CN109753697B - 一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法,根据燃料电池汽车的续驶里程中燃料电池堆的输出总能量和动力电池输出总能量，计算各自输出总量占二者总输出能量和的百分比，并以计算所得各自百分比为依据，把续驶里程分为动力电池贡献能量的行驶里程和燃料电池堆贡献能量的行驶里程；然后利用整个续驶里程消耗的电网电能和氢气总质量，分别计算电能消耗率和氢气能量消耗率。

Description

一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算 方法

技术领域

本发明属于新能源汽车领域，尤其是涉及一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法。

背景技术

随着社会发展，环境污染压力不断增大，各种节能减排技术和产品不断出现，氢燃料电池汽车正是在这种大环境下得以迅速发展。目前燃料电池汽车产品主要有两种类型：非外接充电式混合动力燃料电池汽车和可外接充电式混合动力燃料电池汽车，其中非外接充电式混合动力燃料电池汽车配有一块较小的动力电池和较大的燃料电池，驱动能量全部来自燃料电池；可外接充电式混合动力燃料电池汽车配有较大的动力电池和较大的燃料电池，并且动力电池接受外部电网充电。对燃料电池汽车的能耗测试也有一些标准，主要有中国国家标准GB/T35178-2017《燃料电池汽车氢气消耗量测量方法》、ISO的标准ISO 23828-2013《使用压缩氢气的燃料电池道路车辆的能耗测试》、美国SAE的标准SAE J2572-2014《使用压缩氢气的燃料电池汽车和混合动力燃料电池汽车的燃料消耗和续驶里程推荐测量方法》，这几个标准都对燃料电池汽车的氢耗测试和计算进行了规定。但这些标准提供的能耗测试及计算方法都存在以下局限性：一是只通过少数几个工况循环来测量和计算氢气消耗率，没有给出相应的电能消耗率的测试计算方法；二是这些方法是针对所谓纯燃料汽车和非外接充电式混合动力燃料电池汽车，不能满足可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗(氢耗和电耗)计算；这样就导致目前燃料电池汽车的能耗测试缺乏科学有效的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，根据燃料电池汽车的续驶里程中燃料电池堆的输出总能量和动力电池输出总能量，计算各自输出总量占二者总输出能量和的百分比，并以计算所得各自百分比为依据，把续驶里程分为动力电池贡献能量的行驶里程和燃料电池堆贡献能量的行驶里程；然后利用整个续驶里程消耗的电网电能和氢气总质量，分别计算电能消耗率和氢气能量消耗率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，包括：

步骤1：根据测试得到燃料电池汽车的续驶里程D，燃料电池汽车整个续驶里程所用时间T，整个续驶里程消耗的氢气总质量m_H2，整个续驶里程消耗的电网电能E，以及在续驶里程测试过程中动力电池的电压U_BAT及动力电池的电流I_BAT，燃料电池堆的输出电压为U_FC及燃料电池堆的输出电流I_FC；

步骤2：动力电池输出总能量的计算：根据步骤1中测试得到的动力电池电压U_BAT及动力电池的电流I_BAT，相乘计算得到动力电池的输出功率P_BAT，进一步通过对燃料电池汽车续驶里程整个过程中的动力电池的输出功率P_BAT进行积分，得到动力电池的输出总能量E_BAT；

步骤3：燃料电池堆输出总能量的计算：根据步骤1中测试得到的燃料电池堆的输出电流I_FC及燃料电池堆的输出电压U_FC，相乘计算得到燃料电池堆的输出功率P_FC，进一步通过对燃料电池汽车续驶里程整个过程中的燃料电池堆的输出功率P_FC进行积分，得到燃料电池堆的输出总能量E_FC；

步骤4：整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量的计算：根据在步骤2得到动力电池的输出总能量E_BAT，及步骤3中得到燃料电池堆的输出总能量E_FC，两者相加得到整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量E_D；

步骤5：通过步骤2得到的动力电池的输出总能量E_BAT，以及步骤4中得到的输出总能量E_D，计算得到动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_BAT；通过步骤3得到的燃料电池堆的输出总能量E_FC，以及步骤4中得到的输出总能量E_D，计算得到燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_FC；

步骤6：通过步骤5得到的动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_BAT，以及步骤1中得到的燃料电池汽车的续驶里程D，相乘计算得到动力电池提供的能量贡献的行驶里程D_BAT；通过步骤5得到的燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_FC，以及步骤1中得到的燃料电池汽车的续驶里程D，相乘计算得到燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程D_FC；

步骤7：根据步骤1中测试得到的整个续驶里程消耗的电网电能E，以及根据步骤6中得到的动力电池提供的能量贡献的行驶里程D_BAT，相比计算得到电能消耗率C_E，根据步骤1中测试得到的整个续驶里程消耗的氢气总质量m_H2，以及根据步骤6中得到的燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程D_FC，相比计算得到氢气的能量消耗率C_H2。

进一步的，在步骤1中，以不小于10Hz的采样频率同步测量动力电池的电压U_BAT及电流I_BAT；以不小于10Hz的采样频率同步测量燃料电池堆的输出电流为I_FC及输出电压为U_FC。

进一步的，在步骤2中：

其中T是燃料电池汽车整个续驶里程所用时间，U_BAT是续驶里程测试过程中动力电池的电压，I_BAT是动力电池的电流，P_BAT是动力电池的输出功率，E_BAT是动力电池的输出总能量。

进一步的，在步骤3中:

其中T是燃料电池汽车整个续驶里程所用时间，I_FC是燃料电池堆的输出电流,U_FC是燃料电池堆的输出电压，P_FC是燃料电池堆的输出功率，E_FC是燃料电池堆的输出总能量。

进一步的，在步骤4中：

E_D＝E_FC+E_BAT

其中E_BAT是动力电池的输出总能量，E_FC是燃料电池堆的输出总能量，E_D是整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量。

进一步的，在步骤5中：

其中，E_BAT是动力电池的输出总能量，E_D是整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量，η_BAT是动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比；

其中，E_FC是燃料电池堆的输出总能量，E_D是整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量，η_FC是燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比。

进一步的，在步骤6中：

D_BAT＝D·η_BAT

其中，D是燃料电池汽车的续驶里程，η_BAT是动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比，D_BAT是动力电池提供的能量贡献的行驶里程；

D_FC＝D·η_FC

其中，D是燃料电池汽车的续驶里程，η_FC是燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比，D_FC是燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程。

进一步的，在步骤7中：

其中E是整个续驶里程消耗的电网电能，D_BAT是动力电池提供的能量贡献的行驶里程，C_E是电能消耗率；

其中m_H2是整个续驶里程消耗的氢气总质量，D_FC是燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程，C_H2是能量消耗率。

相对于现有技术，本发明所述的一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，具有以下优势：

本发明所述的一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，可以满足燃料电池汽车电能消耗率和氢气能量消耗率的计算，避免了现有方法中只能计算氢气能量消耗率的问题，使得燃料电池汽车的能耗评价更加完善，具有结果可靠准确，操作便捷及应用范围广的特点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，步骤1：根据测试得到燃料电池汽车的续驶里程D，燃料电池汽车整个续驶里程所用时间T，整个续驶里程消耗的氢气总质量m_H2，整个续驶里程消耗的电网电能E，以及在续驶里程测试过程中动力电池的电压U_BAT及动力电池的电流I_BAT，燃料电池堆的输出电压为U_FC及燃料电池堆的输出电流I_FC；

步骤2：动力电池输出总能量的计算：根据步骤1中测试得到的动力电池电压U_BAT及动力电池的电流I_BAT，相乘计算得到动力电池的输出功率P_BAT，进一步通过对燃料电池汽车续驶里程整个过程中的动力电池的输出功率P_BAT进行积分，得到动力电池的输出总能量E_BAT；

步骤3：燃料电池堆输出总能量的计算：根据步骤1中测试得到的燃料电池堆的输出电流I_FC及燃料电池堆的输出电压U_FC，相乘计算得到燃料电池堆的输出功率P_FC，进一步通过对燃料电池汽车续驶里程整个过程中的燃料电池堆的输出功率P_FC进行积分，得到燃料电池堆的输出总能量E_FC；

步骤4：整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量的计算：根据在步骤2得到动力电池的输出总能量E_BAT，及步骤3中得到燃料电池堆的输出总能量E_FC，两者相加得到整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量E_D；

步骤5：通过步骤2得到的动力电池的输出总能量E_BAT，以及步骤4中得到的输出总能量E_D，计算得到动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_BAT；通过步骤3得到的燃料电池堆的输出总能量E_FC，以及步骤4中得到的输出总能量E_D，计算得到燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_FC；

步骤6：通过步骤5得到的动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_BAT，以及步骤1中得到的燃料电池汽车的续驶里程D，相乘计算得到动力电池提供的能量贡献的行驶里程D_BAT；通过步骤5得到的燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_FC，以及步骤1中得到的燃料电池汽车的续驶里程D，相乘计算得到燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程D_FC；

步骤7：根据步骤1中测试得到的整个续驶里程消耗的电网电能E，以及根据步骤6中得到的动力电池提供的能量贡献的行驶里程D_BAT，相比计算得到电能消耗率C_E，根据步骤1中测试得到的整个续驶里程消耗的氢气总质量m_H2，以及根据步骤6中得到的燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程D_FC，相比计算得到氢气的能量消耗率C_H2。

如图1所示，在步骤1中，以不小于10Hz的采样频率同步测量动力电池的电压U_BAT及电流I_BAT；以不小于10Hz的采样频率同步测量燃料电池堆的输出电流为I_FC及输出电压为U_FC。

如图1所示，在步骤2中：

其中T是燃料电池汽车整个续驶里程所用时间，U_BAT是续驶里程测试过程中动力电池的电压，I_BAT是动力电池的电流，P_BAT是动力电池的输出功率，E_BAT是动力电池的输出总能量。

如图1所示，在步骤3中:

其中T是燃料电池汽车整个续驶里程所用时间，I_FC是燃料电池堆的输出电流,U_FC是燃料电池堆的输出电压，P_FC是燃料电池堆的输出功率，E_FC是燃料电池堆的输出总能量。

如图1所示，在步骤4中：

E_D＝E_FC+E_BAT

其中E_BAT是动力电池的输出总能量，E_FC是燃料电池堆的输出总能量，E_D是整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量。

如图1所示，在步骤5中：

其中，E_BAT是动力电池的输出总能量，E_D是整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量，η_BAT是动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比；

其中，E_FC是燃料电池堆的输出总能量，E_D是整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量，η_FC是燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比。

如图1所示，在步骤6中：

D_BAT＝D·η_BAT

其中，D是燃料电池汽车的续驶里程，η_BAT是动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比，D_BAT是动力电池提供的能量贡献的行驶里程；

D_FC＝D·η_FC

其中，D是燃料电池汽车的续驶里程，η_FC是燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比，D_FC是燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程。

如图1所示，在步骤7中：

其中E是整个续驶里程消耗的电网电能，D_BAT是动力电池提供的能量贡献的行驶里程，C_E是电能消耗率；

其中m_H2是整个续驶里程消耗的氢气总质量，D_FC是燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程，C_H2是能量消耗率。

在本发明的一个具体实施例中：

根据试验测得某燃料电池汽车的续驶里程D为385.01km，燃料电池汽车整个续驶里程所用时间T为11.70h，整个续驶里程消耗的电网电能E为17.30kWh，整个续驶里程消耗的氢气总质量m_H2为3.55kg；

E_D＝E_FC+E_BAT＝2.9628×10⁵(kJ)

D_BAT＝D·η_BAT＝78.12(km)

D_FC＝D·η_FC＝306.89(km)

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，其特征在于：包括：

步骤1：根据测试得到燃料电池汽车的续驶里程D，燃料电池汽车整个续驶里程所用时间T，整个续驶里程消耗的氢气总质量m_H2，整个续驶里程消耗的电网电能E，以及在续驶里程测试过程中动力电池的电压U_BAT及动力电池的电流I_BAT，燃料电池堆的输出电压为U_FC及燃料电池堆的输出电流I_FC；

步骤2：动力电池输出总能量的计算：根据步骤1中测试得到的动力电池电压U_BAT及动力电池的电流I_BAT，相乘计算得到动力电池的输出功率P_BAT，进一步通过对燃料电池汽车续驶里程整个过程中的动力电池的输出功率P_BAT进行积分，得到动力电池的输出总能量E_BAT；

步骤3：燃料电池堆输出总能量的计算：根据步骤1中测试得到的燃料电池堆的输出电流I_FC及燃料电池堆的输出电压U_FC，相乘计算得到燃料电池堆的输出功率P_FC，进一步通过对燃料电池汽车续驶里程整个过程中的燃料电池堆的输出功率P_FC进行积分，得到燃料电池堆的输出总能量E_FC；

步骤4：整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量的计算：根据在步骤2得到动力电池的输出总能量E_BAT，及步骤3中得到燃料电池堆的输出总能量E_FC，两者相加得到整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量E_D；

步骤5：通过步骤2得到的动力电池的输出总能量E_BAT，以及步骤4中得到的输出总能量E_D，计算得到动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_BAT；通过步骤3得到的燃料电池堆的输出总能量E_FC，以及步骤4中得到的输出总能量E_D，计算得到燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_FC；

步骤6：通过步骤5得到的动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_BAT，以及步骤1中得到的燃料电池汽车的续驶里程D，相乘计算得到动力电池提供的能量贡献的行驶里程D_BAT；通过步骤5得到的燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比η_FC，以及步骤1中得到的燃料电池汽车的续驶里程D，相乘计算得到燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程D_FC；

步骤7：根据步骤1中测试得到的整个续驶里程消耗的电网电能E，以及根据步骤6中得到的动力电池提供的能量贡献的行驶里程D_BAT，相比计算得到电能消耗率C_E，根据步骤1中测试得到的整个续驶里程消耗的氢气总质量m_H2，以及根据步骤6中得到的燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程D_FC，相比计算得到氢气的能量消耗率C_H2。

2.根据权利要求1所述的一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，其特征在于：在步骤1中，以不小于10Hz的采样频率同步测量动力电池的电压U_BAT及电流I_BAT；以不小于10Hz的采样频率同步测量燃料电池堆的输出电流为I_FC及输出电压为U_FC。

3.根据权利要求2所述的一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，其特征在于：在步骤2中：

其中T是燃料电池汽车整个续驶里程所用时间，U_BAT是续驶里程测试过程中动力电池的电压，I_BAT是动力电池的电流，P_BAT是动力电池的输出功率，E_BAT是动力电池的输出总能量。

4.根据权利要求1所述的一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，其特征在于：在步骤3中:

其中T是燃料电池汽车整个续驶里程所用时间，I_FC是燃料电池堆的输出电流,U_FC是燃料电池堆的输出电压，P_FC是燃料电池堆的输出功率，E_FC是燃料电池堆的输出总能量。

5.根据权利要求1所述的一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，其特征在于：在步骤4中：

E_D＝E_FC+E_BAT

其中E_BAT是动力电池的输出总能量，E_FC是燃料电池堆的输出总能量，E_D是整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量。

6.根据权利要求1所述的一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，其特征在于：在步骤5中：

其中，E_BAT是动力电池的输出总能量，E_D是整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量，η_BAT是动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比；

其中，E_FC是燃料电池堆的输出总能量，E_D是整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆输出总能量，η_FC是燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比。

7.根据权利要求1所述的一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，其特征在于：在步骤6中：

D_BAT＝D·η_BAT

其中，D是燃料电池汽车的续驶里程，η_BAT是动力电池输出总能量E_BAT占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比，D_BAT是动力电池提供的能量贡献的行驶里程；

D_FC＝D·η_FC

其中，D是燃料电池汽车的续驶里程，η_FC是燃料电池堆输出总能量E_FC占整个续驶里程中动力电池和燃料电池堆的输出总能量E_D的百分比，D_FC是燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程。

8.根据权利要求1所述的一种用于可外接充电式混合动力燃料电池汽车的能耗计算方法，其特征在于：在步骤7中：

其中E是整个续驶里程消耗的电网电能，D_BAT是动力电池提供的能量贡献的行驶里程，C_E是电能消耗率；

其中m_H2是整个续驶里程消耗的氢气总质量，D_FC是燃料电池堆提供能量贡献的行驶里程，C_H2是能量消耗率。

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