CN111137176A - 一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法 - Google Patents

一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及新能源汽车控制领域，本发明公开了一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，包括：锂电池系统、燃料电池系统、升压DCDC、降压DCDC、配电系统、整车控制器系统、负载柜、LIBVIEW上位机监控系统等。通过集成整车控制器系统的集控测试台模拟真实驾驶环境，集控测试台可以识别驾驶者的操作意图，根据当前的档位和加速踏板开度，控制燃料电池系统、锂电池系统、负载柜按照最优的功率输出。通过LIBVIEW上位机监控系统控制模拟各种工况模式，直接导入工况数据，控制负载系统按照设定的功率输出。本发明不仅有利于模拟整车能量控制策略，而且可以模拟真实驾驶工况测试、驾驶员驾驶习惯测试、整车控制器在线与在环测试、基于simulik模型算法测试等。

Description

一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法
技术领域
本发明属于新能源汽车控制领域，具体涉及一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法。
背景技术
随着全球日益的增长的能源需求，愈演愈烈的环境问题，新能源汽车得到迅猛发展。汽车是一种常见的交通工具，它可以用于交通运输和出行代步等，已经逐渐成为人类必不可缺的工具。传统的汽车一般用汽车发动机作为动力，汽油的扩散燃烧产生的气体对人体健康和生态环境造成巨大危害。因此，新型的清洁能源利用方式越来越受人们重视。其中，氢燃料电池具有高效率、零污染、低噪音、启动快等优势，具有广阔的发展前景，是下一代车用动力的发展方向之一。
目前，相关专家、技术人员也在积极研究氢燃料电池汽车，现有的设计和模拟方面还存在很多不合理的地方，例如：氢燃料电池发动机动力系统采用什么电电混合方案、如何实现氢燃料电池与动力电池能量最优管理策略以及如何模拟真实驾驶工况、驾驶员驾驶习惯、整车控制器在线与在环测试、基于simulik模型算法等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，本发明有利于优化整车经济性能并保护燃料电池的使用寿命，不仅能够实现模拟整车最优的能量分配，而且有效避免燃料电池功率频繁的变化导致燃料电池堆与锂电池的使用寿命问题，从而达到减小氢气损耗，增加续航里程的目地。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，所述方法包括：整车控制器采集集控测试台的钥匙信号、换挡面板信号，控制系统上电进程；整车控制器控制锂电池系统高压上电、根据模式开关信号控制燃料电池动力系统的运行模式，运行模式包括混动模式、纯电动模式；整车控制器采集挡位信号、踏板开度信号，计算负载柜的需求功率；整车控制器采集锂电池系统的SOC、LIBVIEW上位机监控系统反馈车速对燃料电池动力系统能量分配；下电进程整车控制器采集集控测试台的钥匙信号、模式开关信号对燃料电池系统启动以及整个动力系统平台下电控制。
优选的，所述整车控制器检测到钥匙信号ON档与start档启动；整车控制器判断是否完成硬件唤醒以及燃料电池动力系统平台是否无故障，若无故障，则整车控制器自检完成，发送上电指令给锂电池系统；若有故障，燃料电池动力系统平台进入下电流程。
优选的，所述整车控制器发送上电指令给锂电池系统，包括：检测锂电池系统充放电回路状态；整车控制器判断锂电池系统充放电回路是否闭合；若充放电回路闭合，则整车控制器控制动力系统平台上电完成同时给降压DCDC发送启动指令；若充放电回路没有闭合，则整车控制器设定时间后给锂电池系统发送下电指令。
优选的，所述燃料电池动力系统平台上电完成还包括：检测燃料电池系统状态、集成控制台模式开关高低电平的变化；判断燃料电池系统是否处于待机状态或者初始化状态以及集成控制台模式开关是否请求混动模式，若是，则整车控制器给燃料电池系统发送开机指令，动力系统平台进入混动模式；若否，则整车控制器给燃料电池系统发送关机指令，动力系统平台进入纯电动模式。
优选的，所述整车控制器启动LIBVIEW上位机监控系统检测与控制；判断LIBVIEW上位机监控系统是否是模拟实车驾驶的状态，若是，则整车控制器根据集控测试台的换挡面板档位和加速踏板开度计算负载柜需求功率，若否，则整车控制器设置为行驶工况模式；
整车控制器根据LIVIEW上位机监控系统导入的工况数据计算负载柜需求功率、控制燃料电池系统按照设定的功率输出；
LIVIEW上位机监控系统还需判断锂电池系统的SOC以及根据负载柜功率和加速踏板开度计算出车速。
优选的，所述整车控制器记录锂电池系统SOC的初始值，开始运行后，比较初始值与实时值之间的关系，判断实时值与初始值的差的绝对值是否大于5％，若是，则取当前SOC值为实时值；若否，则取当前SOC值为初始值。
优选的，所述锂电池系统的SOC分为七个电量区间，为第一电量区间到第七电量区间，第一电量区间用于表示SOC较低的区间，第六到七电量区间用于表示SOC较高的区间，第二到第五电量区间介于较低SOC与较高SOC区间用于表示动力电池正常状态，所述整车控制器比较燃料电池系统的额定功率与负载柜的需求功率的大小，负载柜的需求功率不大于燃料电池系统额定功率时，整车控制器根据锂电池系统的SOC所处的电量区间控制燃料电池系统的输出功率，燃料电池系统的输出功率不能超过燃料电池系统最大允许功率；负载柜的需求功率大于燃料电池系统的额定功率时整车控制器控制燃料电池系统按照额定功率输出。
优选的，所述整车控制器判断燃料电池系统是否处于整车停机状态，若是，则整车控制器向降压DCDC发送关机指令，若否，则整车控制器向降压DCDC发送关机指令；所述整车控制器判断降压DCDC是否处于关机状态，若是，则整车控制器向锂电池系统发送关机指令，若否，则整车控制器向锂电池系统发送关机指令；所述整车控制器判断锂电池系统是否处于下电状态，若是，则整车控制器延时500ms进入休眠模式，若否，则整车控制器延时2s进入休眠模式。
与现有技术相比，本发明不仅有利于模拟整车能量控制策略，而且可以模拟真实驾驶工况测试、驾驶员驾驶习惯测试、整车控制器在线与在环测试、基于simulik模型算法测试等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的动力系统模拟整车能量分配策略实施例的流程图；
图2是本发明提供的动力系统模拟整车能量分配策略实施例的流程图；
图3是本发明提供的动力系统模拟整车能量分配策略实施例的流程图；
图4是本发明提供的动力系统平台的连接示意框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1～2所示，本发明提供了一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，包括如下步骤。
一、上电步骤:
步骤J1、启动钥匙信号ON档。
步骤J2、判断整车控制器是否唤醒以及系统是否有故障。
若存在故障或者ON掉电，则执行步骤J3，进入下电流程。
步骤J4、判断钥匙信号start档。
步骤J5、判断锂电池系统是否上电完成状态。
若锂电池系统上电失败，则执行步骤J6锂电池系统下电指令；否则执行步骤J7、高压上电成功给降压DCDC发送开机指令。
步骤J8、判断燃料电池系统状态以及集控测试台模式开关状态，若有效则进入步骤J9，燃料电池动力系统平台进入混动模式；否则进入步骤J10燃料电池动力系统平台进入动模式。
二、下电步骤
如果步骤J1中钥匙信号ON档无效则执行步骤J11燃料电池系统关机指令。
步骤J12、判断燃料电池系统停机状态，若燃料电池系统正常关机，则发生降压DCDC关机指令。
步骤J13、判断降压DCDC关机状态。
步骤J14、判断锂电池系统反馈的下电状态，若锂电池系统下电完成，执行步骤15动力系统平台进入休眠模式。
三、能量分配：
步骤S1、启动LIVIEW上位机监控系统监控。
步骤S2、判断LIVIEW上位机监控系统系统是否请求驾驶模式，这里所述驾驶模式是指模拟正常实际驾驶情况，通常可以根据实际用途选择不同的模式，若想模拟正常实际驾驶情况，选择驾驶模式请求，但不仅限于驾驶模式，具体情况可以根据实际用途来定。
若LIVIEW上位机监控系统请求工况模式，则执行步骤S100、控制燃料电池系统根据设定的不同工况输出，其中不同工况基本上都是不同区域，不同城市的工况文件，本领域技术人员可以理解，是指理论情况下车辆在不同工况下正常行驶不同车速下的需求功率。
步骤S3、判断锂电池系统的SOC值是否处于预设的七个电量区间。
步骤S31、判断锂电池系统的SOC值是都处于第一电量区间，其中第一电量区间用于表示较低SOC区间，根据经验设置为小于10％-70％。若处于该第一电量区间，则表明动力电池较低，无法承受较大功率输出，此时则执行步骤S311、如果车速为0km/h，则控制燃料电池系统以额定功率的40％-80％(优选60％)输出，如果车速不为0km/h，则控制燃料电池系统以额定功率的85％-95％(优选90％)输出，即将能量输出的大功率交给燃料电池系统负责。
步骤S41、判断锂电池系统的SOC值是否处于第二电量区间，其中第二电量区间表示不算太低，根据经验可设置为大于等于50％且小于60％(可以根据实际需求调整)。若处于该第二电量区间，则表明锂电池系统电量不算太低，此时执行步骤S11、如果车速为0km/h，则控制燃料电池系统以额定功率的30％-50％(优选40％)输出，如果车速不为0km/h，则控制燃料电池系统以额定功率的75％-85％(优选80％)输出。
步骤S51、判断动力电池的SOC值是否处于第三电量区间，其中第二电量区间表示不算太低，根据经验可设置为大于等于60％且小于70％(可以根据实际需求调整)。若处于该第三电量区间，则表明动力电池电量不算太低，此时执行步骤S511、控制燃料电池以额定功率的60％-80％(优选70％)输出，如果车速等于0km/h，则控制燃料电池以额定功率的25％-35％(优选30％)输出，如果车速不为0km/h，则执行步骤S61、判断动力电池的SOC值是否处于第四电量区间，其中第四电量区间表示不算太低，根据经验可设置为大于等于70％且小于80％(可以根据实际需求调整)。若处于该第四电量区间，则表明动力电池电量不算太低，此时执行步骤S611、如果车速等于0km/h，则控制燃料电池以额定功率的25％-35％(优选30％)输出，如果车速不为0km/h，则控制燃料电池以额定功率的40％-60％(优选50％)输出。
步骤S71、判断锂电池系统的SOC值是否处于第五电量区间，根据经验可设置为大于等于80％且小于85％(可以根据实际需求调整)。若处于该第五电量区间，其中第五电量区间用于表示较高SOC区间，此时执行步骤S711、如果车速等于0km/h，则控制燃料电池以额定功率的15％-25％(优选20％)输出，如果车速不为0km/h，则控制燃料电池以额定功率的25％-35％(优选30％)输出。
步骤S80、S90、判断锂电池系统的SOC值是否处于第六、七电量区间，根据经验可设置为大于等于85％且小于90％和大于等于90％(可以根据实际需求调整)则表明动力电池电量充足，能够输出较大的功率，此时控制燃料电池以额定功率的4％-10％怠速功率输出，即燃料电池仅负责车辆所需的能率的一般开销，此时消耗燃料较少。
步骤S4、判断负载需求功率是否小于等于额定功率；
当然，根据需求在其他方案中也可以仅判断需求功率值是否小于额定功率。接着，在本实施例中计算值若小于等于额定功率，则说明当前工况燃料电池足以胜任，因而执行图1中步骤S200、控制燃料电池按照限制的功率输出；如果计算值大于额定功率，则说明燃料电池需要超额输出，虽然在实际中可以在短时间内实现，但为了提升本方法的可靠性和安全性，选择执行步骤S5、控制燃料电池以额定功率输出。
最后，还可以补充的是，在一个综合的技术方案中，可以在控制燃料电池按上述各不同工况输出后，将燃料电池的目标功率信息通过CAN总线发送至整车控制系统，以使整车系统根据本发明的能量分配策略的执行情况，采取相应的整车系统综合调配。
以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，其特征在于，所述方法包括：整车控制器采集集控测试台的钥匙信号、换挡面板信号，控制系统上电进程；整车控制器控制锂电池系统高压上电、根据模式开关信号控制燃料电池动力系统的运行模式，运行模式包括混动模式、纯电动模式；整车控制器采集挡位信号、踏板开度信号，计算负载柜的需求功率；整车控制器采集锂电池系统的SOC、LIBVIEW上位机监控系统反馈车速对燃料电池动力系统能量分配；下电进程整车控制器采集集控测试台的钥匙信号、模式开关信号对燃料电池系统启动以及整个动力系统平台下电控制。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，其特征在于，所述整车控制器检测到钥匙信号ON档与start档启动；整车控制器判断是否完成硬件唤醒以及燃料电池动力系统平台是否无故障，若无故障，则整车控制器自检完成，发送上电指令给锂电池系统；若有故障，燃料电池动力系统平台进入下电流程。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，其特征在于，所述整车控制器发送上电指令给锂电池系统，包括：检测锂电池系统充放电回路状态；整车控制器判断锂电池系统充放电回路是否闭合；若充放电回路闭合，则整车控制器控制动力系统平台上电完成同时给降压DCDC发送启动指令；若充放电回路没有闭合，则整车控制器设定时间后给锂电池系统发送下电指令。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，其特征在于，所述燃料电池动力系统平台上电完成还包括：检测燃料电池系统状态、集成控制台模式开关高低电平的变化；判断燃料电池系统是否处于待机状态或者初始化状态以及集成控制台模式开关是否请求混动模式，若是，则整车控制器给燃料电池系统发送开机指令，动力系统平台进入混动模式；若否，则整车控制器给燃料电池系统发送关机指令，动力系统平台进入纯电动模式。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，其特征在于，所述整车控制器启动LIBVIEW上位机监控系统检测与控制；判断LIBVIEW上位机监控系统是否是模拟实车驾驶的状态，若是，则整车控制器根据集控测试台的换挡面板档位和加速踏板开度计算负载柜需求功率，若否，则整车控制器设置为行驶工况模式；
整车控制器根据LIVIEW上位机监控系统导入的工况数据计算负载柜需求功率、控制燃料电池系统按照设定的功率输出；
LIVIEW上位机监控系统还需判断锂电池系统的SOC以及根据负载柜功率和加速踏板开度计算出车速。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，其特征在于，所述整车控制器记录锂电池系统SOC的初始值，开始运行后，比较初始值与实时值之间的关系，判断实时值与初始值的差的绝对值是否大于5％，若是，则取当前SOC值为实时值，若否，则取当前SOC值为初始值。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，其特征在于，所述锂电池系统的SOC分为七个电量区间，为第一电量区间到第七电量区间，第一电量区间用于表示SOC较低的区间，第六到七电量区间用于表示SOC较高的区间，第二到第五电量区间介于较低SOC与较高SOC区间用于表示动力电池正常状态，所述整车控制器比较燃料电池系统的额定功率与负载柜的需求功率的大小，负载柜的需求功率不大于燃料电池系统额定功率时，整车控制器根据锂电池系统的SOC所处的电量区间控制燃料电池系统的输出功率，燃料电池系统的输出功率不能超过燃料电池系统最大允许功率；负载柜的需求功率大于燃料电池系统的额定功率时整车控制器控制燃料电池系统按照额定功率输出。
8.根据权利要求7所述的一种燃料电池动力系统平台模拟整车能量控制策略的方法，其特征在于，所述整车控制器判断燃料电池系统是否处于整车停机状态，若是，则整车控制器向降压DCDC发送关机指令，若否，则整车控制器向降压DCDC发送关机指令；所述整车控制器判断降压DCDC是否处于关机状态，若是，则整车控制器向锂电池系统发送关机指令，若否，则整车控制器向锂电池系统发送关机指令；所述整车控制器判断锂电池系统是否处于下电状态，若是，则整车控制器延时500ms进入休眠模式，若否，则整车控制器延时2s进入休眠模式。
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