CN108819767B - 氢燃料电池汽车动力系统的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池汽车动力系统的控制方法，该方法包括：确定汽车的工况；汽车工况为启动时，控制氢燃料电池为主动力电池充电，控制主动力电池为驱动电机提供功率输出；汽车工况为加速时，控制氢燃料电池为主动力电池充电，控制氢燃料电池和主动力电池为驱动电机提供功率输出，或控制氢燃料电池为驱动电机提供输出；当汽车工况为减速、匀速或怠速，主动力电池的荷电态大于第二荷电态且不大于第一荷电态时，控制氢燃料电池为主动力电池充电；主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，控制氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出。本发明能够避免氢燃料电池损坏后汽车动力系统无法继续使用的技术问题。

Description

氢燃料电池汽车动力系统的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种氢燃料电池汽车动力系统的控制方法及装置。

背景技术

氢燃料电池是一种不经过燃烧直接以电化学反应的方式将氢气和空气中氧气的化学能转化为直流电能的发电装置。氢燃料电池仅供应氢气和空气就可以源源不断地输出电能，有着功率密度高、噪音小、无污染的优点，在交通运输领域有着巨大应用潜力。

目前，控制氢燃料电池的策略通常是依据汽车的蓄电池剩余电量情况来判断是否启动氢燃料电池。即剩余电量不足时，氢燃料电池为汽车的电机提供功率输出，剩余电量充足时，则不启动氢燃料电池，启用汽车的蓄电池为电机提供功率输出。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有氢燃料电池的控制策略仅通过蓄电池的剩余电量作为判断条件是否启动氢燃料电池，该种策略仅在电量不足时启用氢燃料电池，使蓄电池为电机提供功率输出的频率较高，没有充分发挥氢燃料电池的效用，且导致蓄电池的寿命较短。

发明内容

本发明实施例提供了一种氢燃料电池汽车动力系统的控制方法及装置，能够避免因氢燃料电池损坏而导致氢燃料电池汽车动力系统无法继续使用的技术问题。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种氢燃料电池汽车动力系统控制方法，所述方法包括：确定汽车的工况，所述汽车的工况包括：启动、加速、减速、匀速和怠速；当所述汽车工况为启动时，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电，控制所述主动力电池为驱动电机提供功率输出；当所述汽车工况为加速时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电和控制所述氢燃料电池和所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出，或控制所述氢燃料电池为所述驱动电机提供输出；当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态大于第二荷电态且不大于第一荷电态时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出；当所述汽车的工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电和为所述驱动电机提供功率输出，所述第二荷电态小于所述第一荷电态。

进一步地，所述方法还包括：当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态不小于第三荷电态时，控制所述氢燃料电池停止为所述主动力电池充电，所述第三荷电态大于所述第一荷电态。

进一步地，当所述汽车工况为启动时，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电，控制所述主动力电池为驱动电机提供功率输出，包括：当所述汽车工况为启动且所述主动力电池的荷电态大于第二荷电态时，控制所述氢燃料电池以额定功率的2％～5％为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出；当所述汽车工况为启动且所述主动力电池的荷电态不大于所述第二荷电态时，根据所述汽车工况所需功率确定所述氢燃料电池的输出功率，控制所述氢燃料电池以所述输出功率为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出。

进一步地，当所述汽车工况为加速时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电和控制所述氢燃料电池和所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出，或控制所述氢燃料电池为所述驱动电机提供输出，包括：当所述汽车工况为加速且所述主动力电池的荷电态大于所述第二荷电态时，若所述汽车工况所需功率大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池以最大功率为所述驱动电机提供功率输出且控制所述主动力电池补足所述汽车工况所需功率，若所述汽车工况所需功率不大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出；当所述汽车工况为加速且所述主动力电池的荷电态不大于所述第二荷电态时，若所述汽车工况所需功率大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池以最大功率为所述驱动电机提供功率输出，若所述汽车工况所需功率不大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出。

进一步地，当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池荷电态大于第二荷电态且不大于第一荷电态时，或者，当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电，包括：根据所述汽车工况所需功率确定所述氢燃料电池的输出功率，控制所述氢燃料电池以所述输出功率为所述主动力电池充电。

另一方面，本发明实施例提供了一种氢燃料电池汽车动力系统的控制装置，所述装置包括：确定模块，用于确定汽车的工况，所述汽车的工况包括：启动、加速、减速、匀速和怠速；控制模块，用于当所述汽车工况为启动时，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电，控制所述主动力电池为驱动电机提供功率输出；当所述汽车工况为加速时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电和控制所述氢燃料电池和所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出，或控制所述氢燃料电池为所述驱动电机提供输出；当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态大于第二荷电态且不大于第一荷电态时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出；当所述汽车的工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电和为所述驱动电机提供功率输出，所述第二荷电态小于所述第一荷电态。

本发明实施例中的一种实现方式中，所述控制模块，还用于当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态不小于第三荷电态时，控制所述氢燃料电池停止为所述主动力电池充电，所述第三荷电态大于所述第一荷电态。

本发明实施例中的另一种实现方式中，所述控制模块，还用于当所述汽车工况为启动且所述主动力电池的荷电态大于第二荷电态时，控制所述氢燃料电池以额定功率的2％～5％为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为驱动电机提供功率输出；当所述汽车工况为启动且所述主动力电池的荷电态不大于所述第二荷电态时，根据所述汽车工况所需功率确定所述氢燃料电池的输出功率，控制所述氢燃料电池以所述输出功率为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为驱动电机提供功率输出。

本发明实施例中的另一种实现方式中，所述控制模块，还用于当所述汽车工况为加速且所述主动力电池的荷电态大于所述第二荷电态时，若所述汽车工况所需功率大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池以最大功率为所述驱动电机提供功率输出且控制所述主动力电池补足所述汽车工况所需功率，若所述汽车工况所需功率不大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出；还用于当所述汽车工况为加速且所述主动力电池的荷电态不大于所述第二荷电态时，若所述汽车工况所需功率大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池以最大功率为所述驱动电机提供功率输出，若所述汽车工况所需功率不大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出。

在本发明实施例中的另一种实现方式中，所述控制模块，还用于根据所述汽车工况所需功率确定所述氢燃料电池的输出功率，控制所述氢燃料电池以所述输出功率为所述主动力电池充电。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例通过在氢燃料电池汽车动力系统内设置主动力电池和氢燃料电池，并根据汽车所处的不同工况，确定氢燃料电池和主动力电池的使用情况。在本发明实施例中，当汽车工况为启动时，除了使用主动力电池为驱动电机提供功率输出外，还使用氢燃料电池为主动力电池充电，减少汽车启动时主动力电池的电量消耗，便于主动力电池的荷电态可以适应汽车启动后的其他工况；当汽车工况为加速时，通过主动力电池和氢燃料电池为驱动电机提供功率输出，同时为主动力电池充电，维持主动力电池的荷电态，或仅控制氢燃料电池为驱动电机提供输出，避免加速(功率需求较大)工况时，仅由主动力电池为驱动电机提供输出的情况，不仅充分发挥氢燃料电池的效用，还保护了主动力电池，且维持主动力电池的荷电态，便于适应其他汽车工况；当汽车工况为减速、匀速或怠速时，根据主动力电池的荷电态大小来确定由主动力电池为驱动电机提供功率输出，还是由氢燃料电池为驱动电机提供功率输出，使得主动力电池的荷电态充足时充分发挥主动力电池的效用且同时为其充电保持荷电态，主动力电池的荷电态不充足时，使用氢燃料电池为驱动电机提供功率输出起到保护主动力电池的作用。本发明根据汽车工况控制各工况时主动力电池和氢燃料电池的工作情况，可以充分发挥氢燃料电池的效用，减少主动力电池的使用频率，延长主动力电池的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车动力系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车动力系统的控制流程图；

图3是本发明实施例提供的另一种氢燃料电池汽车动力系统的控制流程图；

图4是本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车动力系统的控制装置示意图；

图5是本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车动力系统的控制装置的结构框图。

图中各符号表示含义如下：

1-氢气控制模块，2-空气控制模块，3-氢燃料电池控制模块，4-整车控制模块，5-电池控制模块，6-氢燃料电池，7-氢燃料电池输出电压调节装置，8-电机控制模块，9-主动力电池，10-驱动电机，11-机械传动装置，12、13-车轮，14-显示模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车动力系统的结构示意图，如图1所示，氢燃料电池汽车动力系统包括：氢燃料电池控制模块3、用于控制氢气流量的氢气控制模块1、用于控制空气流量的空气控制模块2、整车控制模块4、用于控制主动力电池9能量输出的电池控制模块5、氢燃料电池6和氢燃料电池输出电压调节装置7、用于控制驱动电机10转速的电机控制模块8，驱动电机10输出轴与机械传动装置11(如变速箱)连接，然后经过驱动半轴将机械能传递至车轮12和车轮13，在氢燃料电池汽车动力系统运行过程中，主动力电池9和氢燃料电池6的运行状态通过一个显示模块14进行直观显示。

其中，氢燃料电池控制模块3与整车控制模块4电连接，氢气控制模块1、空气控制模块2与氢燃料电池控制模块3电连接，电池控制模块5、电机控制模块8与整车控制模块4电连接，电池控制模块5与主动力电池9电连接，氢燃料电池控制模块3与氢燃料电池6电连接。在本发明实施例中，通过电连接的各个模块采用CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线连接，由于CAN总线对传输过程产生的数据错误识别能力较强，因此其可靠性较高，提高数据间传递的准确性，从而提高各个模块之间的信号传递，提高信号接收和发送的稳定性。

其中，氢燃料电池6发电产生的高电压通过与氢燃料电池输出电压调节装置7实现电压调节，氢燃料电池输出电压调节装置7输出电压与主动力电池9输出的母线电压范围保持一致，且均与电机控制模块8采用高压电缆连接，电机控制模块8与驱动电机10之间也采用高压电缆连接，便于电机控制模块8输出的高压交流电输送至驱动电机10。驱动电机10与机械传动装置11采用机械连接，便于机械能传输，机械传动装置11与车轮12、车轮13分别通过驱动半轴连接。

在本发明实施例中，氢燃料电池控制模块3用于获取整车控制模块4输出的电信号，并根据该电信号分别控制氢气控制模块1调节氢气流量和空气控制模块3调节空气流量，以此来控制氢燃料电池的输出功率，还用于控制氢燃料电池6为主动力电池9充电和为驱动电机10提供功率输出。

整车控制模块4用于输出电信号至电池控制模块5，该电信号可以是整车控制系统根据电机控制模块8反馈至整车控制模块4的整车功率需求信号，从而得到主动力电池9需要输出的功率，电池控制模块5接收到该电信号后控制主动力电池9输出相应的功率，完成对主动力电池9的功率输出调节；整车控制模块4还可以输出电信号至电机控制模块8，该电信号可以是整车需求功率值对应的驱动电机10的转速，电机控制模块8在获取到电信号后以调节驱动电机10的转速。

如图1所示，显示模块14与整车控制模块4电连接，用于显示主动力电池9的荷电态和氢燃料电池6的工作状态，以及两个动力源的电能输出情况，为了清楚地在显示模块14中反映氢燃料电池6的工作状态，可以在显示模块14显示氢燃料电池6所处的工况(如开机、关机或待机)，氢燃料电池6的输出电压、输出电流、输出功率、剩余氢量、持续里程和故障状态，便于驾驶者随时掌握主动力电池9的实时荷电态和氢燃料电池6支持的续航里程，便于驾驶者决定是否需要加注燃料等。

本发明实施例提供了一种氢燃料电池汽车动力系统的控制方法，图2是本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车动力系统的控制流程图，该方法可以由整车控制模块执行，如图2所示，该控制方法包括：

步骤101：确定汽车工况。

其中，汽车工况包括：启动、加速、减速、匀速和怠速。本发明实施例根据不同工况，为氢燃料电池汽车动力系统设定不同的控制策略，通过区分汽车工况，对应不同工况实行不同控制策略，便于整车控制模块高效地管理氢燃料电池汽车动力系统。

具体确定汽车工况时，可根据以下但不限于以下条件确定汽车所处工况。确定汽车是否为启动工况时，其确定条件为汽车是否在启动电源后的设定时间内，其中设定时间可以是1-10s，若汽车在启动电源后的设定时间内则为启动工况，反之则不处于启动工况；确定汽车是否为加速工况时，其确定条件为是否检测到汽车加速踏板行程信号，若加速踏板被检测到踩下则为加速工况，反之则不处于加速工况；确定汽车是否为减速工况时，其确定条件为是否检测到汽车制动踏板行程信号，若制动踏板被踩下则为减速工况，反之则不处于减速工况；确定汽车是否为匀速工况时，其确定条件为车速信号是否随时间发生变化，若汽车的车速不随时间发生变化则为匀速工况，反之则不处于匀速工况；确定汽车是否为怠速工况时，其确定条件为汽车的当前挡位信号是否为空挡，若汽车的当前挡位信号为空挡则为怠速工况，反之则不处于怠速工况。

步骤102：当汽车工况为启动时，控制氢燃料电池为主动力电池充电，控制主动力电池为驱动电机提供功率输出。

步骤102可以包括当汽车工况为启动时，控制氢燃料电池以额定功率的2％～5％为主动力电池充电，同时控制主动力电池为驱动电机提供功率输出。

步骤103：当汽车工况为加速时，控制氢燃料电池为主动力电池充电和控制氢燃料电池和主动力电池为驱动电机提供功率输出，或控制氢燃料电池为驱动电机提供输出。

步骤103可以包括当汽车工况为加速时，如果汽车工况所需功率大于氢燃料电池最大功率，则主动力电池输出功率为汽车工况所需功率与氢燃料电池最大功率之差，氢燃料电池不再为主动力电池充电；如果汽车工况所需功率小于氢燃料电池最大功率，则氢燃料电池为驱动电机提供功率输出，同时，氢燃料电池最大功率与驱动电机需求功率之差用于为主动力电池充电。

其中，氢燃料电池的最大功率取决于氢燃料电池所处工况，在氢燃料电池启动15s后可实现额定功率输出，即在氢燃料电池启动后的15s内氢燃料电池在不同时刻的最大功率是不同的。

在本发明实施例中，整车控制模块获取到启动工况或加速工况汽车所需的功率后，会通过上述能量分配方法得出主动力电池需为驱动电机提供多少功率输出以及氢燃料电池需要提供的功率输出，然后为氢燃料电池控制模块输送一个功率指令，氢燃料控制模块获取到功率指令后则通过启动完毕后的时间、当前氢燃料电池温度最大可输出功率等因素确定氢燃料电池可输出的功率，启动完毕后的时间指的是氢燃料电池启动后的时间，由于氢燃料电池在启动后的15s内氢燃料电池在不同时刻可输出的最大功率是不同的，因此结合启动完毕后的时间和当前氢燃料电池温度最大可输出功率可与确定氢燃料电池可输出的功率。将确定的氢燃料电池可输出的功率与汽车所需的功率比较，得出氢燃料电池输出的功率为当前氢燃料电池可输出的功率还是汽车所需的功率，然后根据氢燃料电池输出的功率通过氢燃料电池汽车动力系统期望输出的毛功率查表算得到氢燃料电池所需的空气流量和氢气流量，并对氢气控制模块和空气控制模块进行调节，其中毛功率查表用于确定对应的空气流量和氢气流量。

步骤104：当汽车工况为减速、匀速或怠速且主动力电池的荷电态大于第二荷电态且不大于第一荷电态时，控制氢燃料电池为主动力电池充电，控制主动力电池为驱动电机提供功率输出。

其中，第一荷电态为在任何工况下主动力电池均能满足驱动电机的供电需求的荷电态。

在进行步骤104之前需要获取主动力电池的荷电态(State of Charge，简称SOC，荷电状态，亦称剩余电量)，进行步骤104时则判断主动力电池的荷电态与第一荷电态的大小，当主动力电池的荷电态小于等于第一荷电态时，则控制氢燃料电池为主动力电池充电，并控制主动力电池为驱动电机提供功率输出，根据汽车减速、匀速或怠速工况所需的功率来控制氢燃料电池为主动力电池充电的输出功率，并根据氢燃料电池的输出功率查表确定氢燃料电池所需的空气流量和氢气流量。

步骤105：当汽车工况为减速、匀速或怠速且主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，控制氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出。

其中，第二荷电态为在任何工况下主动力电池均不能满足驱动电机的供电需求的荷电态，第二荷电态小于第一荷电态。

在执行步骤105之前需要获取主动力电池的荷电态，当主动力电池的荷电态小于等于第二荷电态时，则控制氢燃料电池为主动力电池充电，同时为驱动电机提供功率输出，根据汽车加速、减速、匀速或怠速工况所需的功率来控制氢燃料电池为驱动电机供电和为主动力电池充电所需的输出功率，并根据氢燃料电池的输出功率查表确定氢燃料电池所需的空气流量和氢气流量。

本发明实施例通过在氢燃料电池汽车动力系统内设置主动力电池和氢燃料电池，并根据汽车所处的不同工况，确定氢燃料电池和主动力电池的使用情况。在本发明实施例中，当汽车工况为启动时，除了使用主动力电池为驱动电机提供功率输出外，还使用氢燃料电池为主动力电池充电，减少汽车启动时主动力电池的电量消耗，便于主动力电池的荷电态可以适应汽车启动后的其他工况；当汽车工况为加速时，通过主动力电池和氢燃料电池为驱动电机提供功率输出，同时为主动力电池充电，维持主动力电池的荷电态，或仅控制氢燃料电池为驱动电机提供输出，避免加速(功率需求较大)工况时，仅由主动力电池为驱动电机提供输出的情况，不仅充分发挥氢燃料电池的效用，还保护了主动力电池，且维持主动力电池的荷电态，便于适应其他汽车工况；当汽车工况为减速、匀速或怠速时，根据主动力电池的荷电态大小来确定由主动力电池为驱动电机提供功率输出，还是由氢燃料电池为驱动电机提供功率输出，使得主动力电池的荷电态充足时充分发挥主动力电池的效用且同时为其充电保持荷电态，主动力电池的荷电态不充足时，使用氢燃料电池为驱动电机提供功率输出起到保护主动力电池的作用。本发明根据汽车工况控制各工况时主动力电池和氢燃料电池的工作情况，可以充分发挥氢燃料电池的效用，减少主动力电池的使用频率，延长主动力电池的使用寿命。

本发明实施例提供了另一种氢燃料电池汽车动力系统的控制方法，图3是本发明实施例提供的另一种氢燃料电池汽车动力系统的控制流程图，该方法可以由整车控制模块执行，如图3所示，该控制方法包括：

步骤201：确定汽车工况。

其中，汽车工况包括：启动、加速、减速、匀速、怠速和停止。在本发明实施例中，确定汽车是否为停止工况时，其确定条件可以是汽车电源是否关闭，若汽车电源关闭则为停止工况，反之则不处于停止工况。确定其他汽车工况的确定条件与前文所述一致，在此不作赘述。

在本发明实施例中，汽车不同工况对应的氢燃料电池的启动情况如表1所示。

表1

下面结合表1对汽车不同工况对应的氢燃料电池工作情况做进一步描述。

步骤202：当汽车工况为启动时，控制氢燃料电池为主动力电池充电，控制主动力电池为驱动电机提供功率输出。

如表1所示，汽车处于启动工况时，氢燃料电池汽车动力系统中的整车控制模块工作，且其控制氢燃料电池工作为主动力电池充电。

该工况下步骤202包括，当汽车的工况为启动且主动力电池的荷电态大于第二荷电态时，控制氢燃料电池以额定功率的2％～5％为主动力电池充电。此时氢燃料电池控制模块接收到整车控制模块发出的功率指令为额定功率的2％～5％，如3％，则氢燃料电池控制模块则会控制氢燃料电池以额定功率的3％为主动力电池充电，与此同时，氢燃料控制模块以额定功率的3％作为功率指令分别控制氢气控制模块和空气控制模块输出该功率时氢燃料电池所需的空气流量和氢气流量。或者当汽车工况为启动且主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，根据汽车的工况所需的功率计算氢燃料电池的输出功率，控制氢燃料电池以输出功率为主动力电池充电，并控制主动力电池为驱动电机提供功率输出。

步骤203：当汽车工况为加速时，控制氢燃料电池为主动力电池充电和控制氢燃料电池和主动力电池为驱动电机提供功率输出，或控制氢燃料电池为驱动电机提供输出。

如表1所示，汽车处于加速工况时，整车控制模块介入氢燃料电池汽车动力系统，该工况下氢燃料电池工作并根据主动力电池荷电态及汽车工况所需功率，为驱动电机提供功率补偿，降低主动力电池的峰值功率输出，从而有利于延长动力电池寿命。

该工况下步骤203包括：当汽车工况为加速且主动力电池的荷电态大于第二荷电态时，若汽车工况所需功率大于氢燃料电池的最大功率，控制氢燃料电池以最大功率为驱动电机提供功率输出且控制主动力电池补足汽车工况所需功率，若汽车工况所需功率不大于氢燃料电池的最大功率，控制氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出。此时如果汽车工况所需功率大于氢燃料电池的最大功率，则主动力电池输出功率为汽车工况所需功率与氢燃料电池的最大功率之差，氢燃料电池不再为主动力电池充电；如果汽车工况所需功率小于氢燃料电池的最大功率，则氢燃料电池为驱动电机提供功率输出，同时，氢燃料电池的最大功率与驱动电机需求功率之差用于为主动力电池充电。

其中，氢燃料电池的最大功率取决于氢燃料电池所处工况，在氢燃料电池启动15s后可实现额定功率输出，即在氢燃料电池启动后的15s内氢燃料电池在不同时刻的最大功率是不同的。

当汽车工况为加速且主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，若汽车工况所需功率大于氢燃料电池的最大功率，控制氢燃料电池以最大功率为驱动电机提供功率输出，若汽车工况所需功率不大于氢燃料电池的最大功率，控制氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出。在本发明实施例中，汽车处于加速工况且主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，则氢燃料电池优先为驱动电机提供功率输出，如果汽车工况所需功率小于氢燃料电池的最大功率，则氢燃料电池的最大功率与汽车工况所需功率用于为主动力电池充电。

当汽车处于加速工况时，由于主动力电池需要输出较大的功率，因此需要氢燃料电池为驱动电机提供功率输出。该工况下步骤203包括，氢燃料电池控制模块得到整车控制模块发出的功率信号后，通过控制氢气与空气的流量进入氢燃料电池反应释放能量，释放的能量用于为驱动电机提供功率输出，提高驱动电机转速，在保证汽车加速功率需求的情况下降低主动力电池峰值功率输出，从而有利于延长动力电池寿命。

步骤204：当汽车工况为减速、匀速或怠速且主动力电池的荷电态大于第二荷电态且不大于第一荷电态时，控制氢燃料电池为主动力电池充电，控制主动力电池为驱动电机提供功率输出。

在本发明实施例中，如表1所示第一荷电态可以为60％，第二荷电态为20％。

步骤205：当汽车工况为减速、匀速或怠速且主动力电池的荷电态不小于第三荷电态时，控制氢燃料电池停止为主动力电池充电。

在本发明实施例中，如表1所示第三荷电态可以为95％。

步骤204和205包括，当汽车处于减速工况时，若主动力电池的荷电态大于20％且小于等于60％，则控制氢燃料电池为主动力电池充电，确保主动力电池在后续其他工况下可以输出稳定的功率，直至主动力电池的荷电态大于等于95％时停止充电，氢燃料电池进入待机工况。

步骤204和205包括，当汽车处于匀速工况时，若主动力电池的荷电态大于20％且小于等于60％，则控制氢燃料电池为主动力电池充电，使主动力电池可以输出稳定的功率，直至主动力电池的荷电态大于等于95％时停止充电，氢燃料电池进入待机工况。

步骤204和205包括，当汽车处于怠速工况时，若主动力电池的荷电态大于20％且小于等于60％，则控制氢燃料电池为主动力电池充电，确保主动力电池在后续其他工况下可以输出稳定的功率，直至主动力电池的荷电态大于等于95％时停止充电，氢燃料电池进入待机工况。

步骤206：当汽车的工况为减速、匀速或怠速且主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，控制氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出。

在本发明实施例中，主动力电池处于第二荷电态时主动力电池无法提供可以驱动驱动电机的能量。此时为保证汽车的正常行驶，需要直接使用氢燃料电池直接为驱动电机提供功率输出，同时为主动力电池充电。

步骤206包括，当汽车的工况为减速、匀速或怠速且主动力电池的荷电态小于等于20％时，控制氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出。此时整车控制模块为氢电池控制模块发出功率指令，氢燃料电池控制模块则根据功率指令控制氢气控制模块和空气控制模块调节氢气和空气的流量，实现氢燃料电池不同功率的输出，既为驱动电机提供功率输出，又为主动力电池充电。

需要说明的是，本发明实施例中所述为氢燃料电池控制模块发送的功率指令根据以下过程得到，汽车处于不同工况时整车控制模块会根据不同工况获取到汽车工况所需功率，待获取到汽车工况所需功率后，整车控制模块会通过能量的分配算法得出主动力电池需为主动力电机供多少电以及氢燃料电池需要为主动力电池充多少电，计算完毕后会为氢燃料电池控制模块发送一个功率指令。

本发明实施例中氢燃料控制模块获取到功率指令后则通过功率分析得到氢燃料电池所需的空气流量和氢气流量，并对氢气控制模块和空气控制模块进行调节。调节氢气控制模块时，通过控制氢气阀门的开度控制氢气的流速，通过控制氢气阀门的开启时间，完成氢气流量的输出量的控制。调节空气控制模块时，通过调节空气压缩机为氢燃料电池的反应堆提供适量的空气，完成空气流量的输出量的控制。

步骤207：当汽车的工况为停止时，控制氢燃料电池停止为主动力电池供电。

当汽车处于停止时，主动力电机不需要供电，即汽车处于静止状态，此时控制氢燃料电池停止为主动力电池供电。

图4是本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车动力系统的控制装置示意，如图4所示，该装置包括：

确定模块100，用于确定汽车的工况，汽车的工况包括：启动、加速、减速、匀速和怠速。

控制模块200，用于当汽车工况为启动时，控制氢燃料电池为主动力电池充电，控制主动力电池为驱动电机提供功率输出；

当汽车工况为加速时，控制氢燃料电池为主动力电池充电和控制氢燃料电池和主动力电池为驱动电机提供功率输出，或控制氢燃料电池为驱动电机提供输出；

当汽车工况为减速、匀速或怠速且主动力电池的荷电态大于第二荷电态且不大于第一荷电态时，控制氢燃料电池为主动力电池充电，控制主动力电池为驱动电机提供功率输出；

当汽车的工况为减速、匀速或怠速且主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，控制氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出，第二荷电态小于第一荷电态。

在本发明的一种实现方式中，控制模块200，还用于当汽车工况为减速、匀速或怠速且主动力电池的荷电态不小于第三荷电态时，控制氢燃料电池停止为主动力电池充电，第三荷电态大于第一荷电态。

在本发明的一种实现方式中，控制模块200，还用于当汽车工况为启动且主动力电池的荷电态大于第二荷电态时，控制氢燃料电池以额定功率的2％～5％为主动力电池充电，控制主动力电池为驱动电机提供功率输出；当汽车工况为启动且主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，根据汽车工况所需功率确定氢燃料电池的输出功率，控制氢燃料电池以输出功率为主动力电池充电，控制主动力电池为驱动电机提供功率输出。

在本发明的一种实现方式中，控制模块200，还用于当汽车工况为加速且主动力电池的荷电态大于第二荷电态时，若汽车工况所需功率大于氢燃料电池的最大功率，控制氢燃料电池以最大功率为驱动电机提供功率输出且控制主动力电池补足汽车工况所需功率，若汽车工况所需功率不大于氢燃料电池的最大功率，控制氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出；还用于当汽车工况为加速且主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，若汽车工况所需功率大于氢燃料电池的最大功率，控制氢燃料电池以最大功率为驱动电机提供功率输出，若汽车工况所需功率不大于氢燃料电池的最大功率，控制氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出。

在本发明的一种实现方式中，控制模块200，还用于根据汽车工况所需功率确定氢燃料电池的输出功率，控制氢燃料电池以输出功率为主动力电池充电。

图5是本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车动力系统的控制装置的结构框图，如图5所示，该氢燃料电池汽车动力系统的控制装置700可以是车载电脑等。

通常，氢燃料电池汽车动力系统的控制装置700包括有：处理器701和存储器702。

处理器701可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器701可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器701也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器701可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器701还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器702可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器702还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器702中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器701所执行以实现本申请中方法实施例提供的氢燃料电池汽车动力系统的控制方法。

在一些实施例中，氢燃料电池汽车动力系统的控制装置700还可选包括有：外围设备接口703和至少一个外围设备。处理器701、存储器702和外围设备接口703之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口703相连。具体地，外围设备包括：射频电路704、触摸显示屏705、摄像头706、音频电路707、定位组件708和电源709中的至少一种。

外围设备接口703可被用于将I/O(Input/Output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器701和存储器702。在一些实施例中，处理器701、存储器702和外围设备接口703被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器701、存储器702和外围设备接口703中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。

显示屏705用于显示UI(User Interface，用户界面)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。当显示屏705是触摸显示屏时，显示屏705还具有采集在显示屏705的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器701进行处理。此时，显示屏705还可以用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘，也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中，显示屏705可以为一个，设置氢燃料电池汽车动力系统的控制装置700的前面板；在另一些实施例中，显示屏705可以为至少两个，分别设置在氢燃料电池汽车动力系统的控制装置700的不同表面或呈折叠设计；在再一些实施例中，显示屏705可以是柔性显示屏，设置在氢燃料电池汽车动力系统的控制装置700的弯曲表面上或折叠面上。甚至，显示屏705还可以设置成非矩形的不规则图形，也即异形屏。显示屏705可以采用LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示屏)、OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)等材质制备。

电源709用于为氢燃料电池汽车动力系统的控制装置700中的各个组件进行供电。电源709可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源709包括可充电电池时，该可充电电池可以支持有线充电或无线充电。该可充电电池还可以用于支持快充技术。

本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构并不构成对氢燃料电池汽车动力系统的控制装置700的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。

本发明实施例还提供了一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由氢燃料电池汽车动力系统的控制装置的处理器执行时，使得氢燃料电池汽车动力系统的控制装置能够执行图1所示实施例提供的氢燃料电池汽车动力系统的控制方法。

一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述图1所示实施例提供的氢燃料电池汽车动力系统的控制方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氢燃料电池汽车动力系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

确定汽车工况，所述汽车工况包括：启动、加速、减速、匀速和怠速；

当所述汽车工况为启动时，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电，控制所述主动力电池为驱动电机提供功率输出；

当所述汽车工况为加速时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电和控制所述氢燃料电池和所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出，或控制所述氢燃料电池为所述驱动电机提供输出；

当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态大于第二荷电态且不大于第一荷电态时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出；

当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电和为所述驱动电机提供功率输出，所述第二荷电态小于所述第一荷电态，

当所述汽车工况为加速且所述主动力电池的荷电态大于所述第二荷电态时，若所述汽车工况所需功率大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池以最大功率为所述驱动电机提供功率输出且控制所述主动力电池补足所述汽车工况所需功率，若所述汽车工况所需功率不大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出；

当所述汽车工况为加速且所述主动力电池的荷电态不大于所述第二荷电态时，若所述汽车工况所需功率大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池以最大功率为所述驱动电机提供功率输出，若所述汽车工况所需功率不大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态不小于第三荷电态时，控制所述氢燃料电池停止为所述主动力电池充电，所述第三荷电态大于所述第一荷电态。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述汽车工况为启动时，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电，控制所述主动力电池为驱动电机提供功率输出，包括：

当所述汽车工况为启动且所述主动力电池的荷电态大于第二荷电态时，控制所述氢燃料电池以额定功率的2%～5%为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出；

当所述汽车工况为启动且所述主动力电池的荷电态不大于所述第二荷电态时，根据所述汽车工况所需功率确定所述氢燃料电池的输出功率，控制所述氢燃料电池以所述输出功率为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池荷电态大于第二荷电态且不大于第一荷电态时，或者，当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电，包括：

根据所述汽车工况所需功率确定所述氢燃料电池的输出功率，控制所述氢燃料电池以所述输出功率为所述主动力电池充电。

5.一种氢燃料电池汽车动力系统的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

确定模块，用于确定汽车工况，所述汽车工况包括：启动、加速、减速、匀速和怠速；

控制模块，用于当所述汽车工况为启动时，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电，控制所述主动力电池为驱动电机提供功率输出；

当所述汽车工况为加速时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电和控制所述氢燃料电池和所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出，或控制所述氢燃料电池为所述驱动电机提供输出；

当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态大于第二荷电态且不大于第一荷电态时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为所述驱动电机提供功率输出；

当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态不大于第二荷电态时，控制所述氢燃料电池为所述主动力电池充电和为所述驱动电机提供功率输出，所述第二荷电态小于所述第一荷电态，

当所述汽车工况为加速且所述主动力电池的荷电态大于所述第二荷电态时，若所述汽车工况所需功率大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池以最大功率为所述驱动电机提供功率输出且控制所述主动力电池补足所述汽车工况所需功率，若所述汽车工况所需功率不大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出；还用于当所述汽车工况为加速且所述主动力电池的荷电态不大于所述第二荷电态时，若所述汽车工况所需功率大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池以最大功率为所述驱动电机提供功率输出，若所述汽车工况所需功率不大于所述氢燃料电池的最大功率，控制所述氢燃料电池为主动力电池充电和为驱动电机提供功率输出。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制模块，还用于当所述汽车工况为减速、匀速或怠速且所述主动力电池的荷电态不小于第三荷电态时，控制所述氢燃料电池停止为所述主动力电池充电，所述第三荷电态大于所述第一荷电态。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述控制模块，还用于当所述汽车工况为启动且所述主动力电池的荷电态大于第二荷电态时，控制所述氢燃料电池以额定功率的2%～5%为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为驱动电机提供功率输出；当所述汽车工况为启动且所述主动力电池的荷电态不大于所述第二荷电态时，根据所述汽车工况所需功率确定所述氢燃料电池的输出功率，控制所述氢燃料电池以所述输出功率为所述主动力电池充电，控制所述主动力电池为驱动电机提供功率输出。

8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述控制模块，还用于根据所述汽车工况所需功率确定所述氢燃料电池的输出功率，控制所述氢燃料电池以所述输出功率为所述主动力电池充电。

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