈的阶段，因此需要加大蓄电池的充电电流以使母线的电压下降至V2_H；反之，则需要减小蓄电池的充电电流以使母线的电压逐步回升至V2_H。而当母线的电压低于V2_L时，表明母线上已经没有多余的能量给蓄电池充电了，此时停止向蓄电池充电。由此可见，通过设置电压控制点V2_L和V2_H，可实现根据电机的能量需求自动将母线上多余的能量充入蓄电池。

S3：当母线的电压值低于V3_H时，通过调整蓄电池供给母线的放电电能来使母线的电压值趋近V3_L；反之，停止蓄电池的放电。

当母线的电压进入V3_L-V3_H区间时，表面电机的运转需要大量的电能，此时燃料电池处于供电状态，蓄电池已不再充电，而且蓄电池需要放电以与燃料电池协同供给电机的运转。为了使得此时母线上的能量与电机的实时能量需求维持平衡，则需要通过调整蓄电池供给母线的放电电能来使母线的电压值维持在V3_L。具体而言，当母线的电压高于V3_L时，说明此时电机的能量需求有所缓解，可适当减小蓄电池的放电电流以使母线电压下降至V3_L；反之，说明电机的能量需求仍不能够被满足，需要增大蓄电池的放电电流以使母线的电压上升至V3_L。因此通过设置电压控制点V3_L和V3_H，可根据电机的能量需求自动控制蓄电池放电到母线。

应当理解，在本发明实施例所提供的混合动力控制方法中，S1、S2和S3并不是按照一定顺序执行的，而是根据所监测的母线电压所处的电压控制点区间而实时触发的。例如，当母线电压进入V3_L-V3_H区间时，S1和S3其实是同时进行的。

由此可见，通过在母线上设定电压控制点V3_L、V3_H、V1_L、V1_H、V2_L和V2_H，并根据所设定的电压控制点分别控制燃料电池的放电以及蓄电池的充放电，可使得整个母线上的能量可以根据电机的能量需求得到有效的自动化管理，减少了基于通信总线的能量管理器的应用，避免了因通信总线失效而带来的风险，减少了通信延时，提高了系统的可靠性和电能管理的快速性。

在本发明一实施例中，当电机的能量需求较小或电机向母线回馈电能时，有可能即使蓄电池已经完全充电也无法消耗母线上的过剩电能，此时该混合动力系统可进一步包括一个与母线连接的电子负载，用于消耗母线上过剩的电能。相应地，如图4所示，该混合动力控制方法可进一步包括：

S4：当母线的电压值高于V4_L时，通过调整电子负载的能耗以使母线的电压趋近V4_H；反之，停止向电子负载转移电能；其中，V2_L<V2_H<V4_L<V4_H。

当母线上的电压进入V4_L-V4_H区间时，蓄电池仍处于充电状态，但可能即使蓄电池的充电电流已达到最大或蓄电池已被充满仍然无法消耗母线上过剩的电能，此时需要将母线上的过剩电能转移到电子负载上消耗掉。为了维持母线上电能和电机能量需求的平衡，需要通过调整电子负载的能耗以使母线的电压维持在V4_H。而当直流母线的电压低于V4_L时，说明蓄电池的充电以及电机的能量需求已经足以消耗掉母线上的电能，此时停止向电子负载转移电能。

在本发明一实施例中，该混合动力系统可能进一步包括油门装置和刹车装置。油门装置的油门信号表示电机的运转需要更多的电能；刹车装置的刹车信号则表示电机需要减速，因此不需要供给电能给电机，反而可将电机中的电能回馈给母线。因此，该混合动力控制方法可进一步包括：当检测到油门装置的油门信号时，则需要将母线的电能供给电机；以及，当检测到刹车装置的刹车信号时，将电机的电能回馈到母线。

具体而言，当检测到油门信号时，可通过设置电压控制点V6_L和V6_H来实现更为安全智能的控制，其中V6_L<V6_H<V3_L<V3_H。如图4所示，该混合动力控制方法可进一步包括：

S5：当母线的电压值高于V6_H时，根据油门信号的大小控制电机的输出转速；当母线的电压值介于V6_L和V6_H之间时，降低电机的输出转速来降低电机所需的电能，以使母线的电压值达到V6_H；以及，当母线的电压值低于V6_L时，停止向电机供给电能；其中，V6_L<V6_H<V3_L<V3_H。

当母线的电压值低于V6_L时，燃料电池和蓄电池都在放电，但此时整个混合动力系统已经达到了欠压保护点，此时需要停止向电机供给电能。当母线电压介于V6_L和V6_H之间时，虽然没有到达整个混合动力系统的欠压保护点，但燃料电池和蓄电池的放电仍无法满足与油门信号对应的电机能量需求，因此需要降低电机的输出转速来降低电机所需的电能，以使母线的电压值达到V6_H。而只有当母线的电压值高于V6_H时，燃料电池和蓄电池才有能力供给电机所需的电能，此时可根据油门信号的大小控制电机的输出转速。

当检测到刹车信号时，可通过设置电压控制点V5_H来实现更为安全智能的控制，其中V4_H<V5_H。如图4所示，该混合动力控制方法可进一步包括：

S6：当母线的电压低于V5_H时，根据刹车信号的大小将电机的过剩电能回馈到母线；以及，当母线的电压高于V5_H时，通过机械制动的方式降低电机的转速；其中，V4_H<V5_H。

当母线的电压低于V5_H时，可根据刹车信号的大小将电机的过剩电能回馈到母线。具体而言，可实时监测刹车信号Vs，并控制电机回馈给母线的能馈电流正比于Vs。这样刹车信号较大时则多回馈些电能到母线，刹车信号较小时则少回馈些电能到母线。但当母线的电压高于V5_H时，说明母线的电压已经过高，通过蓄电池或其他任何方式都已无法降低母线的电压，此时如果仍维持电机目前的转速则可能发生危险，必须马上通过机械制动的方式降低电机的转速。

综上所述，本发明的实施例其实是提供了一种可满足全部状况的混合动力控制方法。通过设置电压控制点V6_L、V6_H、V3_L、V3_H、V1_L、V1_H、V2_L、V2_H、V4_L、V4_H和V5_H，并使各电压控制点满足：V6_L<V6_H<V3_L<V3_H<V1_L<V1_H<V2_L<V2_H<V4_L<V4_H<V5_H，仅仅通过监测母线电压，并根据上述电压控制点就可实现对混合动力系统能量的智能控制。同时应当理解，以上所述的控制步骤S1～S9并不是按照一定顺序执行的，而是根据所监测的母线电压决定执行哪些控制步骤，有的时候有可能有几个控制步骤是同时进行的。

本发明的实施例所提供的混合动力控制方法更重要的意义在于应用到电动汽车上。举例来说，假设当该电动汽车在某路段行驶时，母线电压维持在V1_L，此时电动汽车单纯靠燃料电池供电即可维持平稳驾驶。但当车辆遇到持续上坡时，电机的能量需求增大，母线电压降低到V3_L-V3_H区间，此时蓄电池则与燃料电池一同放电以满足电机的能量需求，并使母线电压维持在V3_L以维持平稳驾驶。而当车辆遇到坡度更大的持续上坡时，电机的能量需求进一步增大，母线电压降低到V6_L-V6_H区间，此时电机的需求已经超出了燃料电池和蓄电池的供电能力，只能通过强制电机减速的方式来降低电机的能量需求。然而，也有可能因为某种极端原因(例如燃料电池故障或极端路况)使得母线电压仍持续降低至V6_L，此时出于对整车能量系统的保护，只能停止向电机输送电能。

相应地，当车辆遇到持续下坡时，车辆由于自身的重力和惯性使得电机的能量需求突然减小，此时母线电压上的能量会过剩，母线电压会升高到V2_L-V2_H区间，此时蓄电池开始充电以消耗过剩的能量。如果这样母线的电压仍持续升高至V4_L-V4_H区间，电子负载可进一步消耗过剩的能量。但当出现极端原因时，母线的电压仍可能持续升高，例如本就处于持续下坡，但驾驶员由于误操作而踩油门而导致车速过快，此时出于安全考虑，必须通过机械制动的方式降低电机的转速，以使电动汽车通过紧急制动停下来。

应当理解，以上所述的混合动力控制方法可根据混合动力系统的实际需要而调整。当仅依靠燃料电池、蓄电池和电子负载就可完成全部状况的需求时，例如不需要油门和刹车即可完成全路况自动驾驶的电动汽车，上述与油门信号和刹车信号相关的电压控制点和控制方法也可不包括。而当仅依靠燃料电池、蓄电池、油门装置和刹车装置就可维持能量的平衡时，上述与电子负载相关的电压控制点和控制方法也可不包括。本发明对此不做限定。

还应当理解，以上仅是对根据不同的电压控制点实现对混合动力系统能量的智能控制的原理描述。在实际的实现过程中，基于以上原理，上述控制方法可能有多种软件、硬件或软件硬件相结合的实现方式，本发明对该混合动力控制方法的具体实现方式不做限定。

在本发明一实施例中，上述S1中通过调整燃料电池供给母线的电能来使母线的电压值趋近V1_L可通过PID控制实现，具体如下：

监测母线的电压值V以及燃料电池输出到母线上的电压VFC。

以VFC为参考值，以VFC_SET为反馈值，以VFC减去VFC_SET的差作为第一误差值，并记录该第一误差值的变化量；根据第一误差值和第一误差值变化量建立第一PID控制，获取第一PID输出的电流第一限制值IDC_STMIT1；当IDC_STMIT1大于燃料电池的最大输出电流IFC_MAX时，设置IDC_STMIT1等于IFC_MAX。通过此步骤可保证燃料电池供给母线的电流不会超出燃料电池的最大输出电流IFC_MAX，也保证了燃料电池的使用寿命。

以V1_L为参考值，以V为反馈值，以V1_L减去V的差作为第二误差值，并记录该第二误差值的变化量；根据第二误差值和第二误差值变化量建立第二PID控制，获取第二PID输出的电流第二限制值IDC_STMIT2，如果IDC_STMIT2大于IDC_STMIT1，则设置IDC_STMIT2等于IDC_STMIT1。

将PWM信号正比于DC_STMIT2，并根据PWM信号控制燃料电池供给母线的电流，返回继续监测步骤。PWM信号的占空比越大，燃料电池供给母线的电流越大，对应的母线电压就会增加。

在本发明一实施例中，上述S2中通过调整母线供给蓄电池的充电电能来使母线的电压值趋近V2_H也可通过PID控制实现，具体可包括：

监测母线的电压值V、蓄电池的充电电压V_St以及蓄电池的充电电流I_St。

以V为参考值，以V2_H为反馈值，以V减去V2_H的差作为第三误差值，并记录该第三误差值的变化量；根据该第三误差值和第三误差值变化量建立第三PID控制，获得第三PID控制输出电压；如果第三PID控制输出电压大于蓄电池预先设定的充电电压V_St_Set，则设置第三PID控制输出电压等于V_St_Set。这里蓄电池预先设定的充电电压V_St_Set可对应蓄电池的最大充电电压，通过此步骤可使第三PID控制输出电压不超过蓄电池的最大充电电压，以保证蓄电池的使用寿命。

以第三PID控制输出电压为参考值，以V_St为反馈值，以第三PID控制输出电压减去V_St的差作为第四误差值，并记录该第四误差值的变化量；根据该第四误差值和第四误差值变化量建立第四PID控制，获得第四PID控制输出电流；如果第四PI控制输出电流大于蓄电池预先设定的充电电流I_St_Set，则设置第四PID控制输出电流等于I_St_Set。这里蓄电池预先设定的充电电压I_St_Set可对应蓄电池的最大充电电流，通过此步骤可使第四PID控制输出电流不超过蓄电池的最大充电电流，以进一步保证蓄电池的使用寿命。

以第四PID控制输出电流为参考值，以I_St为反馈值，以第四PID控制输出电流减去充电DC/DC的输出电流I_St的差作为第五误差值，并记录该第五误差值的变化量；根据该第五误差值和第五误差值变化量建立第五PID控制，获得第五PID控制输出PWM信号；根据的第五PID控制输出PWM信号调整母线供给蓄电池的充电电流，返回继续监测步骤。

在本发明一实施例中，上述S3中通过调整蓄电池供给母线的放电电能来使母线的电压值趋近V3_L包括也可通过PID控制实现，具体可包括：

监测母线的电压值V。

以V3_L为参考值，以V为反馈值，以V3_L减去V的差作为第六误差值，并记录该第六误差值的变化量；根据第六误差值和第六误差值变化量建立第六PID控制，获取第六PID控制输出电流，如果该第六PID控制输出电流大于锂电池预先设定的最大放电电流I_St_MAX，则设置第六PID控制输出电流等于I_St_MAX。通过此步骤可保证蓄电池的放电电流不超过最大放电电流I_St_MAX，以此保护蓄电池的使用寿命。

产生正比于第六PID控制输出电流的PWM信号，通过该PWM信号调整蓄电池供给母线的放电电流，返回监测步骤。

在本发明一实施例中，上述S4中通过调整电子负载的能耗以使母线的电压趋近V4_H也可通过PID控制实现，具体可包括：

监测母线的电压V。

以V作为参考值，以V4_H作为反馈值，以V减去V4_H的差作为第七误差值，并记录该第七误差值的变化量；根据第七误差值和第七误差值变化量建立第七PID控制，获取第七PID控制输出的PWM信号，如果第七PID控制输出的PWM信号大于P_MAX，则设置第七PID控制输出的PWM信号等于P_MAX。

根据第七PID控制输出PWM信号调整电子负载的能耗电流，返回监测步骤。

在本发明一实施例中，上述S6中降低电机的输出转速来降低电机所需的电能，以使母线的电压值达到V6_H包括：

监测母线的电压V以及油门信号Vy。

以V为参考值，以V6_H作为反馈值，以V减去V6_H的差作为第八误差值，并记录该第八误差值的变化量；根据第八误差值和第八误差值变化量建立第八PID控制，获取第八PID输出的控制信号，如果第八PID控制输出的控制信号大于Vy，则设置第八PID控制输出的信号等于Vy。

根据第八PID控制输出的信号控制电机的输出转速，返回监测步骤。

图5所示为本发明一实施例提供的一种混合动力系统的结构示意图。如图5所示，该混合动力系统包括：燃料电池1、燃料电池控制器11、蓄电池2、充电控制器21、放电控制器22和电机3。燃料电池控制器11通过母线6与充电控制器21和放电控制器22连接，电机3利用母线6上的电能进行运转。

燃料电池控制器11与燃料电池1连接，配置为当母线6的电压值低于V1_H时，通过调整燃料电池1供给母线6的电能来使母线6的电压值趋近V1_L；反之，停止将燃料电池1产生的电能供给母线6。

充电控制器21的输入端与母线6连接，输出端与蓄电池2连接，配置为当母线6的电压值高于V2_L时，通过调整母线6供给蓄电池2的充电电能来使母线6的电压值趋近V2_H；反之，停止向蓄电池2充电。

放电控制器22的输入端与蓄电池2连接，输出端与母线6连接，配置为当母线6的电压值低于V3_H时，通过调整蓄电池2供给母线6的放电电能来使母线6的电压值趋近V3_L；反之，停止蓄电池2的放电。

其中，V3_L<V3_H<V1_L<V1_H<V2_L<V2_H。

在本发明一实施例中，如图5所示，为了能更有效的消耗掉母线6上的过剩能量，该混合动力系统可进一步包括：电子负载控制器41和电子负载4。电子负载4通过电子负载控制器41连接到母线6上；电子负载控制器41配置为当母线6的电压值高于V4_L时，通过调整电子负载4的能耗以使母线6的电压趋近V4_H；反之，停止向电子负载4转移电能；其中，V2_L<V2_H<V4_L<V4_H。在一进一步的实施例中，电子负载控制器41也可以集成在电子负载4中。

在本发明一实施例中，如图5所示，该混合动力系统还可进一步包括：电机控制器31、油门装置32、刹车装置33以及机械制动装置34。电机3通过电机控制器31与母线6连接，同时电机3与油门装置32、刹车装置33以及机械制动装置34分别连接；其中，电机控制器31配置为当检测到油门装置32的油门信号时，执行电动算法，当检测到刹车装置33的刹车信号时，执行能馈算法。

电动算法包括：当母线6的电压值高于V6_H时，根据油门信号的大小控制电机3的输出转速；当母线6的电压值介于V6_L和V6_H之间时，降低电机3的输出转速来降低电机3所需的电能，以使母线6的电压值达到V6_H；以及，当母线6的电压值低于V6_L时，停止向电机3供给电能；其中，V6_L<V6_H<V3_L<V3_H。

能馈算法包括：当母线6的电压低于V5_H时，根据刹车信号的大小将电机3的过剩电能回馈到母线6；以及，当母线6的电压高于V5_H时，通过机械制动的方式降低电机3的转速；其中，V4_H<V5_H。

由此可见，在本发明的实施例所提供的混合动力系统中，将能量管理的算法独立分配到了各个控制器中，每个控制器通过检测母线6电压和自己内部设置的电压点，作为自己控制器工作的依据。由此整个系统的能量可以得到有效管理，减少了整车基于通信总线的能量管理器的应用，并且基于直流母线6和各自设定点进行的能量管理，避免了因通信总线失效而造成的封箱，减少了通信延时，提高系统可靠性和电能管理的快速性。

此外应当理解，本发明的实施例所提供的混合动力系统可根据实际需要而调整。当仅依靠燃料电池1、蓄电池2和电子负载4就可完成全部状况的需求时，例如不需要油门和刹车即可完成全路况自动驾驶的电动汽车，上述的油门装置32和刹车装置33也可不包括。而当仅依靠燃料电池1、蓄电池2、油门装置32和刹车装置33就可维持能量的平衡时，上述的电子负载4和电子负载控制器41也可不包括。本发明对此不做限定。

在本发明一实施例中，为了使得母线6上的能量能够快速存放，进一步维持母线6电压的稳定，该合动力系统还可进一步包括：超级电容5。

在本发明一实施例中，蓄电池2为锂电池，然而本发明对蓄电池2的具体实现形式并不做限定。

在本发明一实施例中，上述的燃料电池控制器11、充电控制器21、放电控制器22、电子负载控制器41和电机控制器31均可采用电子控制器实现，该电子控制器可包括由电力电子器件、微处理器和辅助器件组成的电力变换电路，所执行的控制算法存储于微处理器中，通过微处理器产生PWM信号控制电力电子器件的开关状态，并通过控制PWM占空比实现相应的控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种混合动力控制方法，其特征在于，应用于一种混合动力系统，所述混合动力系统包括：燃料电池、蓄电池和电机，所述燃料电池和蓄电池均通过母线与所述电机电连接；其中，所述方法包括：

当所述母线的电压值低于V1_H时，通过调整所述燃料电池供给所述母线的电能来使所述母线的电压值趋近V1_L；反之，停止将所述燃料电池产生的电能供给所述母线；

当所述母线的电压值高于V2_L时，通过调整所述母线供给所述蓄电池的充电电能来使所述母线的电压值趋近V2_H；反之，停止向所述蓄电池充电；

当所述母线的电压值低于V3_H时，通过调整所述蓄电池供给所述母线的放电电能来使所述母线的电压值趋近V3_L；反之，停止所述蓄电池的放电；

其中，V3_L<V3_H<V1_L<V1_H<V2_L<V2_H。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合动力系统进一步包括：电子负载，所述电子负载与所述母线连接，用于消耗所述母线上过剩的电能；

其中，所述方法进一步包括：

当所述母线的电压值高于V4_L时，通过调整所述电子负载的能耗以使所述母线的电压趋近V4_H；反之，停止向所述电子负载转移电能；

其中，V2_L<V2_H<V4_L<V4_H。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述燃料电池混合动力系统进一步包括：油门装置和刹车装置；其中，所述方法进一步包括：

当检测到油门装置的油门信号时，将所述母线的电能供给所述电机；以及，

当检测到刹车装置的刹车信号时，将所述电机的电能回馈到所述母线。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述母线的电能供给所述电机包括：

当所述母线的电压值高于V6_H时，根据所述油门信号的大小控制所述电机的输出转速；

当所述母线的电压值介于V6_L和V6_H之间时，降低所述电机的输出转速来降低电机所需的电能，以使所述母线的电压值达到V6_H；以及，

当所述母线的电压值低于V6_L时，停止向所述电机供给电能；

其中，V6_L<V6_H<V3_L<V3_H。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述电机的过剩电能回馈到所述母线包括：

当所述母线的电压低于V5_H时，根据所述刹车信号的大小将所述电机的过剩电能回馈到所述母线；以及，

当所述母线的电压高于V5_H时，通过机械制动的方式降低所述电机的转速；

其中，V4_H<V5_H。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调整所述燃料电池供给所述母线的电能来使所述母线的电压值趋近V1_L包括：

监测所述母线的电压值V以及所述燃料电池输出到母线上的电压VFC；

以VFC为参考值，以VFC_SET为反馈值建立第一PID控制，获取第一PID输出的电流第一限制值IDC_STMIT1；当IDC_STMIT1大于所述燃料电池的最大输出电流IFC_MAX时，设置IDC_STMIT1等于IFC_MAX；

以V1_L为参考值，以V为反馈值建立第二PID控制，获取第二PID输出的电流第二限制值IDC_STMIT2，如果IDC_STMIT2大于IDC_STMIT1，则设置IDC_STMIT2等于IDC_STMIT1；以及

将PWM信号正比于DC_STMIT2，并根据PWM信号控制所述燃料电池供给所述母线的电流；

和/或，通过调整所述母线供给所述蓄电池的充电电能来使所述母线的电压值趋近V2_H包括：

监测所述母线的电压值V、所述蓄电池的充电电压V_St以及所述蓄电池的充电电流I_St；

以V为参考值，以V2_H为反馈值建立第三PID控制，获得第三PID控制输出电压；如果第三PID控制输出电压大于所述蓄电池预先设定的充电电压V_St_Set，则设置第三PID控制输出电压等于V_St_Set；

以第三PID控制输出电压为参考值，以V_St为反馈值建立第四PID控制，获得第四PID控制输出电流；如果第四PI控制输出电流大于所述蓄电池预先设定的充电电流I_St_Set，则设置第四PID控制输出电流等于I_St_Set；

以第四PID控制输出电流为参考值，以I_St为反馈值建立第五PID控制，获得第五PID控制输出PWM信号；根据所述的第五PID控制输出PWM信号调整所述母线供给所述蓄电池的充电电流；

和/或，通过调整所述蓄电池供给所述母线的放电电能来使所述母线的电压值趋近V3_L包括：

监测所述母线的电压值V；

以V3_L为参考值，以V为反馈值建立第六PID控制，获取第六PID控制输出电流，如果该第六PID控制输出电流大于所述锂电池预先设定的最大放电电流I_St_MAX，则设置第六PID控制输出电流等于I_St_MAX；以及，

产生正比于第六PID控制输出电流的PWM信号，通过该PWM信号调整所述蓄电池供给所述母线的放电电流。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过调整所述电子负载的能耗以使所述母线的电压趋近V4_H包括：

监测所述母线的电压V；

以V作为参考值，以V4_H作为反馈值建立第七PID控制，获取第七PID控制输出的PWM信号，如果第七PID控制输出的PWM信号大于P_MAX，则设置第七PID控制输出的PWM信号等于P_MAX；以及，

根据所述第七PID控制输出PWM信号调整所述电子负载的能耗电流。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，降低所述电机的输出转速来降低电机所需的电能，以使所述母线的电压值达到V6_H包括：

监测所述母线的电压V以及油门信号Vy；

以V为参考值，以V6_H作为反馈值建立第八PID控制，获取第八PID输出的控制信号，如果第八PID控制输出的控制信号大于Vy，则设置第八PID控制输出的信号等于Vy；以及，

根据第八PID控制输出的信号控制所述电机的输出转速。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述刹车信号的大小将所述电机的过剩电能回馈到所述母线包括：

监测所述刹车信号Vs；

控制所述电机回馈给所述母线的能馈电流正比于Vs。

10.一种混合动力系统，其特征在于，包括：燃料电池、燃料电池控制器、蓄电池、充电控制器、放电控制器和电机；其中，所述燃料电池控制器通过母线与所述充电控制器和所述放电控制器连接，所述电机利用所述母线上的电能进行运转；

所述燃料电池控制器与所述燃料电池连接，配置为当所述母线的电压值低于V1_H时，通过调整所述燃料电池供给所述母线的电能来使所述母线的电压值趋近V1_L；反之，停止将所述燃料电池产生的电能供给所述母线；

所述充电控制器的输入端与所述母线连接，输出端与所述蓄电池连接，配置为当所述母线的电压值高于V2_L时，通过调整所述母线供给所述蓄电池的充电电能来使所述母线的电压值趋近V2_H；反之，停止向所述蓄电池充电；

所述放电控制器的输入端与所述蓄电池连接，输出端与所述母线连接，配置为当所述母线的电压值低于V3_H时，通过调整所述蓄电池供给所述母线的放电电能来使所述母线的电压值趋近V3_L；反之，停止所述蓄电池的放电；

其中，V3_L<V3_H<V1_L<V1_H<V2_L<V2_H。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，进一步包括：电子负载控制器和电子负载；所述电子负载通过所述电子负载控制器连接到所述母线上；

所述电子负载控制器配置为当所述母线的电压值高于V4_L时，通过调整所述电子负载的能耗以使所述母线的电压趋近V4_H；反之，停止向所述电子负载转移电能；

其中，V2_L<V2_H<V4_L<V4_H。

12.根据权利要求10或11所述的系统，其特征在于，进一步包括：电机控制器、油门装置、刹车装置以及机械制动装置；所述电机通过所述电机控制器与所述母线连接，同时所述电机与所述油门装置、所述刹车装置以及所述机械制动装置分别连接；其中，

所述电机控制器配置为当检测到油门装置的油门信号时，执行电动算法，当检测到刹车装置的刹车信号时，执行能馈算法；

其中，所述电动算法包括：当所述母线的电压值高于V6_H时，根据所述油门信号的大小控制所述电机的输出转速；当所述母线的电压值介于V6_L和V6_H之间时，降低所述电机的输出转速来降低电机所需的电能，以使所述母线的电压值达到V6_H；以及，当所述母线的电压值低于V6_L时，停止向所述电机供给电能；其中，V6_L<V6_H<V3_L<V3_H；

所述能馈算法包括：当所述母线的电压低于V5_H时，根据所述刹车信号的大小将所述电机的过剩电能回馈到所述母线；以及，当所述母线的电压高于V5_H时，通过机械制动的方式降低所述电机的转速；其中，V4_H<V5_H。