CN111152690B - 一种燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制方法及系统，在整车运行过程中，实时获取整车需求功率及动力电池当前SOC；当动力电池当前SOC＜SOCmin，燃料电池系统以其最大输出功率输出；当SOCmin≤动力电池当前SOC≤SOCmax，燃料电池系统输出功率跟随整车需求功率，动力电池系统提供稳态输出功率，动力电池系统稳态输出功率为动力电池长寿命工作点的输出功率；当动力电池当前SOC＞SOCmax，动力电池系统提供整车需求功率，燃料电池系统不工作。该系统包括一个控制器，该控制器用于实现上述控制方法。本发明提高了动力电池的使用寿命的同时，还使燃料电池系统得以高效工作。
Description
技术领域
本发明属于混合动力系统领域，具体涉及一种燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制方法及系统。
背景技术
现有燃料电池客车能量控制方法为：在整车运行过程中由燃料电池系统一直提供平均功率，动力电池系统提供瞬态功率，满足整车需求功率；但是该控制方法简单，燃料电池系统效率不能得以有效发挥。文献《燃料电池汽车动力电池SOC估算及能量管理策略研究》(刘鹏，武汉理工大学学士论文，2014年5月)第4章第4.2.1节公开了一种On/Off控制策略，其中记载了当SOC≤SOCmin时，燃料电池系统工作在高效区，当SOCmin≤SOC≤SOCmax时，动力电池以最大功率作为动力源。其燃料电池可以根据动力电池SOC(State OfCharge，荷电状态)的大小而变化，但是其是让动力电池跟随整车需求，这样会降低动力电池的寿命且燃料电池系统效率依然不能得以有效发挥。
发明内容
本发明提供了一种燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制方法及系统，以解决现有的燃料电池客车能量控制方法动力电池的寿命低且燃料电池系统效率不能得以有效发挥的问题。
为解决上述技术问题，本发明的燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制方法为：在整车运行过程中，实时获取整车需求功率及动力电池当前SOC；当动力电池当前SOC＜SOCmin，燃料电池系统以其最大输出功率输出；当SOCmin≤动力电池当前SOC≤SOCmax，燃料电池系统输出功率跟随整车需求功率，动力电池系统提供稳态输出功率，动力电池系统稳态输出功率为动力电池最长寿命工作点的输出功率；当动力电池当前SOC＞SOCmax，动力电池系统提供整车需求功率，燃料电池系统不工作；其中，SOCmin为动力电池荷电状态的最小值，SOCmax为动力电池荷电状态的最大值。
本发明的有益效果：本发明能够控制燃料电池系统基本跟随整车需求功率，动力电池提供稳态功率输出，在动力电池电量充足的情况下单独驱动整车，避免动力电池频繁变载，提高动力电池的使用寿命；通过整车控制实现对燃料电池系统和动力电池系统的时变特性控制，燃料电池系统得以高效工作，此种能量控制方法可以选配较小的动力电池，优化整车布置，降低整车整备质量，进而降低整车氢耗。
为了使燃料电池系统得以高效工作，进一步提高电池使用寿命，优化整车布置，当动力电池当前SOC＜SOCmin且燃料电池系统的最大输出功率大于整车需求功率，燃料电池系统以其最大输出功率输出，燃料电池系统多余功率输出储存在动力电池中。
为了最大限度的提高动力电池的寿命，动力电池稳态输出功率为动力电池最大功率的40％-60％。
为解决现有的燃料电池客车能量控制方法动力电池的寿命低且燃料电池系统效率不能得以有效发挥的问题，本发明的燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制系统包括控制器，控制器用于实现以下功能：实时获取整车需求功率及动力电池当前SOC，根据整车需求功率及动力电池当前SOC在燃料电池系统和动力电池系统之间进行实时能量和功率分配，当动力电池当前SOC＜SOCmin，控制燃料电池系统以其最大输出功率输出，当SOCmin≤动力电池当前SOC≤SOCmax，控制燃料电池系统输出功率跟随整车需求功率，控制动力电池系统提供稳态输出功率，动力电池系统稳态输出功率为动力电池最长寿命工作点的输出功率；当动力电池当前SOC＞SOCmax，控制动力电池系统提供整车需求功率，且燃料电池系统不工作；其中，SOCmin为动力电池荷电状态的最小值，SOCmax为动力电池荷电状态的最大值。
本发明的有益效果：本发明能够控制燃料电池系统基本跟随整车需求功率，动力电池提供稳态功率输出，在动力电池电量充足的情况下单独驱动整车，避免动力电池频繁变载，提高动力电池的使用寿命；通过整车控制实现对燃料电池系统和动力电池系统的时变特性控制，燃料电池系统得以高效工作，此种能量控制方法可以选配较小的动力电池，优化整车布置，降低整车整备质量，进而降低整车氢耗。
为了使燃料电池系统得以高效工作，进一步提高电池使用寿命，优化整车布置，当动力电池当前SOC＜SOCmin且燃料电池系统的最大输出功率大于整车需求功率，燃料电池系统以其最大输出功率输出，燃料电池系统多余功率输出储存在动力电池中。
为了最大限度的提高动力电池的寿命，动力电池稳态输出功率为动力电池最大功率的40％-60％。
为了节省成本，便于控制，所述控制器为整车控制器。
附图说明
图1为本发明的燃料电池车辆多电源时变特性的动力系统构型图；
图2为本发明的燃料电池客车多电源时变特性的能量控制方法示意图；
图3为本发明的燃料电池客车多电源时变特性的能量控制方法流程图；
其中，P为整车需求功率，Pfc为燃料电池系统输出功率，Pfcmax为燃料电池系统最大输出功率，Pb为动力电池系统输出功率，Pbc为动力电池系统稳态输出功率，P_avg为整车需求平均功率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明的燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制方法实施例
图1为一种燃料电池车辆多电源时变特性的动力系统构型，该动力系统由燃料电池系统、动力电池系统、DC/DC控制器、电机控制器和驱动电机组成，燃料电池系统通过DC/DC控制器连接到电机控制器上，在DC/DC控制器和电机控制器之间并联连接动力电池系统；其中，燃料电池系统包括燃料电机和燃料电池控制器，动力电池系统包括动力电池和动力电池控制器。能量控制方法的控制网络由整车控制器、燃料电池控制器、动力电池控制器、DC/DC控制器、电机控制器组成。如图2所示，整车控制器根据整车功率需求在燃料电池系统和动力电池之间进行实时能量和功率分配，燃料电池系统提供整车的能量需求，动力电池系统提供系统的功率需求，从而进行燃料电池系统和动力电池系统之间的时变特性控制。
如图3所示，该控制方法具体为：在整车运行过程中，实时获取整车需求功率P及动力电池当前SOC；当动力电池当前SOC＜SOCmin，燃料电池系统以其最大输出功率输出。此时燃料电池系统以其最大输出功率输出，其效率可以最大限度得以发挥。其中，当动力电池当前SOC＜SOCmin且燃料电池系统的最大输出功率Pfcmax>P，燃料电池系统以其最大输出功率输出，燃料电池系统多余功率输出储存在动力电池中。
当SOCmin≤动力电池当前SOC≤SOCmax，燃料电池系统输出功率Pfc跟随整车需求功率P，动力电池系统提供稳态输出功率。动力电池系统此时以稳态输出功率进行工作，动力电池系统稳态输出功率Pbc设置为电池最长寿命工作点时的功率，可以最大限度的提高动力电池的寿命。
当动力电池当前SOC＞SOCmax，动力电池系统提供整车需求功率P，燃料电池不工作；SOCmin为动力电池荷电状态的最小值，SOCmax为动力电池荷电状态的最大值。
动力电池的稳态输出功率为动力电池长寿命工作点的输出功率，动力电池的稳态输出功率为动力电池最大功率的40％-60％。
本发明的燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制系统实施例
该系统包括控制器，控制器用于实现以下功能：实时获取整车需求功率P及动力电池当前SOC，根据整车需求功率P及动力电池当前SOC在燃料电池系统和动力电池系统之间进行实时能量和功率分配，当动力电池当前SOC＜SOCmin，控制燃料电池系统以其最大输出功率输出，当SOCmin≤动力电池当前SOC≤SOCmax，控制燃料电池系统输出功率Pfc跟随整车需求功率P，控制动力电池系统提供稳态输出功率；当动力电池当前SOC＞SOCmax，控制动力电池系统提供整车需求功率P，且燃料电池系统不工作；其中，SOCmin为动力电池荷电状态的最小值，SOCmax为动力电池荷电状态的最大值。
其中，当动力电池当前SOC＜SOCmin且燃料电池系统最大输出功率Pfcmax>P，燃料电池系统以其最大输出功率输出，燃料电池系统多余功率输出储存在动力电池中。
动力电池系统的稳态输出功率为动力电池长寿命工作点的输出功率，动力电池系统的稳态输出功率为动力电池最大功率的40％-60％。
控制器一般为整车控制器。
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 (7)
1.一种燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制方法，其特征在于，该方法为：在整车运行过程中，实时获取整车需求功率及动力电池当前SOC；当动力电池当前SOC＜SOCmin，燃料电池系统以其最大输出功率输出；当SOCmin≤动力电池当前SOC≤SOCmax，燃料电池系统输出功率跟随整车需求功率，动力电池系统提供稳态输出功率，动力电池系统稳态输出功率为动力电池最长寿命工作点的输出功率；当动力电池当前SOC＞SOCmax，动力电池系统提供整车需求功率，燃料电池系统不工作；其中，SOCmin为动力电池荷电状态的最小值，SOCmax为动力电池荷电状态的最大值。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制方法，其特征在于，当动力电池当前SOC＜SOCmin且燃料电池系统的最大输出功率大于整车需求功率，燃料电池系统以其最大输出功率输出，燃料电池系统多余功率输出储存在动力电池中。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制方法，其特征在于，动力电池系统稳态输出功率为动力电池最大功率的40%-60%。
4.一种燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制系统，其特征在于，该系统包括控制器，控制器用于实现以下功能：实时获取整车需求功率及动力电池当前SOC，根据整车需求功率及动力电池当前SOC在燃料电池系统和动力电池系统之间进行实时能量和功率分配，当动力电池当前SOC＜SOCmin，控制燃料电池系统以其最大输出功率输出，当SOCmin≤动力电池当前SOC≤SOCmax，控制燃料电池系统输出功率跟随整车需求功率，控制动力电池系统提供稳态输出功率，动力电池系统稳态输出功率为动力电池最长寿命工作点的输出功率；当动力电池当前SOC＞SOCmax，控制动力电池系统提供整车需求功率，且燃料电池系统不工作；其中，SOCmin为动力电池荷电状态的最小值，SOCmax为动力电池荷电状态的最大值。
5.根据权利要求4所述的燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制系统，其特征在于，当动力电池当前SOC＜SOCmin且燃料电池系统的最大输出功率大于整车需求功率，燃料电池系统以其最大输出功率输出，燃料电池系统多余功率输出储存在动力电池中。
6.根据权利要求4所述的燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制系统，其特征在于，动力电池稳态输出功率为动力电池最大功率的40%-60%。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的燃料电池车辆多电源时变特性的能量控制系统，其特征在于，所述控制器为整车控制器。
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