CN111251945A - 一种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的属于燃料电动汽车技术领域，具体为一种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统，包括控制器，所述控制器分别电性输入连接控制策略模块、传感器组件和电容剩余量传感器和电池剩余量传感器，所述控制器分别电性输出连接蓄电池控制模块、燃料电池控制模块、燃料电池充放开关和超级电容控制模块，该种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统，设计合理，实用性强，在燃料电池+动力电池+超级电容系统中使燃料电池的输出功率尽量靠近燃料电池的最佳工作点，根据燃油消耗最小化原则的优化算法，在规则框架下，使电池和电容的剩余电量波动幅度相较之前变小，使能量收回完全，效率高，降低能量浪费。

Description

一种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统

技术领域

本发明涉及燃料电动汽车技术领域，具体为一种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统。

背景技术

燃料电池汽车的环保和高效等特点已经被认为是一种潜力巨大的新型交通工具,为了提高效率和动力性采用了多个能量提供来源,如蓄电池和超级电容等,已成为新能源汽车的一种常规动力方案，在实际行驶时,燃料电池汽车的运行并不是一个稳态情况，频繁的启动加速和爬坡使得汽车动态工况非常复杂.燃料电池系统的输出特性偏软,动态响应较慢,在启动,急加速或爬陡坡时,燃料电池的输出特性无法满足车辆的行驶要求，在实际燃料电池汽车上,常常需要使用燃料电池混合电动汽车的设计方法,即引入辅助能源装置,用来提供峰值功率以补充车辆在加速或爬坡时燃料电池输出功率能力的不足,另一方面,在燃料电池汽车车辆制动时,也就是低速或减速工况下,燃料电池的功率大于驱动功率时,辅助能源装置储存赋予的能量,或在回馈制动时,辅助能源装置吸收存储制动能量,从而提高整个动力系统的能量效率，但是在下坡较多的工况下行驶用燃料电池较多时,辅助能量源电量过满,能量回收不完全,效率过低,造成能量浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统，以解决上述背景技术中提出的燃料电动汽车在下坡较多的工况下行驶用燃料电池较多时,辅助能量源电量过满,能量回收不完全,效率过低,造成能量浪费问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统，包括控制器，所述控制器分别电性输入连接控制策略模块、传感器组件和电容剩余量传感器和电池剩余量传感器，所述控制器分别电性输出连接蓄电池控制模块、燃料电池控制模块、燃料电池充放开关和超级电容控制模块，所述蓄电池控制模块电性输出连接蓄电池开关，所述蓄电池开关电性输出连接蓄电池，所述蓄电池分别电性输出连接电池剩余量传感器和逆变器，所述逆变器电性输出连接交流电机，所述交流电机电性输出连接传感器组件，所述燃料电池控制模块电性输出连接燃料电池开关，所述燃料电池开关电性输出连接燃料电池，所述燃料电池电性输入连接燃料电池充放开关，所述燃料电池分别电性输出连接蓄电池、第一直流斩波器和超级电容，所述第一直流斩波器电性输出连接逆变器，所述超级电容分别电性输出连接第二直流斩波器和电容剩余量传感器，所述超级电容电性输入连接超级电容开关，所述超级电容开关电性输入连接超级电容控制模块。

优选的，所述控制策略模块由基于规则模块和优化算法模块，所述基于规则模块电性输出连接优化算法模块，所述优化算法模块电性输出连接控制器。

优选的，所述传感器组件包括功率传感器和算法传感器，所述功率传感器和算法传感器均电性输入连接交流电机，所述功率传感器和算法传感器均电性输出连接控制器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统，设计合理，实用性强，在燃料电池+动力电池+超级电容系统中使燃料电池的输出功率尽量靠近燃料电池的最佳工作点，根据燃油消耗最小化原则的优化算法，在规则框架下，使电池和电容的剩余电量波动幅度相较之前变小，使能量收回完全，效率高，降低能量浪费。

附图说明

图1为本发明系统原理框图；

图2为本发明控制策略模块系统框图；

图3为本发明传感器组件系统框图。

图中：1控制器、2控制策略模块、3传感器组件、4电容剩余量传感器、5电池剩余量传感器、6蓄电池控制模块、7燃料电池控制模块、8燃料电池充放开关、9超级电容控制模块、10蓄电池开关、11蓄电池、12逆变器、13交流电机、14燃料电池开关、15燃料电池、16第一直流斩波器、17超级电容、18超级电容开关、19第二直流斩波器、20基于规则模块、21优化算法模块、22功率传感器、23电压传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统，包括控制器1，所述控制器1分别电性输入连接控制策略模块2、传感器组件3和电容剩余量传感器4和电池剩余量传感器5，所述控制策略模块2由基于规则模块20和优化算法模块21，所述基于规则模块20电性输出连接优化算法模块21，所述优化算法模块21电性输出连接控制器1，所述传感器组件3包括功率传感器22和算法传感器23，所述功率传感器22和算法传感器23均电性输入连接交流电机13，所述功率传感器22和算法传感器23均电性输出连接控制器1，所述控制器1分别电性输出连接蓄电池控制模块6、燃料电池控制模块7、燃料电池充放开关8和超级电容控制模块9，所述蓄电池控制模块6电性输出连接蓄电池开关10，所述蓄电池开关10电性输出连接蓄电池11，所述蓄电池11分别电性输出连接电池剩余量传感器5和逆变器12，所述逆变器12电性输出连接交流电机13，所述交流电机13电性输出连接传感器组件3，所述燃料电池控制模块7电性输出连接燃料电池开关14，所述燃料电池开关14电性输出连接燃料电池15，所述燃料电池15电性输入连接燃料电池充放开关8，所述燃料电池15分别电性输出连接蓄电池11、第一直流斩波器16和超级电容17，所述第一直流斩波器16电性输出连接逆变器12，所述超级电容17分别电性输出连接第二直流斩波器19和电容剩余量传感器4，所述超级电容电性输入连接超级电容开关18，所述超级电容开关18电性输入连接超级电容控制模块9。

第一斩波器16和第二斩波器19与逆变器12用于把能量源系统放出的电能转换成交流电机的输入交流电能，由一个或几个能量源输出经过直流斩波器16或者第二斩波器19.后再经过逆变器12，最终输入交流电机13内，完成车辆轮轴所需功率要求，该系统控制方式为先经过基于规则模块20，从而界定蓄电池输出功率和蓄电池剩余电量的边界，再经过基于优化算法的算法模块计算出此情况的最佳输出功率，然后控制能量源进行相应的功率输出工作，燃料电池汽车混合动力系统能量分配的规则控制方式包括蓄电池控制和超级电容控制两大部分。蓄电池11控制的具体方法为：当总线要求输出功率为正时，需要蓄电池11进行放电。此时当需求功率大于电容的输出功率且蓄电池11剩余电量大于设定的最小值时，蓄电池11开启，否则关闭，当总线要求输出功率为负时，蓄电池11进行充电，此时当蓄电池11剩余电量小于设定的最大值时，蓄电池11进行充电，否则关闭。超级电容17控制的具体方法为：当总线要求输出功率为正时，需要超级电容17进行放电。此时当超级电容17剩余电量大于设定的最小值时，超级电容17电容开启，否则关闭。当总线要求输出功率为负时，超级电容17进行充电，此时当蓄电池11剩余电量大于设定的最小值，且超级电容17剩余电量小于设定的最大值时，超级电容17开启，否则关闭，燃料电池汽车混合动力系统能量分配的优化算法控制方式根据燃油消耗最小化原则，针对燃料电池15+蓄电池11+超级电容17系统构造目标函数，根据燃料电池15系统的效率曲线，蓄电池11、超级电容17的充放电效率曲线可以得出燃料电池15的最佳工作点，在低负载工况下，控制器1控制燃料电池充放开关8开启，进而控制燃料电池15给蓄电池11或者超级电容17充电，但由于蓄电池11的平均效率在70％-80％之间，超级电容17的平均效率在95％-100％之间，如果让燃料电池15工作在最佳工作点，而由超级电容17吸收掉大部分燃料电池15输出的多余能量，则整个系统的输出功率将会有大幅度提升，而此方法在基于规则的模块已经体现，基于此种考虑，此算法在燃料电池15+蓄电池11+超级电容17系统的目标函数中使燃料电池15的输出功率尽量靠近了燃料电池15的最佳工作点。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统，包括控制器(1)，其特征在于：所述控制器(1)分别电性输入连接控制策略模块(2)、传感器组件(3)和电容剩余量传感器(4)和电池剩余量传感器(5)，所述控制器(1)分别电性输出连接蓄电池控制模块(6)、燃料电池控制模块(7)、燃料电池充放开关(8)和超级电容控制模块(9)，所述蓄电池控制模块(6)电性输出连接蓄电池开关(10)，所述蓄电池开关(10)电性输出连接蓄电池(11)，所述蓄电池(11)分别电性输出连接电池剩余量传感器(5)和逆变器(12)，所述逆变器(12)电性输出连接交流电机(13)，所述交流电机(13)电性输出连接传感器组件(3)，所述燃料电池控制模块(7)电性输出连接燃料电池开关(14)，所述燃料电池开关(14)电性输出连接燃料电池(15)，所述燃料电池(15)电性输入连接燃料电池充放开关(8)，所述燃料电池(15)分别电性输出连接蓄电池(11)、第一直流斩波器(16)和超级电容(17)，所述第一直流斩波器(16)电性输出连接逆变器(12)，所述超级电容(17)分别电性输出连接第二直流斩波器(19)和电容剩余量传感器(4)，所述超级电容电性输入连接超级电容开关(18)，所述超级电容开关(18)电性输入连接超级电容控制模块(9)。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统，其特征在于：所述控制策略模块(2)由基于规则模块(20)和优化算法模块(21)，所述基于规则模块(20)电性输出连接优化算法模块(21)，所述优化算法模块(21)电性输出连接控制器(1)。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车混合动力的能量分配控制系统，其特征在于：所述传感器组件(3)包括功率传感器(22)和算法传感器(23)，所述功率传感器(22)和算法传感器(23)均电性输入连接交流电机(13)，所述功率传感器(22)和算法传感器(23)均电性输出连接控制器(1)。

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