CN110549915B - 一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法 - Google Patents

一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法。该方法包括如下步骤：S1：计算每个模块调用周期内耗能Q1，在一定时间段内耗能Qsum；其中，U：高压母线电压，单位：V；I：高压母线电流，单位：A；dt：模块调用周期，单位：s；S2：计算每个模块调用周期行驶距离S1，在一定时间段内行驶距离Ssum；V：车辆速度，单位：km/h；S3：计算实时平均百公里能耗Q＝Qsum*100000/Ssum；S4：获取所述新能源车的当前能源剩余量QS为动力电池、超级电容和燃料电池可提供总能量；S5：计算续驶里程S＝(Wbat+Wcap+Wfcs)/Q*100。本发明的估算方法，通过对动力电池、超级电容和燃料电池能量状态的实时监测，结合整车能源消耗率来估算整车续驶里程，可以有效解决用户里程焦虑问题。

Description

一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法
技术领域
本发明涉及氢能汽车技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法。
背景技术
随着人类社会的不断发展，对于能源的需求日趋增大。目前化石能源作为第一能量源也面临着资源衰竭的问题，地球生态环境也日益恶化，因此我们必须开拓新的能源途径，同时兼具能源供给与环境伤害小的特点，新能源的概念也就应运而生。现阶段主要的新能源类型为风能、太阳能、氢能等，而氢能由于能源效率高、可再生、污染小等特点被誉为“终极能源”，其未来的产业化有无限的想象空间，同时也是最适合装载在汽车上的新能源。但由于目前氢能产业布局还处于初期阶段，特别是加氢站还很少，这就会造成用户的里程焦虑，担心车辆续驶里程不能支撑到行驶至加氢站。此时如果能将车辆的续驶里程实时现在在车辆仪表上，则可以较好的解决用户里程焦虑问题，同时也便于用户更好的做好用车规划。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种计算简单和准确的氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法。
本发明的一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法，包括如下步骤：
S1：计算每个模块调用周期内耗能Q1，在一定时间段内耗能Qsum＝Q1+Q2+Q3+.........+Qn；
Q1＝U*I*dt/3600000；
其中，U：高压母线电压，单位：V；I：高压母线电流，单位：A；dt：模块调用周期，单位：s；
S2：计算每个模块调用周期行驶距离S1，在一定时间段内行驶距离Ssum＝S1+S2+S3+.........+Sn；
S1＝V*dt/3.6；V：车辆速度，单位：km/h；
S3：计算实时平均百公里能耗Q＝Qsum*100000/Ssum；
S4：获取所述新能源车的当前能源剩余量QS＝Wbat+Wcap+Wfcs，Wbat为动力电池可提供总能量，Wcap.为超级电容可提供总能量；Wfcs为燃料电池可提供总能量；
S5：计算续驶里程S＝(Wbat+Wcap+Wfcs)/Q*100。
优选的，动力电池可提供总能量：
Wbat＝ΔSOC*P*T＝ΔSOC*U*I*T＝(SOCactual-SOCmin)*Urate*Crate/1000；
其中，SOCmin：动力电池允许工作的最小SOC，单位：％；SOCactual：动力电池当前SOC，单位：％；Urate：动力电池额定电压，单位：V；Crate：动力电池额定容量，单位：Ah；Wbat的单位为Kwh。
优选的，超级电容可提供总能量：
Wcap＝(SOC′actual-SOC′min)*C′rate*U′rate*η/1000；
其中，SOC′min：超级电容允许工作的最小SOC，单位：％；SOC′actual：超级电容当前SOC，单位：％；C′rate：超级电容额定容量，单位：Ah；U′rate：超级电容额定电压，单位：V；η：双向DCDC额定效率。
优选的，燃料电池可提供总能量：
Wfcs＝(Mactual-Mmin)*η*140.4/3.6
Mactual：氢气剩余质量,单位：kg
η：燃料电池能量转化效率：
Mmin：燃料电池允许工作的最小氢气质量，单位：kg。
优选的，所述氢气质量是氢气压力，体积和温度的强相关函数，即Mactual＝f(pactual，v，t)。
优选的，每公里核算一次平均能耗，在实际行驶距离Ssum达到1km时取此时计算获得的百公里能耗值作为当前的整车百公里能耗值Q，同时通过步骤S1、S2和S3重新开始计算下一个1km内的百公里能耗值。
本发明的一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法，通过对动力电池、超级电容和燃料电池能量状态的实时监测，结合整车能源消耗率来估算整车续驶里程，可以有效解决用户里程焦虑问题。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明的一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法，包括如下步骤：
S1：计算每个模块调用周期内耗能Q1，在一定时间段内耗能Qsum＝Q1+Q2+Q3+.........+Qn；
Q1＝U*I*dt/3600000；
其中，U：高压母线电压，单位：V；I：高压母线电流，单位：A；dt：模块调用周期，单位：s；
S2：计算每个模块调用周期行驶距离S1，在一定时间段内行驶距离Ssum＝S1+S2+S3+.........+Sn；
S1＝V*dt/3.6；V：车辆速度，单位：km/h；
S3：计算实时平均百公里能耗Q＝Qsum*100000/Ssum；
S4：获取新能源车的当前能源剩余量QS＝Wbat+Wcap+Wfcs，Wbat为动力电池可提供总能量，Wcap.为超级电容可提供总能量；Wfcs为燃料电池可提供总能量；
S5：计算续驶里程S＝(Wbat+Wcap+Wfcs)/Q*100。
本发明的一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法，通过对动力电池、超级电容和燃料电池能量状态的实时监测，结合整车能源消耗率来估算整车续驶里程，可以有效解决用户里程焦虑问题。
其中模块调用周期可以为：dt＝0.01S。n可以为20。
计算整车剩余可用总能量：
首先计算出整车各能源提供单元(燃料电池、动力电池、超级电容)可提供的总能量，然后依据整车平均能耗来计算出整车续驶里程。由于制动回馈能量最终会体现在动力电池和超级电容能量的增加上，所以不用额外计算制动回馈能量。
动力电池可提供总能量：
Wbat＝ΔSOC*P*T＝ΔSOC*U*I*T＝(SOCactual-SOCmin)*Urate*Crate/1000；
其中，SOCmin：动力电池允许工作的最小SOC，单位：％；SOCactual：动力电池当前SOC，单位：％；Urate：动力电池额定电压，单位：V；Crate：动力电池额定容量，单位：Ah；Wbat的单位为Kwh。SOC指电池荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余可放电电量与其完全充电状态的电量的比值，常用百分数表示。
超级电容可提供总能量：
Wcap＝(SOC′actual-SOC′min)*C′rate*U′rate*η/1000；
其中，SOC′min：超级电容允许工作的最小SOC，单位：％；SOC′actual：超级电容当前SOC，单位：％；C′rate：超级电容额定容量，单位：Ah；U′rate：超级电容额定电压，单位：V；η：双向DCDC额定效率。
燃料电池可提供总能量：
Wfcs＝(Mactual-Mmin)*η*140.4/3.6
Mactual：氢气剩余质量,单位：kg
η：燃料电池能量转化效率：
Mmin：燃料电池允许工作的最小氢气质量，单位：kg。
由于车辆上无氢气称重装置，所以无法直接获取氢气剩余质量，只能通过间接的方式获得。通过物理特性可知，氢气质量是氢气压力，体积和温度的强相关函数，即Mactual＝f(pactual，v，t)。
另外由于燃料电池是通过氢气和氧气的化学反应来产生电能，反应过程中对进气压力有最低压力限制，从而可以通过质量方程得出燃料电池能够正常工作的最小氢气质量Mmin＝f(pmin,v,t)
故实时氢气可用质量M＝Mactual-Mmin
实时计算氢气可提供的能量
车辆驱动实际使用的驱动能源为电能，所以需要将氢气的热能转换为电能。根据试验所知，氢气热值为140.4MJ/kg，而1kwh＝3.6MJ，考虑到燃料电池的转换效率，因此氢气可提供的能量为：
Wfcs＝M*η*140.4/3.6
由于整车工况变化较快，每个模块调用周期计算出的能耗会有较大幅度的变化，对于反映车辆的实际能耗状态不具有参考意义。因此，我们采用每公里核算一次平均能耗并更新显示的方式。在每公里核算一次平均能耗，在实际行驶距离Ssum达到1km时取此时计算获得的百公里能耗值作为当前的整车百公里能耗值Q，同时通过步骤S1、S2和S3重新开始计算下一个1km内的百公里能耗值。
为避免百公里能耗值的频繁波动，还可以对其进行滤波处理，滤波方法为平均值滤波，取近20次的平均值作为最终百公里能耗值。
最近一次百公里能耗值下电时需存入FLASH；初次上电时显示百公里能耗值为从FLASH从读取的百公里能耗值，后续显示实际计算值。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：计算每个模块调用周期内耗能Qi，在一定时间段内耗能Qsum＝Q1+Q2+Q3+.........+Qn；
Q1＝U*I*dt/3600000；
其中，U：高压母线电压，单位：V；I：高压母线电流，单位：A；dt：模块调用周期，单位：s；其中1≤i≤n；
S2：计算每个模块调用周期行驶距离Si，在一定时间段内行驶距离Ssum＝S1+S2+S3+.........+Sn；其中1≤i≤n；
Si＝V*dt/3.6；V：车辆速度，单位：km/h；
S3：计算实时平均百公里能耗值Q＝Qsum*100000/Ssum；
S4：获取所述新能源车的当前能源剩余量QS＝Wbat+Wcap+Wfcs，Wbat为动力电池可提供总能量，Wcap为超级电容可提供总能量；Wfcs为燃料电池可提供总能量；
S5：计算续驶里程S＝(Wbat+Wcap+Wfcs)/Q*100。
2.如权利要求1所述的一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法，其特征在于：动力电池可提供总能量：
Wbat＝ΔSOC*P*T＝ΔSOC*U*I*T＝(SOCactual-SOCmin)*Urate*Crate/1000；
其中，SOCmin：动力电池允许工作的最小SOC，单位：％；SOCactual：动力电池当前SOC，单位：％；Urate：动力电池额定电压，单位：V；Crate：动力电池额定容量，单位：Ah；Wbat的单位为Kwh。
3.如权利要求2所述的一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法，其特征在于：超级电容可提供总能量：
Wcap＝(SOC′actual-SOC′min)*C′rate*U′rate*η/1000；
其中，SOC′min：超级电容允许工作的最小SOC，单位：％；SOC′actual：超级电容当前SOC，单位：％；C′rate：超级电容额定容量，单位：Ah；U′rate：超级电容额定电压，单位：V；η：双向DCDC额定效率。
4.如权利要求3所述的一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法，其特征在于：燃料电池可提供总能量：
Wfcs＝(Mactual-Mmin)*η*140.4/3.6
Mactual：氢气剩余质量,单位：kg
η：燃料电池能量转化效率：
Mmin：燃料电池允许工作的最小氢气质量，单位：kg。
5.如权利要求4所述的一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法，其特征在于：所述氢气剩余质量是氢气压力，体积和温度的强相关函数，即Mactual＝f(pactual，v，t)。
6.如权利要求1所述的一种氢燃料电池混合动力新能源车续驶里程估算方法，其特征在于：每公里核算一次平均能耗，在实际行驶距离Ssum达到1km时取此时计算获得的百公里能耗值作为当前的整车百公里能耗值Q，同时通过步骤S1、S2和S3重新开始计算下一个1km内的百公里能耗值。
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