CN110015211B - 一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统控制领域，特别是一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法。该方法在燃料电池系统对整车无功率输出的情况下，仍控制燃料电池以设定的功率进行输出，其中设定功率不小于维持燃料电池附件工作的功率，保证燃料电池开启，并通过获取的整车实际需求功率及动力电池的SOC、单体温度和单体电压，得出实际需求功率和动力电池允许的稳态充电功率，最终得到整车对燃料电池的设定功率，保证了动力电池不出现过充现象，同时保证了燃料电池的恒功率输出和整车SOC的平衡，避免燃料电池的频繁启停和变载，提高了燃料电池电堆寿命和耐久性、动力电池安全，操作更加便利。

Description

一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统控制领域，特别是一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法。
背景技术
随着汽车保有量的不断攀升，汽车带来的能源需求和大气污染问题日益突出。燃料电池由于其自身优势，通过氢气和氧气反应转化成电能，驱动车辆行驶，不产生有害气体，被认为是解决资源及环境问题的重要技术方案。但燃料电池的频繁启停机和怠速会严重影响燃料电池的寿命，本发明中燃料电池怠速，是指质子交换膜燃料电池电堆处于低电密区运行。在燃料电池起机时在目前现有技术的条件下，通过控制方法辅助发挥燃料电池的寿命显得尤为重要。
有公告号为CN101624020B的中国专利文献公布了一种燃料电池混合动力车的怠速停止-启动控制方法，该方法通过控制燃料电池-蓄能装置混合系统中的反应气体的供应来优选地控制燃料电池开或关，其中通过在低动力运行期间切断反应气体的供应，进而停止燃料电池的动力生成，使得驱动车辆所需的动力优选地从蓄能装置供应，从而在电动车辆模式下驱动车辆，并且在再生制动期间也停止燃料电池的运行，改善了燃料电池系统的效率。
但是在上述文献中混合动力汽车运行过程中燃料电池会频繁启停，影响燃料电池电堆的耐久性和降低燃料电池的寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，用以解决车辆行驶中燃料电池频繁启停造成的燃料电池电堆寿命降低及耐久性下降的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，在燃料电池对整车无功率输出的情况下，仍控制燃料电池输出设定功率，所述设定功率不小于维持燃料电池自身附件工作的功率。
本发明的有益效果是，本发明在燃料电池对整车无功率输出的情况下，仍控制燃料电池以设定的功率进行输出，保持燃料电池开启，避免了行车过程中燃料电池的频繁启停，避免了燃料电池频繁启停导致的燃料电池怠速的问题，从而辅助提高了燃料电池电堆的寿命和耐久性。
作为本发明提供的一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，优选的是，所述设定功率由以下步骤计算得出，步骤如下：
获取动力电池状态信息；
计算动力电池允许的稳态充电功率；
判断稳态充电功率是否大于设定稳态充电功率；
若稳态充电功率大于设定稳态充电功率，则输出稳态充电功率为设定功率；
若稳态充电功率小于设定稳态充电功率，则输出设定稳态充电功率为设定功率。
本发明的有益效果是，本发明通过对动力电池的状态进行分析，并对动力电池允许的稳态充电功率进行计算和判定，得到设定功率，保证了动力电池不出现过充的现象。
作为本发明提供的一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，优选的是，所述动力电池状态信息包括SOC、单体温度和单体电压。
作为本发明提供的一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，优选的是，所述燃料电池功率的计算步骤还包括，
获取整车实际需求功率；
根据整车实际需求功率和SOC得出整车对燃料电池的实际需求功率；
比对稳态充电功率和实际需求功率或比对设定稳态充电功率和实际需求功率，得出设定功率。
本发明的有益效果是，本发明根据整车实际需求功率和SOC计算不同模式下，整车对燃料电池的输出功率的需求，保证了燃料电池的恒功率输出和整车SOC的平衡。
作为本发明提供的一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，优选的是，所述实际需求功率为根据设定函数、所述整车实际需求功率和所述SOC计算得出。
作为本发明提供的一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，优选的是，设定所述实际需求功率分为第一实际需求功率FC_P1、第二实际需求功率FC_P2和第三实际需求功率FC_P3，其中FC_P3>FC_P2>FC_P1>0；
若SOC大于第一设定SOC且整车实际需求功率小于第一设定整车需求功率，则输出FC_P1为实际需求功率；
若SOC大于第二设定SOC且小于第一设定SOC、整车实际需求功率大于第一设定整车需求功率且小于第二设定整车需求功率，则输出FC_2为实际需求功率；
若SOC小于第二设定SOC且整车实际需求功率大于第二设定整车需求功率，则输出FC_3为实际需求功率。
作为本发明提供的一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，优选的是，若稳态充电功率大于设定稳态充电功率，则所述设定功率为所述实际需求功率和所述稳态充电功率中的最小值；
若稳态充电功率小于设定稳态充电功率，则所述设定功率为所述实际需求功率和所述设定稳态充电功率中的最小值。
作为本发明提供的一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，优选的是，步骤还包括，
获取燃料电池启机时的燃料电池系统可加载功率限值；
若稳态充电功率大于设定稳态充电功率，则所述设定功率为实际需求功率、可加载功率限值和稳态充电功率中的最小值；
若稳态充电功率小于设定稳态充电功率，则所述设定功率为实际需求功率、可加载功率限值和设定稳态充电功率中的最小值。
本发明的有益效果是，本发明通过获取燃料电池系统的可加载功率限值，当可加载功率限值较小时，设定功率无法超过可加载功率限值，进而避免了燃料电池的过载。
作为本发明提供的一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，优选的是，通过电池管理系统计算动力电池在不同的SOC、单体温度和单体电压条件下的稳态充电功率。
附图说明
图1是实施例1的一种混合动力汽车燃料电池系统的框图；
图2是实施例1的一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法流程图；
图3是实施例2的一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法流程图；
图4是实施例3的一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法流程图。
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。
本发明中的混合动力汽车为燃料电池和动力电池的混合。本发明提供一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，在燃料电池对整车无功率输出的情形下，依然控制燃料电池以一定的低的设定功率运行，保证燃料电池自身附件的运行即保证燃料电池不会停机。
实施例1
本实施例1提供一种混合动力汽车燃料电池系统，如图1所示，包括燃料电池、动力电池、升压DCDC、多合一控制器、驱动电机和附件DCDC，其中，燃料电池通过升压DCDC和动力电池连接，升压DCDC和动力电池并联到多合一控制器中，多合一控制器对驱动电机和附件DCDC配电；燃料电池附件包括空气机、散热系统和氢系统，通过附件DCDC供电运行；优选升压DCDC为单向升压DCDC。图1中MSD1和MSD2为手动维护开关。
设定功率不小于燃料电池附件正常运行所需的功率，保证燃料电池附件在燃料电池无功率需求时仍正常运行，保证燃料电池不停机。
为了优化得到设定功率，同时保证动力电池不出现过充现象，本实施例1提供一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，如图2所示，具体步骤如下：
步骤A1、获取动力电池状态信息。
动力电池状态信息包括动力电池的SOC、动力电池的单体温度和动力电池的单体电压等。
步骤A2、计算动力电池允许的稳态充电功率Pbat。
通过BMS计算动力电池在不同SOC、电池温度、单体电压条件下允许的稳态充电功率Pbat或者充电电流。
步骤A3、判断稳态充电功率Pbat是否大于设定稳态充电功率P0。
设置设定稳态充电功率P0，其中P0为常数且P0>0，若Pbat>P0，则输出Pbat为设定功率；若Pbat<P0，则输出P0为设定功率。
上述P0应不小于维持燃料电池附件正常工作的功率，因此，本实施例1提供的方法即得到了设定功率，又有效的防止了动力电池出现过充。
实施例2
为了保证燃料电池的恒功率输出和整车SOC的平衡，在实施例1的基础上，本实施例2提供一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，如图3所示，具体步骤如下：
步骤S1、检测整车实际需求功率及动力电池的SOC、单体温度和单体电压。
整车控制器通过与上述检测对象对应的传感器或控制器获得相应的整车实际需求功率P，动力电池的SOC、单体温度和单体电压。
步骤S2、计算实际需求功率和动力电池允许的稳态充电功率。
通过比较SOC与其设定值的关系和P与其设定值的关系得出实际需求功率，本实施例2将实际需求功率分为了三个等级，分别是第一实际需求功率FC_P1、第二实际需求功率FC_P2和第三实际需求功率FC_P3。
设置第一设定SOC为a，第二设定SOC为b，第一设定整车需求功率为P1，第二设定整车需求功率为P2。其中0<FC_P1<FC_P2<FC_P3，0<P1<P2,b<a。
若SOC>a且P<P1，则输出FC_P1；若b<SOC<a且P1<P<P2，则输出FC_P2；若SOC<b且P>P2，则输出FC_P3。
步骤S3、根据步骤A3得到的结果，结合步骤S2得到的结果计算得到设定功率。
若Pbat>P0，则对实际需求功率和稳态充电功率求最小值；若Pbat<P0，则对实际需求功率和设定稳态充电功率求最小值。
上述步骤S3得到的最小值为设定功率FC_P，FC_P应不小于维持燃料电池附件正常工作的功率，在整车对燃料电池需求功率为零的情况下，燃料电池依然以设定的燃料电池功率FC_P运行，保证燃料电池的恒功率输出和整车SOC的平衡；上述实施例2将实际需求功率分为了三个等级，但具体过程中不仅可以将实际需求功率按3个等级进行分段，还可以分为更多的等级，甚至可以通过设定相应的函数，再计算得到实际需求功率。
实施例3
为了避免燃料电池的过载，在实施例2的基础上，本实施例3提供一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，如图4所示，具体流程还包括，在上述实施例2的步骤1后还获取燃料电池启机时燃料电池系统可加载功率限值。
当燃料电池控制器供电时，收到燃料电池启机的指令，控制燃料电池启机，并计算此时燃料电池系统的可加载功率，输出可加载功率限值；在实施例2的步骤S3中还将可加载功率限值与实际需求功率和稳态充电功率或设定稳态充电功率对比求最小值。
当实际需求功率和充电需求功率高于燃料电池系统的可加载功率限值时，得到的设定功率为可加载功率限值，有效地防止了燃料电池启动时的过载。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，其特征在于，在燃料电池系统对整车无功率输出的情况下，仍控制燃料电池输出设定功率，所述设定功率不小于维持燃料电池自身附件工作的功率；所述设定功率由以下步骤计算得出，步骤如下：
获取动力电池状态信息，动力电池状态信息包括SOC、单体温度和单体电压；
计算动力电池允许的稳态充电功率；
获取整车实际需求功率；
根据整车实际需求功率和SOC得出整车对燃料电池的实际需求功率；
所述实际需求功率为根据设定函数、所述整车实际需求功率和所述SOC计算得出；设定所述实际需求功率分为第一实际需求功率FC_P1、第二实际需求功率FC_P2和第三实际需求功率FC_P3，其中FC_P3>FC_P2>FC_P1>0；若SOC大于第一设定SOC且整车实际需求功率小于第一设定整车需求功率，则输出FC_P1为实际需求功率；若SOC大于第二设定SOC且小于第一设定SOC、整车实际需求功率大于第一设定整车需求功率且小于第二设定整车需求功率，则输出FC_P2为实际需求功率；若SOC小于第二设定SOC且整车实际需求功率大于第二设定整车需求功率，则输出FC_P3为实际需求功率；
判断稳态充电功率是否大于设定稳态充电功率；若稳态充电功率大于设定稳态充电功率，则所述设定功率为所述实际需求功率和所述稳态充电功率中的最小值；若稳态充电功率小于设定稳态充电功率，则所述设定功率为所述实际需求功率和所述设定稳态充电功率中的最小值；
所述最小值不小于维持燃料电池附件正常工作的功率。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，其特征在于，步骤还包括，
获取燃料电池启机时的燃料电池系统可加载功率限值；
若稳态充电功率大于设定稳态充电功率，则所述设定功率为实际需求功率、可加载功率限值和稳态充电功率中的最小值；
若稳态充电功率小于设定稳态充电功率，则所述设定功率为实际需求功率、可加载功率限值和设定稳态充电功率中的最小值；
所述最小值不小于维持燃料电池附件正常工作的功率。
3.根据权利要求2所述的混合动力汽车燃料电池系统的控制方法，其特征在于，通过电池管理系统计算动力电池在不同的SOC、单体温度和单体电压条件下的稳态充电功率。
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