CN107054124B - 一种基于车载导航的混合动力系统及方法 - Google Patents

一种基于车载导航的混合动力系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于车载导航的混合动力系统，包括燃料电池子系统(1)、动力电池子系统(2)、整车控制器(3)、能量管理控制器(4)和车载导航(5)，所述的燃料电池子系统(1)和动力电池子系统(2)分别连接整车负载(6)，所述的能量管理控制器(4)分别与燃料电池子系统(1)、动力电池子系统(2)、整车控制器(3)和车载导航(5)连接。与现有技术相比，本发明根据汽车导航发送的路径及车速信息，估算后续能量消耗，对燃料电池混合动力汽车精确地进行能量管理，减少燃料电池启停次数，延长燃料电池寿命。

Description

一种基于车载导航的混合动力系统及方法
技术领域
本发明涉及一种汽车混合动力系统，尤其是涉及一种基于车载导航的混合动力系统及方法。
背景技术
近年来电动汽车已取得重大进展，但是电动汽车续航里程短、充电时间长、充电困难等缺点使电动汽车无法成为交通领域的最终解决方案。燃料电池以氢气和氧气为反应物，生成电与水。转换效率高且完全无污染、零排放。然而，由于燃料电池的动态响应速度较慢难以满足车载工况的快速变化，在实际使用过程中，一般需要配合一定容量的锂电池用于“削峰填谷”。现阶段燃料电池-锂电池混合动力汽车一般根据锂电池SOC(State ofCharge)来制定能量管理策略，目的是防止锂电池过充和过放。由于汽车的运行工况复杂，若一味地根据锂电池状态进行能量控制，则会造成燃料电池频繁启停、燃料电池运行工况不稳定等问题，最终影响燃料电池使用寿命。
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基于车载导航的混合动力系统及方法，通过车载导航可提供的路况信息与行程信息来对燃料电池进行预测性控制，提高燃料电池工作效率与寿命以及乘坐舒适性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于车载导航的混合动力系统，包括燃料电池子系统、动力电池子系统、整车控制器、能量管理控制器和车载导航，所述的燃料电池子系统和动力电池子系统分别连接整车负载，所述的能量管理控制器分别与燃料电池子系统、动力电池子系统、整车控制器和车载导航连接。
所述的燃料电池子系统包括燃料电池电堆、氢气供给单元、空气供给单元、冷却单元和燃料电池控制单元，所述的燃料电池控制单元与能量管理控制器(4)通过通信线缆连接，燃料电池电堆与氢气供给单元、空气供给单元和冷却单元分别通过管道连接。
所述的动力电池子系统包括动力电池和动力电池控制单元，所述的动力电池控制单元分别与动力电池和能量管理控制器通过通信线缆连接。
所述的能量管理控制器与整车控制器和车载导航通过CAN总线连接。
能量管理控制器接入A、B两个网络，其中A网络与燃料电池子系统和动力电池子系统通讯；B网络与整车控制器和车载导航通讯。
所述的能量管理控制器包括单片机、电源、CAN收发器、存储器和I/O接口。
所述的能量管理控制器与车载导航通过通信线缆连接。
一种所述的基于车载导航的混合动力系统的使用方法，包括以下步骤：
S1，汽车开始行驶之前，车载导航向能量管理控制器发送行程路径、参考行驶车速信息，能量管理控制器计算该行程所需的能量，并接收动力电池子系统发送的行驶前SOC数据；
S2，能量管理控制器根据计算结果和行驶前SOC数据，计算行驶后SOC数据，判断该行程所属工况，根据工况决定燃料电池子系统是否启动，并向燃料电池子系统发送含有该信息的控制信号；
S3，能量管理控制器向整车控制器发送启动信号，开始行驶。
所述的工况包括工况1、工况2、工况3、工况5、工况6和工况9、各工况对应的行驶前SOC和行驶后SOC如下表所示：
若为工况1或工况2，则燃料电池子系统不启动，若为工况3、工况6或工况9，则燃料电池子系统启动，若为工况5，则能量管理控制器计算该行程行驶时间，若行驶时间大于或等于预设值则燃料电池子系统启动，若小于预设值，则燃料电池子系统不启动。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)燃料电池最佳效率点为实验室测得，但是现有的车辆无法预知后续能量消耗，为了防止动力电池过充或过放，燃料电池经常不得不工作在低效区。本发明可根据汽车导航发送的路径及车速信息，估算后续能量消耗，对燃料电池混合动力汽车精确地进行能量管理，使燃料电池子系统工作在最佳效率点，便可调整燃料电池在合适的时机启动来保证效率，同时减少燃料电池启停次数，有效延长燃料电池寿命。
(2)燃料电池子系统和动力电池子系统通过通信线缆与能量管理控制器连接成一个网络，能量管理控制器与整车控制器和车载导航通过CAN总线连接形成另一个网络，进行分布式控制，保障了各个网络下的总线负载率都在合理的范围，通信质量高。
(3)不同的工况对应各自的启动策略，在仅凭电池SOC状态不能对燃料电池是否启动进行判断时，根据行驶时间来决定，减少系统频繁启停。
(4)适用范围广，对原有整车结构改变较小，增加的成本少。
附图说明
图1为本实施例的系统结构示意图；
图2为本实施例系统使用方法流程图。
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。
实施例
如图1所示，一种基于车载导航的混合动力系统，包括燃料电池子系统1、动力电池子系统2、整车控制器3、能量管理控制器4和车载导航5，燃料电池子系统1和动力电池子系统2分别连接整车负载6，能量管理控制器4分别与燃料电池子系统1、动力电池子系统2、整车控制器3和车载导航5连接。
燃料电池子系统1包括燃料电池电堆、氢气供给单元、空气供给单元、冷却系统、燃料电池控制单元和DC/DC变换器，所述的燃料电池控制单元与能量管理控制器4通过通信线缆(典型通信方式为CAN总线通信)连接，燃料电池电堆与氢气供给单元、空气供给系统和冷却系统通过管道连接。
动力电池子系统2包括动力电池和动力电池控制单元，动力电池控制单元分别与动力电池和能量管理控制器4通过通信线缆(典型通信方式为CAN总线通信)连接。
能量管理控制器4与整车控制器3和车载导航5通过CAN总线连接。
能量管理控制器4包括单片机、电源、CAN收发器、存储器和I/O接口。
能量管理控制器4与车载导航5通过通信线缆(典型通信方式为CAN总线通信)连接。
整车控制器3可向能量管理控制器4发送实时车速、油门踏板等。用于短时导航数据缺失的控制目的。
工作方式如下：
1.在汽车启动之后，导航提示驾驶员输入目的地信息，导航提供参考路径供驾驶员选择，驾驶员选择完行驶路径后跳往下一步。若驾驶员未输入目的地信息，则根据锂电池SOC来进行能量管理。
2.能量管理控制器4接受车载导航5发送的总里程、行驶时间、各路段行驶车速等路况信息，并接受动力电池管理系统发送的SOC数据。
3.能量管理控制器4根据行驶路程等路况信息预估所需消耗的电池能量，若此旅程完成SOC仍处于合理状态，则能量管理控制器4判定燃料电池系统不启动。若此旅程结束SOC处于低状态，则能量管理控制器4判定燃料电池根据使锂电池处于合理状态的充电功率进行恒功率充电。若此旅程长时间处于高能量消耗，则能量管理控制器4判定燃料电池以保证之后能量储备的最大充电功率进行充电。
如图2所示，使用方法具体包括以下步骤：
S1，汽车开始行驶之前，车载导航5向能量管理控制器4发送行程路径、参考行驶车速信息，能量管理控制器4计算该行程所需的能量，并接收动力电池子系统2发送的行驶前SOC数据；
S2，能量管理控制器4根据计算结果和行驶前SOC数据，计算行驶后SOC数据，判断该行程所属工况，根据工况决定燃料电池子系统1是否启动，并向燃料电池子系统1发送含有该信息的控制信号；
S3，能量管理控制器4向整车控制器3发送启动信号。
工况包括工况1、工况2、工况3、工况5、工况6和工况9、各工况对应的行驶前SOC和行驶后SOC如表1所示：
表1不同SOC对应工况表
若为工况1或工况2，则燃料电池子系统1不启动，若为工况3、工况6或工况9，则燃料电池子系统1启动，若为工况5，则能量管理控制器4计算该行程行驶时间，若行驶时间大于或等于预设值则燃料电池子系统1启动，若小于预设值，则说明行驶时间太短，不足以使燃料电池子系统1达到高效工作区，且频繁启停对燃料电池电堆寿命影响较大，故燃料电池子系统1不启动，作此设定可以延长电池电堆寿命。

Claims (6)

1.一种基于车载导航的混合动力系统，其特征在于，包括燃料电池子系统(1)、动力电池子系统(2)、整车控制器(3)、能量管理控制器(4)和车载导航(5)，所述的燃料电池子系统(1)和动力电池子系统(2)分别连接整车负载(6)，所述的能量管理控制器(4)分别与燃料电池子系统(1)、动力电池子系统(2)、整车控制器(3)和车载导航(5)连接；
其中，所述的能量管理控制器(4)与整车控制器(3)和车载导航(5)通过CAN总线连接；
所述的能量管理控制器(4)包括单片机、电源、CAN收发器、存储器和I/O接口。
2.根据权利要求1所述的一种基于车载导航的混合动力系统，其特征在于，所述的燃料电池子系统(1)包括燃料电池电堆、氢气供给单元、空气供给单元、冷却单元和燃料电池控制单元，所述的燃料电池控制单元与能量管理控制器(4)通过通信线缆连接，燃料电池电堆与氢气供给单元、空气供给单元和冷却单元分别通过管道连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于车载导航的混合动力系统，其特征在于，所述的动力电池子系统(2)包括动力电池和动力电池控制单元，所述的动力电池控制单元分别与动力电池和能量管理控制器(4)通过通信线缆连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于车载导航的混合动力系统，其特征在于，所述的能量管理控制器(4)与车载导航(5)通过通信线缆连接。
5.一种如权利要求1～4任一所述的基于车载导航的混合动力系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，汽车开始行驶之前，车载导航(5)向能量管理控制器(4)发送行程路径、参考行驶车速信息，能量管理控制器(4)计算该行程所需的能量，并接收动力电池子系统(2)发送的行驶前SOC数据；
S2，能量管理控制器(4)根据计算结果和行驶前SOC数据，计算行驶后SOC数据，判断该行程所属工况，根据工况决定燃料电池子系统(1)是否启动，并向燃料电池子系统(1)发送含有该信息的控制信号；
S3，能量管理控制器(4)向整车控制器(3)发送启动信号，开始行驶。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的工况包括工况1、工况2、工况3、工况5、工况6和工况9、各工况对应的行驶前SOC和行驶后SOC如下表所示：
若为工况1或工况2，则燃料电池子系统(1)不启动，若为工况3、工况6或工况9，则燃料电池子系统(1)启动，若为工况5，则能量管理控制器(4)计算该行程行驶时间，若行驶时间大于或等于预设值则燃料电池子系统(1)启动，若小于预设值，则燃料电池子系统(1)不启动。
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