CN108621812A - 一种燃料电池混合动力系统运行控制方法 - Google Patents

一种燃料电池混合动力系统运行控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108621812A
CN108621812A CN201710171175.2A CN201710171175A CN108621812A CN 108621812 A CN108621812 A CN 108621812A CN 201710171175 A CN201710171175 A CN 201710171175A CN 108621812 A CN108621812 A CN 108621812A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
vehicle
power
pfce
control method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710171175.2A
Other languages
English (en)
Inventor
王宗田
李飞强
刘军瑞
李进
李贺
谷美融
孟德水
张鹏凡
柴结实
廖建华
程明岩
白昊
谭光辉
李玉鹏
曹卓涛
任正新
陈勇刚
张龙海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Original Assignee
Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd filed Critical Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Priority to CN201710171175.2A priority Critical patent/CN108621812A/zh
Publication of CN108621812A publication Critical patent/CN108621812A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/31—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for starting of fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及一种燃料电池混合动力系统运行控制方法，无论车辆处于运行状态还是停止状态，即不管车辆处于什么状态，均控制燃料电池启动，也就是说不管车辆在什么状态燃料电池均输出有电流，即均有功率输出，并且燃料电池的输出电流大于燃料电池在车辆怠速状态下的输出电流。因此，控制燃料电池始终输出一个大于怠速状态对应的电流，能够避免燃料电池处于怠速状态，即通过该控制方法能够使燃料电池取消怠速状态，进而避免出现因怠速而产生的高电位、膜含水量的下降、膜穿孔、质子交换能力下降和催化剂活性降低等情况，从而有效提高燃料电池使用寿命。

Description

一种燃料电池混合动力系统运行控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池混合动力系统运行控制方法，属于燃料电池混合动力系统的运行控制领域。
背景技术
目前，公知的燃料电池汽车控制方法是按照燃料电池正常的启动程序，从怠速到加载再到卸载这个过程，来实现燃料电池的启动和关闭。但是，怠速会使燃料电池产生高电位，由于怠速状态会造成燃料电池膜穿孔、质子交换能力下降和催化剂活性降低等后果，因此，怠速过程对燃料电池寿命极为不利。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池混合动力系统运行控制方法，用以避免动力系统进入怠速状态。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种燃料电池混合动力系统运行控制方法，车辆处于运行状态或者停止状态时，均控制燃料电池启动，且控制燃料电池的输出电流大于燃料电池在车辆怠速状态下的输出电流。
所述燃料电池的输出电流大于或者等于燃料电池的最小工作电流。
当车辆处于运行状态时，燃料电池的输出电流为车辆运行提供电能；当车辆处于停止状态时，燃料电池的输出电流为动力电池充电。
当车辆的需求功率P满足：Pfcmin＜P＜Pfc时，燃料电池以所述Pfc运行，Pfc-P部分为动力电池充电；当车辆的需求功率P满足：Pfc≤P＜Pfce时，燃料电池以所述Pfce运行，Pfce-P部分为动力电池充电；当车辆的需求功率P满足：P≥Pfce时，燃料电池以所述Pfce运行，P-Pfce部分由动力电池提供；
其中，Pfcmin为燃料电池最小工作电流对应的输出功率；Pfc和Pfce为设定值，为设定的燃料电池的某两个输出功率的阈值。
所述Pfc为燃料电池的高效工作点，所述Pfce为燃料电池的额定功率点。
车辆在制动时制动回收能量存储于动力电池中。
本发明提供的燃料电池混合动力系统运行控制方法中，无论车辆处于运行状态还是停止状态，即不管车辆处于什么状态，均控制燃料电池启动，也就是说不管车辆在什么状态燃料电池均输出有电流，即均有功率输出，并且燃料电池的输出电流大于燃料电池在车辆怠速状态下的输出电流。由于燃料电池的输出电流大于燃料电池在车辆怠速状态下的输出电流，因此，控制燃料电池始终输出一个大于燃料电池在车辆怠速状态下的输出电流，能够避免动力系统(即车辆或者说燃料电池)处于怠速状态，即通过该控制方法能够使燃料电池取消怠速状态，进而避免出现因怠速而使燃料电池产生高电位、膜含水量的下降、膜穿孔、质子交换能力下降和催化剂活性降低等情况，从而有效提高燃料电池使用寿命。
附图说明
图1是燃料电池混合动力系统的硬件结构示意图；
图2是集成控制器的控制原理示意图；
图3是燃料电池的工作点的特性示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，燃料电池混合动力系统包括以下几个子系统，分别是燃料电池系统、动力电池系统、整车控制器、DC/DC系统、集成控制器和驱动电机，其中，燃料电池系统包括燃料电池和燃料电池控制器，动力电池系统包括动力电池和动力电池控制器，DC/DC系统包括DC/DC和DC/DC控制器。如图1所示，燃料电池依次通过DC/DC和集成控制器将电能输出给驱动电机，驱动电机通过主减速器/差速器驱动车轮转动以实现车辆行驶，动力电池也通过集成控制器将电能输出给驱动电机。燃料电池和动力电池相当于并联设置，两者中的其中一个或者同时两个均能够为驱动电机提供电能。DC/DC对燃料电池进行升降压控制，限制燃料电池的输出功率，使燃料电池经DC/DC后的电压平台和整车的电压平台保持一致。
集成控制器、整车控制器、DC/DC控制器、动力电池控制器以及燃料电池控制器通过整车网络总线连接。整车控制器中设置有相应的软件程序，采集各子系统的信号对各子系统进行协调控制，通过燃料电池和动力电池能量分配，高效满足整车功率需求。
如图2所示，集成控制器包括高压配电系统、空压机控制器、驱动电机控制器和低压DC/DC控制器，实现了各个组成控制器的功能。采用集成控制器能够减少整车部件数量，简化了整车布置，实现多控制器的多功能集成。
在本实施例中，本发明提供的燃料电池混合动力系统运行控制方法以软件程序的方式加载在整车控制器中，整车控制器根据软件程序进行相应地运行控制，具体如下：
设定燃料电池在车辆怠速状态下的输出电流为Iidle，燃料电池的最小工作电流为Imin，最小工作电流对应的输出功率就为最小输出功率，为Pfcmin，那么，Imin＞Iidle。
由于车辆具有两个状态，分别是运行状态和停止状态，车辆要么处于运行状态，要么处于停止状态。所以，无论车辆处于运行状态还是停止状态，即不管车辆处于什么状态，均控制燃料电池启动，也就是说不管车辆在什么状态燃料电池均输出有电流，即均有功率输出，并且燃料电池的输出电流I大于燃料电池在车辆怠速状态下的输出电流，即燃料电池工作于怠速状态下的输出电流Iidle，由于Imin＞Iidle，所以，为了保证燃料电池的电流输出，本实施例中，燃料电池的输出电流I大于或者等于燃料电池的最小工作电流Imin，使燃料电池输出的功率最小是最小输出功率Pfcmin。由于Imin＞Iidle，那么，不管在什么状态，燃料电池始终输出一个大于Iidle的电流值。通过这种控制方式，能够避免车辆处于怠速状态，避免燃料电池工作于怠速状态，也就是说使车辆不再有怠速状态，进而避免出现因怠速而产生的燃料电池高电位、膜含水量的下降、膜穿孔、质子交换能力下降和催化剂活性降低等情况，从而有效提高燃料电池使用寿命。当然，作为其他的实施例，燃料电池的输出电流I还可以略小于燃料电池的最小工作电流Imin，但是，不管如何，均需要满足：燃料电池的输出电流I大于燃料电池在车辆怠速状态下的输出电流Iidle。
而且，当车辆处于运行状态时，不管车辆是在行驶、在作业还是在其他的用电状态，燃料电池的输出电流均为车辆运行提供相应的电能；当车辆处于停止状态时，车辆不消耗能量，此时，燃料电池的输出电流用于为动力电池充电，以小电流不断为动力电池进行充电，保证车辆在停止时燃料电池仍能够持续输出能量。
进一步地，本实施例中，车辆在运行时，燃料电池输出功率根据整车需求进行动态协调控制，其中涉及到燃料电池系统的两个工作点，或者称为功率点，这两个工作点为比较用阈值，用于跟实际的车辆的需求功率进行比较。其中，一个工作点为燃料电池系统的高效工作点，另一个工作点为燃料电池系统的额定功率点。燃料电池系统的效率最高点对应的功率为燃料电池系统的高效工作点，燃料电池系统能够稳态对外输出的功率为燃料电池系统的额定功率点，两个工作点的特点如图3所示。设定：车辆的需求功率为P，燃料电池系统的高效工作点为Pfc，燃料电池系统的额定功率点为Pfce。
整车控制器实时采集车辆的需求功率P，当需求功率小于燃料电池系统的高效工作点对应的功率Pfc时，即Pfcmin＜P＜Pfc时，燃料电池系统运行于高效工作点Pfc，剩余功率的输出，即Pfc-P部分为动力电池充电；当需求功率P在燃料电池系统的高效工作点对应的功率Pfc和额定工作点对应的功率Pfce之间时，即Pfc≤P＜Pfce时，燃料电池系统运行于额定工作点Pfce，剩余功率输出，即Pfce-P部分为动力电池充电；当需求功率P大于或者等于燃料电池系统的额定功率Pfce时，即P≥Pfce，燃料电池系统运行于额定工作点Pfce，不够的功率需求，即P-Pfce部分由动力电池提供。
也就是说，在需求功率小于燃料电池工作的功率时，供大于求，这时就需要将用不到的功率进行存储；在需求功率大于燃料电池工作的功率时，供小于求，这时就需要将动力电池的部分功率也释放出来，用于支持车辆的动力需求。
另外，车辆在启动时或低速(即速度低于一个速度设定值)时，车辆的需求功率由动力电池提供。而且，在车辆制动时，驱动电机系统回收的制动能量存储到动力电池中，为下次整车启动做准备。
该运行控制方法能够使燃料电池系统在高效工作点或者额定工作点工作，避免了燃料电池系统的功率输出出现波动，能够保证燃料电池系统稳定输出，有效减少变载造成的燃料电池系统性能衰减，有效的保护了燃料电池系统，提高了燃料电池系统的耐久性，从而提高整车的燃料经济性能。
上述实施例中，选取的燃料电池系统的两个输出功率的阈值为燃料电池系统的高效工作点和额定功率点，这两个点具备代表意义，当然，该控制方法也并非只能选取这两个点，作为其他的实施例，还可以在高效工作点和额定功率点之间选取两个不同的功率点来进行控制，那么，在控制时，燃料电池系统稳定输出的功率就为这两个选取的点。
本发明的发明点在于一种燃料电池混合动力系统运行控制方法，具体是防止燃料电池进入怠速状态。为了便于说明该控制方法，上述结合一个具体的燃料电池混合动力系统说明该控制方法，当然，该运行控制方法并不局限于该动力系统，也适用于其他的燃料电池混合动力系统，比如：将该动力系统进行适当变形或者使用等同的设备替换对应的设备。

Claims (6)

1.一种燃料电池混合动力系统运行控制方法，其特征在于，车辆处于运行状态或者停止状态时，均控制燃料电池启动，且控制燃料电池的输出电流大于燃料电池在车辆怠速状态下的输出电流。
2.根据权利要求1所述的燃料电池混合动力系统运行控制方法，其特征在于，所述燃料电池的输出电流大于或者等于燃料电池的最小工作电流。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池混合动力系统运行控制方法，其特征在于，当车辆处于运行状态时，燃料电池的输出电流为车辆运行提供电能；当车辆处于停止状态时，燃料电池的输出电流为动力电池充电。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池混合动力系统运行控制方法，其特征在于，当车辆的需求功率P满足：Pfcmin＜P＜Pfc时，燃料电池以所述Pfc运行，Pfc-P部分为动力电池充电；当车辆的需求功率P满足：Pfc≤P＜Pfce时，燃料电池以所述Pfce运行，Pfce-P部分为动力电池充电；当车辆的需求功率P满足：P≥Pfce时，燃料电池以所述Pfce运行，P-Pfce部分由动力电池提供；
其中，Pfcmin为燃料电池最小工作电流对应的输出功率；Pfc和Pfce为设定值，为设定的燃料电池的某两个输出功率的阈值。
5.根据权利要求4所述的燃料电池混合动力系统运行控制方法，其特征在于，所述Pfc为燃料电池的高效工作点，所述Pfce为燃料电池的额定功率点。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池混合动力系统运行控制方法，其特征在于，车辆在制动时制动回收能量存储于动力电池中。
CN201710171175.2A 2017-03-21 2017-03-21 一种燃料电池混合动力系统运行控制方法 Pending CN108621812A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710171175.2A CN108621812A (zh) 2017-03-21 2017-03-21 一种燃料电池混合动力系统运行控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710171175.2A CN108621812A (zh) 2017-03-21 2017-03-21 一种燃料电池混合动力系统运行控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108621812A true CN108621812A (zh) 2018-10-09

Family

ID=63706467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710171175.2A Pending CN108621812A (zh) 2017-03-21 2017-03-21 一种燃料电池混合动力系统运行控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108621812A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112644332A (zh) * 2020-12-31 2021-04-13 北京新能源汽车技术创新中心有限公司 电动汽车能量管理系统、方法及汽车
WO2024055618A1 (zh) * 2022-09-15 2024-03-21 中车株洲电力机车有限公司 一种供能控制方法、装置及混合动力车辆

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102555765A (zh) * 2012-02-21 2012-07-11 华南理工大学 一种燃料电池-锂离子电池混合动力系统
CN102751518A (zh) * 2011-04-20 2012-10-24 本田技研工业株式会社 燃料电池系统以其控制方法
CN102881956A (zh) * 2012-09-28 2013-01-16 引峰新能源科技（上海）有限公司 燃料电池混合电源能量管理方法
CN105835712A (zh) * 2016-04-07 2016-08-10 郑州宇通客车股份有限公司 燃料电池客车动力控制方法和燃料电池客车动力系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102751518A (zh) * 2011-04-20 2012-10-24 本田技研工业株式会社 燃料电池系统以其控制方法
CN102555765A (zh) * 2012-02-21 2012-07-11 华南理工大学 一种燃料电池-锂离子电池混合动力系统
CN102881956A (zh) * 2012-09-28 2013-01-16 引峰新能源科技（上海）有限公司 燃料电池混合电源能量管理方法
CN105835712A (zh) * 2016-04-07 2016-08-10 郑州宇通客车股份有限公司 燃料电池客车动力控制方法和燃料电池客车动力系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112644332A (zh) * 2020-12-31 2021-04-13 北京新能源汽车技术创新中心有限公司 电动汽车能量管理系统、方法及汽车
WO2024055618A1 (zh) * 2022-09-15 2024-03-21 中车株洲电力机车有限公司 一种供能控制方法、装置及混合动力车辆

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102487145B (zh) 控制燃料电池混合系统的操作的系统和方法
CN111152690B (zh) 一种燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制方法及系统
CN101627498B (zh) 燃料电池系统及其控制方法
CN101868881B (zh) 燃料电池系统
Zhu et al. Fuzzy logic based energy management strategy for a fuel cell/battery/ultra-capacitor hybrid ship
US8119298B2 (en) Fuel cell system and mobile body
KR102284412B1 (ko) 전기 자동차
KR101033900B1 (ko) 연료전지 수퍼캡 직결형 하이브리드 차량의 동력분배장치 및 방법
CN103515637B (zh) 用于燃料电池推进系统的基于效率的待机模式
CN105835712A (zh) 燃料电池客车动力控制方法和燃料电池客车动力系统
CN106240390A (zh) 一种纯电动客车动力系统及其低soc时动态优化电能的方法
JP4400669B2 (ja) 燃料電池システム
JP2008527648A (ja) 再充電可能な蓄電装置の使用による電圧サイクリングにより引き起こされる電圧損失の減少
CN104205454A (zh) 燃料电池系统
CN101868880A (zh) 燃料电池系统
CN111452632A (zh) 一种多电压平台氢燃料电池汽车能源系统
CN105416085A (zh) 混合动力控制方法和混合动力系统
CN111546946B (zh) 一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法
CN205220414U (zh) 一种基于燃料电池的电电混合电动汽车供电系统
CN103682401B (zh) 在备用期间为燃料电池堆提供功率
CN113844338A (zh) 混合动力车辆及其供电控制方法和系统
CN113968170A (zh) 一种机车用燃料电池混合动力系统能量管理方法
JP2017011883A (ja) 燃料電池自動車
CN108621812A (zh) 一种燃料电池混合动力系统运行控制方法
CN108879745B (zh) 一种提高机组调峰经济性的综合发电系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181009

RJ01 Rejection of invention patent application after publication