CN110576755B - 一种基于辅助能源系统的氢能汽车燃料电池能量管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于辅助能源系统的氢能汽车燃料电池能量管理系统，包括：整车控制器VCU、电驱动系统EDU、辅助能源系统和氢燃料电池系统FCU；EDU包括电机控制器MCU和电机，且各ECU之间通过CAN通讯进行信息的传递和控制，其中，VCU通过电机的目标扭矩，计算得到EDU的需求功率；辅助能源系统由其包括的辅助能源电量、单节电容或电池信息以及电容或电池的衰减系数，确定辅助能源系统的可充放电功率；最终，通过VCU，将EDU的需求功率、辅助能源系统的可充放电功率作为FCU的放电功率依据，结合燃料电池的性能及响应特性，计算FCU的最终输出功率，控制FCU按照所述最终输出功率输出。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车能量管理与控制领域，更具体地说，涉及两种不同架构的燃料电池汽车能量管理系统。
背景技术
氢燃料电池新能源汽车作为新能源汽车领域的一个分支，随着制氢技术和氢燃料电池技术的进步和普及，氢燃料电池汽车将作为国家的一个重要支柱型产业发展。
在目前现有技术状态下，氢燃料电池汽车的能量管理技术及其方案不成熟，针对不同的高压架构其变化性较大，本发明是提供两种不同架构燃料电池汽车能量管理系统控制方法，此方法能更高效的使氢燃料电池工作在高效工作区间，并兼顾辅助能源的产品使用特性，使得在保证高效能量利用率的同时保证辅助能源系统的使用寿命和整车动力性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的针对不同高压架构下，能量管理技术及其方案无法保证高效能量利用率的缺陷，提供一种特定高压架构下的氢燃料电池汽车的能量管理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于辅助能源系统的氢能汽车燃料电池能量管理系统，包括：整车控制器VCU、电驱动系统EDU、辅助能源系统和氢燃料电池系统FCU，所述辅助能源系统、氢燃料电池系统FCU、电驱动系统EDU和整车控制器VCU采集各自的数据信息后，通过CAN通讯网络，进行相关系统或模块之间的信息传递：
所述电驱动系统EDU包括电机控制器MCU和电机；
所述辅助能源系统包括电池管理系统BMS或超级电容系统SCMS，其中，在所述辅助能源系统为超级电容系统SCMS时，用于根据超级电容的电量、当前超级电容的单节电容信息，以及其衰减系数，计算出超级电容的可充、放电功率；在所述辅助能源系统为电池管理系统BMS时，用于根据BMS系统中包括的动力电池的电量、当前动力电池的单节电池信息，以及其衰减系数，计算出动力电池的可充、放电功率；
所述电机控制器MCU用于获取电机的转速，并响应VCU的目标扭矩；
所述整车控制器VCU用于通过CAN总线获取到电机的转速，以及辅助能源系统的可充、放电功率数据，一方面根据得到车内油门踏板开度、刹车踏板开度、电机控制器MCU采集到的电机转速，以及电机和电机控制器MCU的系统效率，计算出电机的目标扭矩和EDU的需求功率；另一方面，基于EDU的需求功率、辅助能源系统的可充、放电功率，以及燃料电池的性能及响应特性，计算得到氢燃料电池的系统输出功率；
所述氢燃料电池系统FCU包括氢燃料电池反应堆、FCU供气系统、升压DC系统和FCU冷却系统，用于通过CAN总线从整车控制器VCU处获取到氢燃料电池的系统输出功率，进一步控制氢燃料电池系统对外的输出功率，所述氢燃料电池系统对外的输出功率包括驱动电机所需的消耗功率，且控制FCU按照所述氢燃料电池系统的对外输出功率输出。
进一步的，当所述辅助能源系统为超级电容系统SCMS时，所述辅助能源系统中包括超级电容工作区间分配模块，上述模块用于根据超级电容的单节电容信息，以及超级电容当前的电量和衰减系数，确定超级电容的可充、放电功率；并根据超级电容的当前电量，进行超级电容的工作区间分配；其中，所述工作区间包括充电区间、放电区间、中间区间和纯电区间；
当所述辅助能源系统为动力电池系统BMS时，所述辅助能源系统中包括动力电池工作区间分配模块，上述模块用于根据动力电池的单节电池信息，以及动力电池当前的电量和衰减系数，确定动力电池的可充放电功率；并根据动力电池的当前电量，进行动力电池的工作区间分配；其中，所述工作区间包括充电区间、放电区间、中间区间和纯电区间；其中：
处于充电区间时，所述辅助能源系统的需求功率均为负值；
处于放电区间和纯电区间时，所述辅助能源系统的需求功率均为正值；
处于中间区间时，所述辅助能源系统的需求功率在趋近充电区间区域时为负值，且在趋近放电区间区域时为正值；其中，在辅助能源系统处于中间区间时，其包含两种工作状态，一种是能量补充状态，另一种是高效工作区间状态；
其中，无论在任何分配到的工作区间内，辅助能源系统的需求功率均不超过其对应的可充放电功率。
进一步的，所述辅助能源系统中还包括工作模式分配模块，用于结合上述四种工作区间，进行辅助能源系统的工作模式分配，其中，包括第一、二、三和四工作模式，所述第一工作模式下，辅助能源系统处于充电区间；所述第二工作模式下，辅助能源系统处于中间区间；所述第三工作模式下，辅助能源系统处于放电区间；所述第四工作模式下，辅助能源系统处于的电量达到预设的纯电区间，进入纯电模式。
进一步的，在第一工作模式下，氢燃料电池在整车允许的功率范围内以最大功率输出，由其在为电机提供驱动能量的同时，且为辅助能源系统充电；在随着辅助能源系统的电量的提高，其工作模式由工作模式一跳转至工作模式二，该模式下，辅助能源系统的电量处于中间区间，当辅助能源系统的电量低于预设的高效工作电量阈值时，将氢燃料电池的输出功率设为其高效工作区间的功率最大值Pe-max；
当前氢燃料电池用于为电机提供驱动能量，且在能量有富余的情况下，其剩余能量用于为辅助能源系统充电；
其他情况下，氢燃料电池发出的最大功率用于驱动电机，且在其能量供应不足的情况下，由辅助能源系统供应能量，且在辅助能源系统的电量低于中间区间时，其工作模式由二切换至模式一。
进一步的，在第二工作模式下，随着持续为辅助能源系统充电，在辅助能源系统的电量大于高效工作电量阈值时，设定燃料电池的功率控制区间，其中，所述功率控制区间以高效工作区间的功率最大值Pe-max作为上限值，以高效工作区间的功率最小值Pe-min作为下限值；将燃料电池的输出功率控制在功率控制区间的范围内，且其输出功率随辅助能源系统的电量增加呈递减趋势。
进一步的，随着辅助能源系统的电量增加，工作模式由二切换至模式三，处于第三工作模式下，辅助能源系统的电量将步入放电区间，此时设定燃料电池的输出功率为氢燃料电池的怠速功率；
当所述怠速功率大于驱动电机的消耗功率时，所述氢燃料电池发出的能量一部分用于驱动电机，其余部分用于给辅助能源系统充电；
其他情况下，氢燃料电池发出的怠速功率全部用于驱动电机，且在其能量供应不足的情况下，由辅助能源系统提供能量；其中，在辅助能源系统的电量低于放电区间时，其工作模式由三切换至模式二。
进一步的，在第三工作模式下，当怠速功率大于驱动电机所消耗的功率时，当前辅助能源系统将切换到充电状态，继续由氢燃料电池为辅助能源系统充电，并在辅助能源系统的电量达到纯电区间切换阈值时，控制氢燃料电池下电，当前工作模式将由模式三切换至模式四，进入到纯电区间模式中，在纯电模式下，驱动电机所需的能量将直接由辅助能源系统提供。
在本发明所述的一种基于辅助能源系统的氢能汽车燃料电池能量管理系统中，根据氢燃料电池特性，VCU在发送氢燃料电池输出功率时进行斜率限制，使得每个周期的燃料电池需求功率的变化率不超过燃料电池系统允许的最大变化率；其优点在于，将经斜率限制的燃料电池需求功率限制在基于燃料电池特性确定的功率范围内，满足氢燃料电池的使用需求，同时使得能量管理的控制精度更高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明中的一种带超级电容系统氢燃料电池汽车能量管理系统架构图；
图2为本发明中的一种带动力电池系统氢燃料电池汽车能量管理系统架构图；
图3为本发明中的一种带超级电容系统氢燃料电池汽车能量管理系统原理图；
图4为本发明中的一种带动力电池系统氢燃料电池汽车能量管理系统原理图；
图5为本发明中的一种带超级电容系统架构系统能量流向框图；
图6为本发明中的一种带动力电池系统架构系统能量流向框图；
图7为本发明中的一种带超级电容系统氢燃料电池汽车能量管理工作模式跳转流程图；
图8为本发明中的一种带动力电池系统氢燃料电池汽车能量管理工作模式跳转流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
请参阅图1和图2，其为本发明氢燃料电池汽车能量管理系统架构图，本发明提供两种不同架构燃料电池汽车能量管理系统的能量管理系统，该系统包括整车控制器VCU、电机控制器MCU、电机Motor、氢燃料电池系统FCU、电池管理系统BMS或超级电容+双向DC(SCMS)参与能量管理过程；其中各ECU通过采集各自的相关信息并通过CAN通讯网络进行信息的传递和完成相应控制，最终实现符合本架构的氢燃料汽车的能量管理系统的控制方法。
所述能量管理系统的控制方法包括：
首先，VCU根据油门踏板开度、刹车踏板开度、MCU采集的电机转速以及电机和电机控制器的系统效率计算出电机的目标扭矩和EDU的需求功率；
若辅助能源系统为超级电容系统SCMS，则SCMS根据超级电容的电量、当前超级电容单节电容信息和超级电容衰减系数，确定超级电容的可充放电功率；
若辅助能源系统为动力电池系统BMS，则BMS根据动力电池单节电池信息、动力电池当前电量和动力电池衰减系数，确定动力电池的可充放电功率；
最终，VCU通过CAN总线获取这些信息，并根据EDU的需求功率、辅助能源系统可充放电功率，以及燃料电池的性能曲线和响应特性计算出最终的氢燃料电池系统输出功率，并将其作为氢燃料电池系统设定输出功率发给FCU，控制FCU按照设定的输出功率输出。
如图3和图4所示，其为本发明氢燃料电池汽车能量管理系统原理图，其中，VCU通过电机转速、油门踏板开度和刹车踏板开度信息，确定目标扭矩，再由目标扭矩、电机转速和电机及控制器系统效率计算出EDU的需求功率；若辅助能源系统为超级电容系统SCMS，则接受超级电容系统(SCMS)通过超级电容的电量、当前超级电容单节电容信息和超级电容衰减系数计算得到超级电容可充放电功率；若辅助能源系统为动力电池系统BMS，则接收电池管理系统(BMS)通过动力电池单节电池信息、动力电池当前电量和动力电池衰减系数计算得到动力电池可充放电功率；最终结合EDU的需求功率、辅助能源系统的可充放电功率，以及燃料电池的性能曲线和响应特性得到最终的氢燃料电池系统的输出功率，并将其作为燃料电池设定输出功率发给FCU，控制FCU按照设定功率输出。
为了实现辅助能源系统的工作区间、工作模式的分配，本实施例中，在该系统中设置了动力电池工作区间分配模块及其工作模式分配模块，或超级电容工作区间分配模块及其工作模式分配模块；其中：
所述动力电池工作区间分配模块用于根据动力电池的单节电池信息，以及动力电池当前的电量和衰减系数，确定动力电池的可充放电功率；并根据动力电池的当前电量，进行动力电池的工作区间分配；其工作区间包括充电区间、放电区间、中间区间和纯电区间；根据所述动力电池的需求功率进行动力电池的工作区间分配；
所述超级电容工作区间分配模块用于根据超级电容的单节电容信息，以及超级电容当前的电量和衰减系数，确定超级电容的可充放电功率；并根据超级电容的当前电量，进行超级电容的工作区间分配；其工作区间包括充电区间、放电区间、中间区间和纯电区间；根据所述超级电容的需求功率进行超级电容的工作区间分配；其中：
处于充电区间时，辅助能源系统的需求功率均为负值；
处于放电区间和纯电区间时，辅助能源系统的需求功率均为正值；
处于中间区间时，辅助能源系统的需求功率在趋近充电区间区域时为负值，且在趋近放电区间区域时为正值；其中，在辅助能源系统处于中间区间时，其包含两种工作状态，一种是能量补充状态，一种是高效工作区间状态。
所述工作模式分配模块，用于结合辅助能源系统的四种工作区间，进行工作模式的分配，所述工作模式共包括第一～四工作模式(其中，系统能量流向请参考图5和图6)。
如图7和8所示，氢燃料电池汽车能量管理工作模式跳转流程过程大致如下：
若辅助能源为超级电容系统SCMS，此时有：
当工作模式为工作模式一时，此时超级电容系统的电量在0％到30％之间，超级电容系统电量处于充电区间，此时氢燃料电池将在整车允许的范围内以最大功率Pfmax输出，由于超级电容系统处于需要充电的状态，氢燃料发出的电的一部分能量用于驱动电机，剩余能量部分用于给超级电容系统充电，此时约束条件为超级电容可充电功率之和＞(氢燃料电池允许的范围内最大功率Pfmax-驱动电机需求功率)，否则氢燃料电池的输出功率为超级电容可充电功率+驱动电机需求功率。
当工作模式为工作模式二时，此时超级电容电量处于中间区间，其电量在30％到75％，在此工作模式下，当前超级电容有两种工作状态，一种是超级电容的电量低于其高效工作电量阈值的状态，另一种是超级电容的电量高于其高效工作电量阈值的状，其中，所述高效工作电量阈值设为50％；其中，上述两种工作状态下，氢燃料电池的输出功率的计算流程为：
1、当超级电容电量低于其高效工作电量阈值时：
此时氢燃料电池的输出功率为其高效工作区间的功率最大值Pe-max，此时约束条件为超级电容可充电功率之和＞(氢燃料电池高效工作区间的功率最大值Pe-max-驱动电机需求功率)，否则氢燃料电池的输出功率为超级电容可充电功率+驱动电机需求功率；
此时氢燃料电池的能量流向(请参考图5)一部分用于驱动电机，多余的部分将为超级电容充电；且在驱动电机的消耗功率大于氢燃料电池的输出功率时，由超级电容提供额外的电机需求功率；
2、当超级电容的电量高于高效工作电量阈值时：
此时氢燃料电池的输出功率最大为其高效工作区间的最大功率Pe-max，最小为高效区间最小功率Pe-min，当前氢燃料电池的输出功率按照其高效工作电量阈值到放电区间阈值呈阶梯式下降，其氢燃料电池的输出功率Pe计算公式为：
Pe-min+(Pe-max-Pe-min)*((Csoc-50)/25)；
此时，约束条件为超级电容可充电功率＞氢燃料电池输出功率-驱动电机需求功率，否则氢燃料电池的输出功率为超级电容可充电功率+驱动电机需求功率。
当工作模式为工作模式三时，超级电容电量均步入放电区件，其电量在75％到90％之间，此时控制氢燃料电池以怠速功率输出，此时驱动电机的能量来源于氢燃料电池，若能量不够则多余部分将由超级电容提供，；其依旧满足约束条件；此时约束条件为：
超级电容可充电功率＞氢燃料电池输出功率-驱动电机需求功率，否则氢燃料电池的输出功率为超级电容可充电功率+驱动电机需求功率；其中：
若怠速功率依旧大于驱动电机的消耗功率时，当前超级电容的电量将继续增加，且在超级电容的电量趋近纯电区间时，即电量达到90％，工作模式切换至工作模式四，此时VCU将控制燃料电池堆下电，整车进入纯电区间；当前由超级电容直接为电机提供其所需的全部能量，此时约束条件为：
超级电容可放电功率＞驱动电机需求功率，否则驱动电机需求功率为超级电容可放电功率。
若辅助能源系统为动力电池系统BMS(其系统架构请参考图2)，此时有：
当工作模式为工作模式一时，此时动力电池系统的电量在0％到30％之间，动力电池系统的电量处于充电区间，此时氢燃料电池将在整车允许的范围内以最大功率Pfmax输出，由于动力电池系统处于需要充的状态，氢燃料电池输出的一部分能量用于驱动电机，剩余能量用于给动力电池系统充电，此时约束条件为：
动力电池可充电功率之和＞(氢燃料电池允许的范围内最大功率Pfmax-驱动电机需求功率)，否则氢燃料电池的输出功率为动力电池可充电功率+驱动电机需求功率。
当工作模式为工作模式二时，此时动力电池的电量处于中间区间，其电量在30％到75％，在此工作模式下，所述动力电池有两种工作状态，一种是动力电池电量低于其高效工作电量阈值的工作状态，另一种是动力电池电量高于其高效工作电量阈值的工作状态，本实施例中，所述高效工作电量阈值设为50％；其中，两种工作状态下，氢燃料电池的输出功率计算为：
1、当动力电池电量低于中间区间的高效工作电量阈值时：
此时氢燃料电池的输出功率为其高效工作区间的功率最大值Pe-max，此时约束条件为：
动力电池可充电功率之和＞(氢燃料电池高效工作区间的功率最大值Pe-max-驱动电机需求功率)，否则氢燃料电池的输出功率为动力电池可充电功率+驱动电机需求功率；
此时能量管理系统的能量流向(请参考图6)为一部分用于驱动电机，多余的能量部分用于给动力电池充电，且在若驱动电机的消耗功率大于氢燃料电池的输出功率时，由动力电池为电机提供额外的电机需求功率；
2、当动力电池的电量高于高效工作电量阈值时：
当前氢燃料电池的输出功率最大为高效工作区间最大值Pe-max，最小为高效区间最小值Pe-min，输出功率具体数值按照高效工作电量阈值到放电区间阈值呈阶梯式下降，其输出功率Pe公式为Pe-min+(Pe-max-Pe-min)*((Bsoc-50)/25),此时约束条件为动力电池可充电功率＞氢燃料电池输出功率-驱动电机需求功率，否则氢燃料电池的输出功率为动力电池可充电功率+驱动电机需求功率。
当工作模式为工作模式三时，动力电池电量将步入放电区间，其电量在75％到90％之间，此时氢燃料电池将以怠速功率进行输出，此时驱动电机的能量来源于氢燃料电池，若能量不够则多余部分将由动力电池提供，依旧满足约束条件；此时约束条件为：
动力电池可充电功率＞氢燃料电池输出功率-驱动电机需求功率，否则氢燃料电池的输出功率为动力电池可充电功率+驱动电机需求功率；其中：
若怠速功率依旧大于驱动电机消耗功率，动力电池电量将继续增加，当动力电池电量达到纯电区间时，即电量达到90％，工作模式切换至工作模式四，此时VCU将控制燃料电池堆下电，整车进入纯电模式；由动力电池为电机提供其所需全部能量，此时约束条件为：
动力电池可放电功率＞驱动电机需求功率，否则驱动电机需求功率为动力电池可放电功率。
本实施例中，通过根据燃料电池特性，VCU在发送氢燃料电池系统设定的输出功率时进行斜率限制，使得每个周期的氢燃料电池系统设定输出功率的变化率不超过燃料电池系统允许的最大变化率。
且提供了一种带动力电池系统或待超级电容系统的氢燃料电池汽车能量管理系统，不同系统架构下，通过分析超级电容或动力电池的需求功率，进行其工作模式及工作区间的判定，在不同的工作模式下，基于设定的约束条件，进一步计算出EDU的需求功率，在所得的EDU的需求功率、辅助能源系统的可充、放电功率，以及燃料电池的性能及响应特性，计算得到氢燃料电池的系统输出功率。
其优势在于：
将经斜率限制的燃料电池需求功率限制在基于燃料电池特性确定的功率范围内，满足氢燃料电池的使用需求，同时使得能量管理的控制精度更高，具有良好的应用前景。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (1)
1.一种基于辅助能源系统的氢能汽车燃料电池能量管理系统，包括：整车控制器VCU、电驱动系统EDU、辅助能源系统和氢燃料电池系统FCU，所述辅助能源系统、氢燃料电池系统FCU、电驱动系统EDU和整车控制器VCU采集各自的数据信息后，通过CAN通讯网络，进行相关系统或模块之间的信息传递，其特征在于：
所述电驱动系统EDU包括电机控制器MCU和电机；
所述辅助能源系统包括电池管理系统BMS或超级电容系统SCMS，其中，在所述辅助能源系统为超级电容系统SCMS时，用于根据超级电容的电量、当前超级电容的单节电容信息，以及其衰减系数，计算出超级电容的可充、放电功率；在所述辅助能源系统为电池管理系统BMS时，用于根据BMS系统中包括的动力电池的电量、当前动力电池的单节电池信息，以及其衰减系数，计算出动力电池的可充、放电功率；
所述电机控制器MCU用于获取电机的转速，并响应VCU的目标扭矩；
所述整车控制器VCU用于通过CAN总线获取到电机的转速，以及辅助能源系统的可充、放电功率数据，一方面根据得到车内油门踏板开度、刹车踏板开度、电机控制器MCU采集到的电机转速，以及电机和电机控制器MCU的系统效率，计算出电机的目标扭矩和EDU的需求功率；另一方面，基于EDU的需求功率、辅助能源系统的可充、放电功率，以及燃料电池的性能及响应特性，计算得到氢燃料电池的系统输出功率；
所述氢燃料电池系统FCU包括氢燃料电池反应堆、FCU供气系统、升压DC系统和FCU冷却系统，用于通过CAN总线从整车控制器VCU处获取到氢燃料电池的系统输出功率，进一步控制氢燃料电池系统对外的输出功率，所述氢燃料电池系统对外的输出功率包括驱动电机所需的消耗功率，且控制FCU按照所述氢燃料电池系统的对外输出功率输出；
当所述辅助能源系统为超级电容系统SCMS时，所述辅助能源系统中包括超级电容工作区间分配模块，上述模块用于根据超级电容的单节电容信息，以及超级电容当前的电量和衰减系数，确定超级电容的可充、放电功率；并根据超级电容的当前电量，进行超级电容的工作区间分配；其中，所述工作区间包括充电区间、放电区间、中间区间和纯电区间；
当所述辅助能源系统为动力电池系统BMS时，所述辅助能源系统中包括动力电池工作区间分配模块，上述模块用于根据动力电池的单节电池信息，以及动力电池当前的电量和衰减系数，确定动力电池的可充放电功率；并根据动力电池的当前电量，进行动力电池的工作区间分配；其中，所述工作区间包括充电区间、放电区间、中间区间和纯电区间；其中：
处于充电区间时，所述辅助能源系统的需求功率均为负值；
处于放电区间和纯电区间时，所述辅助能源系统的需求功率均为正值；
处于中间区间时，所述辅助能源系统的需求功率在趋近充电区间区域时为负值，且在趋近放电区间区域时为正值；其中，在辅助能源系统处于中间区间时，其包含两种工作状态，一种是能量补充状态，另一种是高效工作区间状态；
其中，无论在任何分配到的工作区间内，辅助能源系统的需求功率均不超过其对应的可充放电功率；
所述辅助能源系统中还包括工作模式分配模块，用于结合上述四种工作区间，进行辅助能源系统的工作模式分配，其中，包括第一、二、三和四工作模式，所述第一工作模式下，辅助能源系统处于充电区间；所述第二工作模式下，辅助能源系统的动力电池或超级电容处于中间区间；此时，辅助能源系统有两种工作状态：一是动力电池或超级电容电量低于其高效工作电量阈值的工作状态，另一种是动力电池或超级电容的电量高于其高效工作电量阈值的工作状态；其中，高效工作电量阈值为预设值；其中，上述两种工作状态下，氢燃料电池的输出功率的计算流程为：
当超级电容或动力电池的电量低于其高效工作电量阈值时：
此时氢燃料电池的输出功率为其高效工作区间的功率最大值Pe-max，此时约束条件为超级电容或动力电池可充电功率之和＞(氢燃料电池高效工作区间的功率最大值Pe-max-驱动电机需求功率)，否则氢燃料电池的输出功率为超级电容或动力电池可充电功率+驱动电机需求功率；
当超级电容或动力电池的电量高于高效工作电量阈值时：
此时氢燃料电池的输出功率最大为其高效工作区间的最大功率Pe-max，最小为高效区间最小功率Pe-min，当前氢燃料电池的输出功率按照其高效工作电量阈值到放电区间阈值呈阶梯式下降，约束条件为超级电容或动力电池可充电功率＞氢燃料电池输出功率-驱动电机需求功率，否则氢燃料电池的输出功率为超级电容或动力电池可充电功率+驱动电机需求功率；
所述第三工作模式下，辅助能源系统处于放电区间；
所述第四工作模式下，辅助能源系统处于的电量达到预设的纯电区间，进入纯电模式；
在第一工作模式下，氢燃料电池在整车允许的功率范围内以最大功率输出，由其在为电机提供驱动能量的同时，且为辅助能源系统充电；在随着辅助能源系统的电量的提高，其工作模式由第一工作模式跳转至第二工作模式，该模式下，辅助能源系统的电量处于中间区间，当辅助能源系统的电量低于预设的高效工作电量阈值时，将氢燃料电池的输出功率设为其高效工作区间的功率最大值Pe-max；
当前氢燃料电池用于为电机提供驱动能量，且在能量有富余的情况下，其剩余能量用于为辅助能源系统充电；
其他情况下，氢燃料电池发出的最大功率用于驱动电机，且在其能量供应不足的情况下，由辅助能源系统供应能量，且在辅助能源系统的电量低于中间区间时，其工作模式由第二工作模式切换至第一工作模式；
在第二工作模式下，随着持续为辅助能源系统充电，在辅助能源系统的电量大于高效工作电量阈值时，设定燃料电池的功率控制区间，其中，所述功率控制区间以高效工作区间的功率最大值Pe-max作为上限值，以高效工作区间的功率最小值Pe-min作为下限值；将燃料电池的输出功率控制在功率控制区间的范围内，且其输出功率随辅助能源系统的电量增加呈递减趋势；
随着辅助能源系统的电量增加，由第二工作模式切换至第三工作模式，处于第三工作模式下，辅助能源系统的电量将步入放电区间，此时设定燃料电池的输出功率为氢燃料电池的怠速功率；
当所述怠速功率大于驱动电机的消耗功率时，所述氢燃料电池发出的能量一部分用于驱动电机，其余部分用于给辅助能源系统充电；
其他情况下，氢燃料电池发出的怠速功率全部用于驱动电机，且在其能量供应不足的情况下，由辅助能源系统提供能量；其中，在辅助能源系统的电量低于放电区间时，其工作模式由第三工作模式切换至第二工作模式；
在第三工作模式下，当怠速功率大于驱动电机所消耗的功率时，当前辅助能源系统将切换到充电状态，继续由氢燃料电池为辅助能源系统充电，并在辅助能源系统的电量达到纯电区间切换阈值时，控制氢燃料电池下电，当前工作模式将由第三工作模式切换至第四工作模式，进入到纯电区间模式中，在纯电模式下，驱动电机所需的能量将直接由辅助能源系统提供。
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