CN111319470A - 一种氢燃料汽车能量回馈管理系统及其控制方法 - Google Patents

一种氢燃料汽车能量回馈管理系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种氢燃料汽车能量回馈管理系统，包括燃料电池、动力电池、电机、双向DCDC、SCM超级电容、VCU、FCU、BMS、MCU和SCMS，燃料电池电性连接动力电池，动力电池电性连接电机，电机与SCM超级电容电性连接，VCU、FCU、BMS、MCU和SCMS分别连接CAN网络，燃料电池通过FCU连接CAN网络，起动电池通过BMS连接CAN网络，电机通过MCU连接CAN网络，SCM超级电容通过SCMS连接CAN网络。本发明的有益效果：本发明通过燃料电池、动力电池和SCM超级电容三种能量源之间的配合，并通过VCU对回馈功率加以实时动态的计算和控制，在提高能量回收效率、提升整车续航能力的同时，兼顾驾驶平顺性和驾乘者的主观感受。

Description

一种氢燃料汽车能量回馈管理系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车能量管理技术领域，尤其涉及一种氢燃料汽车能量回馈管理系统及其控制方法。
背景技术
在国家的大力推行下，新能源燃料电池汽车快速发展，由于燃料电池系统功率响应的时滞性、及启动过程中未发电前仍需外部提供高压，就决定了在现阶段燃料电池汽车的动力系统架构中还需要辅助的高压能源。
超级电容是一种新型储能元件，具有良好的储电能力、可提供强大脉动功率，是具有优良的充、放电性能的物理二次电源。在额定电压范围内，它可以快速的充电至目标电压值，放电时则可以快速放出所存储的电能。但现有的有关超级电容技术大多集中在如何制备高容量的单体超级电容以及如何对车载超级电容进行快速充电的领域，而没有对如何通过配置合理的超级电容储能系统的结构来改善带有超级电容的汽车运行状况的方法，从而引发了超级电容的容量不足或容量过大的问题，造成了资源的浪费和整车成本过高。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种氢燃料汽车能量回馈管理系统及其控制方法。
本发明的实施例提供一种氢燃料汽车能量回馈管理系统，包括燃料电池、动力电池、电机、双向DCDC、SCM超级电容、VCU、FCU、BMS、MCU和SCMS，所述燃料电池电性连接所述动力电池，所述动力电池电性连接所述电机，所述电机通过所述双向DCDC与所述SCM超级电容电性连接，所述VCU、所述FCU、所述BMS、所述MCU和所述SCMS分别连接CAN网络，所述燃料电池通过所述FCU连接CAN网络，所述起动电池通过所述BMS连接CAN网络，所述电机通过所述MCU连接CAN网络，所述SCM超级电容通过所述SCMS连接CAN网络。
进一步地，所述燃料电池通过DCDC与所述动力电池电性连接，且所述DCDC连接CAN网络。
进一步地，所述VCU电性连接有蓄电池，且所述VCU由所述蓄电池供电。
进一步地，所述VCU电性连接有T-BOX,且所述T-BOX连接CAN网络。
进一步地，所述动力电池为镍氢电池或锂电池。
进一步地，所述蓄电池的输出电压为12V。
本发明的实施例还提供一种氢燃料汽车能量回馈管理系统的制动能量回收方法，包括以下步骤：
S1、在整车READY状态下，所述VCU判断当前条件是否满足进入制动能量回收模式，若满足则进入制动能量回收模式，否则不进入；
S2、进入制动能量回收模式后，所述VCU根据计算及比较后得出当前所述电机的能量回收扭矩，计算及比较方法如下：
a.检查当前母线电压查出所述SCM超级电容最大可允许能量回收功率的标定阈值，并根据公式:t＝P*9550/n算出当前整车最大能量回收扭矩，公式中：t为当前整车最大能量回收扭矩，P为根据母线电压查表获得所述SCM超级电容当前允许的最大能量回收功率标定阈值，n为当前所述电机的转速；
b.根据当前车速查出最佳能量制动回收扭矩标定阈值，且最佳制动能量回收标定阈值由车速实车标定；
c.将整车最大能量回收扭矩阈值、最佳制动能量回收扭矩标定阈值、底盘允许最大回收扭矩作比较，三者之间取小值为当前请求所述电机工作的回收扭矩，得到当前请求所述电机工作的回收扭矩后，再根据制动能量回收扭矩变化率得出当前所述电机工作的目标扭矩，并将该目标扭矩发送至所述电机，从而所述电机执行动作；
S3、整个过程中所述VCU实时判断整车是否满足制动能量回收模式条件，若不满足则退出制动能量回收模式。
本发明的实施例还提供一种氢燃料汽车能量回馈管理系统的滑行能量回收方法，包括以下步骤：
S1、在整车READY状态下，所述VCU判断当前条件是否满足进入滑行能量回收模式，若满足则进入滑行能量回收模式，否则不进入；
S2、进入滑行能量回收模式后，所述VCU根据计算及比较后得出当前所述电机的能量回收扭矩，计算及比较方法如下：
a.检查当前母线电压查出所述SCM超级电容最大可允许能量回收功率的标定阈值，并根据公式:t＝P*9550/n算出当前整车最大能量回收扭矩，公式中：t为当前整车最大能量回收扭矩，P为根据母线电压查表获得所述SCM超级电容当前允许的最大能量回收功率标定阈值，n为当前所述电机的转速；
b.根据当前车速查出最佳滑行能量回收扭矩标定阈值，且最佳滑行能量回收扭矩标定阈值由车速实车标定；
c.将整车最大能量回收扭矩阈值、最佳滑行能量回收扭矩标定阈值、底盘允许最大回收扭矩作比较，三者之间取小值为当前请求所述电机工作的回收扭矩，得到当前请求所述电机工作的回收扭矩后，再根据制动能量回收扭矩变化率得出当前所述电机工作的目标扭矩，并将该目标扭矩发送至所述电机，从而所述电机执行动作；
S3、整个过程中所述VCU实时判断整车是否满足滑行能量回收模式条件，若不满足则退出滑行能量回收模式。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种氢燃料汽车能量回馈管理系统通过所述燃料电池、所述动力电池和所述SCM超级电容三种能量源之间的配合，并通过所述VCU对回馈功率加以实时动态的计算和控制，在提高能量回收效率、提升整车续航能力的同时，兼顾驾驶平顺性和驾乘者的主观感受，从而解决因超级电容的容量不足或容量过大而导致的资源浪费和整车成本过高等问题。
附图说明
图1是本发明一种氢燃料汽车能量回馈管理系统的连接示意图。
图中：1-燃料电池，2-动力电池，3-电机，4-双向DCDC，5-SCM超级电容，6-VCU，7-FCU，8-BMS，9-MCU，10-SCMS，11-DCDC，12-蓄电池，13-T-BOX。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种氢燃料汽车能量回馈管理系统，包括燃料电池1、动力电池2、电机3、双向DCDC4、SCM超级电容5、VCU6、FCU7、BMS8、MCU9和SCMS10。
所述燃料电池1电性连接所述动力电池2，具体地，所述燃料电池1通过DCDC11与所述动力电池2电性连接，所述动力电池2电性连接所述电机3，所述电机3通过所述双向DCDC4与所述SCM超级电容5电性连接，本实施例中所述动力电池2为镍氢电池或锂电池。
所述VCU6、所述FCU7、所述BMS8、所述MCU9、所述SCMS10和所述DCDC11分别连接CAN网络，所述燃料电池1通过所述FCU7连接CAN网络，所述起动电池2通过所述BMS8连接CAN网络，所述电机3通过所述MCU9连接CAN网络，所述SCM超级电容5通过所述SCMS10连接CAN网络。
所述VCU6电性连接有蓄电池12，且所述VCU6由所述蓄电池12供电，优选地，所述蓄电池12的输出电压为12V，本实施例中所述VCU6还电性连接有T-BOX13,且所述T-BOX13连接CAN网络，从而通过所述T-BOX13可与所述氢燃料汽车进行信息交互。
本发明进行制动能量回收的具体过程为：
S1、在整车READY状态下，所述VCU6判断当前条件是否满足进入制动能量回收模式，若满足则进入制动能量回收模式，否则不进入，具体地，整车进入制动能量回收模式的条件为：车辆行驶过程中制动踏板开度不为0；
S2、进入制动能量回收模式后，所述VCU6根据计算及比较后得出当前所述电机3的能量回收扭矩，计算及比较方法如下：
a.检查当前母线电压查出所述SCM超级电容5最大可允许能量回收功率的标定阈值，并根据公式:t＝P*9550/n算出当前整车最大能量回收扭矩，公式中：t为当前整车最大能量回收扭矩，P为根据母线电压查表获得所述SCM超级电容5当前允许的最大能量回收功率标定阈值，n为当前所述电机3的转速；
b.根据当前车速查出最佳能量制动回收扭矩标定阈值，且最佳制动能量回收标定阈值由车速实车标定；
c.将整车最大能量回收扭矩阈值、最佳制动能量回收扭矩标定阈值、底盘允许最大回收扭矩作比较，三者之间取小值为当前请求所述电机3工作的回收扭矩，得到当前请求所述电机3工作的回收扭矩后，再根据制动能量回收扭矩变化率得出当前所述电机3工作的目标扭矩，并将该目标扭矩发送至所述电机3，从而所述电机3执行动作；
S3、整个过程中所述VCU6实时判断整车是否满足制动能量回收模式条件，若不满足则退出制动能量回收模式。
本发明进行滑行能量回收的具体过程为：
S1、在整车READY状态下，所述VCU6判断当前条件是否满足进入滑行能量回收模式，若满足则进入滑行能量回收模式，否则不进入，具体地，整车进入滑行能量回收模式的条件为：加速踏板和制动踏板开度都为0，且车辆处于滑行状态；
S2、进入滑行能量回收模式后，所述VCU6根据计算及比较后得出当前所述电机3的能量回收扭矩，计算及比较方法如下：
a.检查当前母线电压查出所述SCM超级电容5最大可允许能量回收功率的标定阈值，并根据公式:t＝P*9550/n算出当前整车最大能量回收扭矩，公式中：t为当前整车最大能量回收扭矩，P为根据母线电压查表获得所述SCM超级电容5当前允许的最大能量回收功率标定阈值，n为当前所述电机3的转速；
b.根据当前车速查出最佳滑行能量回收扭矩标定阈值，且最佳滑行能量回收扭矩标定阈值由车速实车标定；
c.将整车最大能量回收扭矩阈值、最佳滑行能量回收扭矩标定阈值、底盘允许最大回收扭矩作比较，三者之间取小值为当前请求所述电机3工作的回收扭矩，得到当前请求所述电机3工作的回收扭矩后，再根据制动能量回收扭矩变化率得出当前所述电机3工作的目标扭矩，并将该目标扭矩发送至所述电机3，从而所述电机3执行动作；
S3、整个过程中所述VCU6实时判断整车是否满足滑行能量回收模式条件，若不满足则退出滑行能量回收模式。
发明的一种氢燃料汽车能量回馈管理系统通过所述燃料电池1、所述动力电池2和所述SCM超级电容5三种能量源之间的配合，并通过所述VCU6对回馈功率加以实时动态的计算和控制，在提高能量回收效率、提升整车续航能力的同时，兼顾驾驶平顺性和驾乘者的主观感受，从而解决因超级电容的容量不足或容量过大而导致的资源浪费和整车成本过高等问题。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中所述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氢燃料汽车能量回馈管理系统，其特征在于：包括燃料电池、动力电池、电机、双向DCDC、SCM超级电容、VCU、FCU、BMS、MCU和SCMS，所述燃料电池电性连接所述动力电池，所述动力电池电性连接所述电机，所述电机通过所述双向DCDC与所述SCM超级电容电性连接，所述VCU、所述FCU、所述BMS、所述MCU和所述SCMS分别连接CAN网络，所述燃料电池通过所述FCU连接CAN网络，所述起动电池通过所述BMS连接CAN网络，所述电机通过所述MCU连接CAN网络，所述SCM超级电容通过所述SCMS连接CAN网络。
2.如权利要求1所述的一种氢燃料汽车能量回馈管理系统，其特征在于：所述燃料电池通过DCDC与所述动力电池电性连接，且所述DCDC连接CAN网络。
3.如权利要求1所述的一种氢燃料汽车能量回馈管理系统，其特征在于：所述VCU电性连接有蓄电池，且所述VCU由所述蓄电池供电。
4.如权利要求3所述的一种氢燃料汽车能量回馈管理系统，其特征在于：所述VCU电性连接有T-BOX,且所述T-BOX连接CAN网络。
5.如权利要求1所述的一种氢燃料汽车能量回馈管理系统，其特征在于：所述动力电池为镍氢电池或锂电池。
6.如权利要求3所述的一种氢燃料汽车能量回馈管理系统，其特征在于：所述蓄电池的输出电压为12V。
7.如权利要求1所述的一种氢燃料汽车能量回馈管理系统的制动能量回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在整车READY状态下，所述VCU判断当前条件是否满足进入制动能量回收模式，若满足则进入制动能量回收模式，否则不进入；
S2、进入制动能量回收模式后，所述VCU根据计算及比较后得出当前所述电机的能量回收扭矩，计算及比较方法如下：
a.检查当前母线电压查出所述SCM超级电容最大可允许能量回收功率的标定阈值，并根据公式:t＝P*9550/n算出当前整车最大能量回收扭矩，公式中：t为当前整车最大能量回收扭矩，P为根据母线电压查表获得所述SCM超级电容当前允许的最大能量回收功率标定阈值，n为当前所述电机的转速；
b.根据当前车速查出最佳能量制动回收扭矩标定阈值，且最佳制动能量回收标定阈值由车速实车标定；
c.将整车最大能量回收扭矩阈值、最佳制动能量回收扭矩标定阈值、底盘允许最大回收扭矩作比较，三者之间取小值为当前请求所述电机工作的回收扭矩，得到当前请求所述电机工作的回收扭矩后，再根据制动能量回收扭矩变化率得出当前所述电机工作的目标扭矩，并将该目标扭矩发送至所述电机，从而所述电机执行动作；
S3、整个过程中所述VCU实时判断整车是否满足制动能量回收模式条件，若不满足则退出制动能量回收模式。
8.如权利要求1所述的一种氢燃料汽车能量回馈管理系统的滑行能量回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在整车READY状态下，所述VCU判断当前条件是否满足进入滑行能量回收模式，若满足则进入滑行能量回收模式，否则不进入；
S2、进入滑行能量回收模式后，所述VCU根据计算及比较后得出当前所述电机的能量回收扭矩，计算及比较方法如下：
a.检查当前母线电压查出所述SCM超级电容最大可允许能量回收功率的标定阈值，并根据公式:t＝P*9550/n算出当前整车最大能量回收扭矩，公式中：t为当前整车最大能量回收扭矩，P为根据母线电压查表获得所述SCM超级电容当前允许的最大能量回收功率标定阈值，n为当前所述电机的转速；
b.根据当前车速查出最佳滑行能量回收扭矩标定阈值，且最佳滑行能量回收扭矩标定阈值由车速实车标定；
c.将整车最大能量回收扭矩阈值、最佳滑行能量回收扭矩标定阈值、底盘允许最大回收扭矩作比较，三者之间取小值为当前请求所述电机工作的回收扭矩，得到当前请求所述电机工作的回收扭矩后，再根据制动能量回收扭矩变化率得出当前所述电机工作的目标扭矩，并将该目标扭矩发送至所述电机，从而所述电机执行动作；
S3、整个过程中所述VCU实时判断整车是否满足滑行能量回收模式条件，若不满足则退出滑行能量回收模式。
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