CN111426894A - 一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法 - Google Patents

一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电动汽车领域，具体涉及一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法。本发明方法可以在动力总成台架实验室进行测试整车系统在不同车速、不同驱动扭矩条件下的整车系统效率map图，从而可以确定燃料电池发动机最优工作点。本发明方法易于操作，且测试全面，且在整车效率计算中充分考虑动力电池的充电、放电效率、电机的功率以及高压附件的功率等因素，能够更准确的获得整车效率的总效率点。

Description

一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，具体涉及一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法。
背景技术
燃料电池作为清洁型能源越来越受到大家的关注，近两年燃料电池电动汽车也是发展迅速，燃料电池电动汽车主要区别与纯电动汽车的方面为能量来源方面，纯电动汽车的能量来源完全靠外部充电获得，而燃料电池电动汽车的能量来源主要靠
Figure DEST_PATH_IMAGE001
的电化学反应获的，如果燃料电池发动机的功率足够大并且能量控制做的足够好的情况下燃料电池电动汽车的能量来源可以完全靠
Figure 846324DEST_PATH_IMAGE001
的电化学反应获的，不需要外部充电，这样可以节约电能，更好的利用清洁能源保护环境。燃料电池电动汽车的整车控制重点也是难点的为燃料电池发动机的功率控制，目前在整车上对燃料电池发动机功率控制是优先考虑燃料电池发动机效率较高的点，尽量做到高效利用能量。目前这种方法的缺点是只考虑了燃料电池发动机的高效率区间，没有考虑动力电池的充电、放电效率，电机的功率以及高压附件的功率等整车因素的影响，而且这些影响因素错综复杂，想要将能量管理做的最好必须知道整车系统的总效率点，然后挑选整车系统效率最高点进行控制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种一种燃料电池电动汽车整车系统效率测试实验方法实现系统最优功率控制，从而大大提高整车系统效率，从而节约能源。具体技术方案如下：
一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法：
（1）在台架上控制整车系统于一个稳定工作点，测试该工作点下的整车系统效率；
（2）保持车速和驱动扭矩不变，以一定步长逐渐增加燃料电池发动机输出功率，测定相应的整车系统效率，获得系统工作效率值最大时的燃料电池发动最优机输出功率；
（3）保持车速不变，以一定步长逐渐增加驱动扭矩获得不同工况，按照步骤（2）的方式获得不同驱动扭矩工况条件下整车系统效率；
（4）以一定步长逐渐增加车速获得不同工况，按照步骤3的方式获得不同车速和驱动扭矩工况条件下整车系统效率；
（5）取步骤4中各个工况下整车系统效率最大值，分别取每个固定车速点、驱动扭矩点下的最大整车效率绘制整个行驶工况下的最优效率map图；
（6）在最优效率map图的基础上，整合整车平滑过渡处理和整车电平衡修正系数的修正，获得整车燃料电池发动机最优工作点map图。
进一步的，所述步骤（1）具体为稳定工作点的车速点
Figure 893915DEST_PATH_IMAGE002
、该车速下最小扭矩点
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；设定燃料电池发动机最小输出功率值
Figure 203673DEST_PATH_IMAGE004
，测试该工作点下的系统效率。
进一步的，所述步骤（2）以固定步长
Figure DEST_PATH_IMAGE005
从
Figure 149764DEST_PATH_IMAGE004
开始增加，分别测试不同燃料电池发动机工作点
Figure 203171DEST_PATH_IMAGE006
下的整车系统效率
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，取本组测试效率最大值
Figure 856000DEST_PATH_IMAGE007
作为该工况下的最高效率点，燃料电池的最优工作点为输出功率
Figure 336660DEST_PATH_IMAGE006
。
进一步的，所述步骤（3）保持车速
Figure 691418DEST_PATH_IMAGE002
不变，扭矩点以一定的步长
Figure 548515DEST_PATH_IMAGE008
增加到
Figure DEST_PATH_IMAGE009
燃料电池发动机的功率从
Figure 52921DEST_PATH_IMAGE004
以步长
Figure 704483DEST_PATH_IMAGE005
依次增加，分别测试不同燃料电池发动机工作点下的整车系统效率
Figure 812116DEST_PATH_IMAGE010
，取本组测试效率最高点
Figure 207325DEST_PATH_IMAGE010
作为该工况下的最高效率点，燃料电池的最优工作点为输出功率
Figure 756118DEST_PATH_IMAGE006
；维持车速点
Figure 860472DEST_PATH_IMAGE002
不变，以步长
Figure 127505DEST_PATH_IMAGE008
继续增加驱动扭矩值，一直到扭矩值
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，并将燃料电池发动机的输出功率从
Figure 919880DEST_PATH_IMAGE004
以一定的步长
Figure 588759DEST_PATH_IMAGE005
依次测试整车系统效率值
Figure 660751DEST_PATH_IMAGE012
，测试出各个工况下的整车系统效率最优值以及对应工况下的燃料电池发动机工作点。
进一步的，所述步骤（4）以一定的车速步长
Figure DEST_PATH_IMAGE013
改变到车速点
Figure 149502DEST_PATH_IMAGE014
（
Figure 152093DEST_PATH_IMAGE014
=
Figure DEST_PATH_IMAGE015
+q
Figure 737795DEST_PATH_IMAGE013
）,在每个车速点驱动扭矩值从
Figure 902060DEST_PATH_IMAGE003
以步长
Figure 956735DEST_PATH_IMAGE008
依次增加，燃料电池发动机的功率设定与步骤（4）相同，分别测试出各个运行工况下的整车系统效率值
Figure 497437DEST_PATH_IMAGE016
。
进一步的，整车系统效率计算采用如下公式：
当动力电池处于充电状态时的效率计算公式如下：
Figure RE-621636DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE017
当动力电池处于放电状态时的效率计算公式如下
Figure RE-412875DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE018
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE019
：在测试时间
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE020
内氢气的变化质量
Q：氢气的热值
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE021
：驱动电机的功率
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE022
：高压附件的功率
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE023
：动力电池的功率
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE024
：动力电池的充放电效率
Figure RE-881902DEST_PATH_IMAGE020
：单次测试时间。
进一步的，功率增加次数n<
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，n取正整数；
Figure 196699DEST_PATH_IMAGE026
为燃料电池的最大功率值。
进一步的，驱动扭矩增加次数k<
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，k取正整数；
Figure 549183DEST_PATH_IMAGE028
为驱动扭矩最大值。
进一步的，车速增加次数q<
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，q取正整数；
Figure 242463DEST_PATH_IMAGE030
为最大车速。
本发明方法可以在动力总成台架实验室进行测试整车系统在不同车速、不同驱动扭矩条件下的整车系统效率map图，从而可以确定燃料电池发动机最优工作点。本发明方法易于操作，且测试全面，且在整车效率计算中充分考虑动力电池的充电、放电效率、电机的功率以及高压附件的功率等因素，能够更准确的获得整车效率的总效率点。
附图说明
图1 本发明步骤流程图；
图2 本发明整车效率测试流程图；
图3 本发明整车最优控制点获得流程图。
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。
实施例1
本次测试有三个自变量，车速、驱动扭矩以及燃料电池发动机功率值，需要测试的数据有由燃料电池系统估算的氢气质量变化量
Figure 680398DEST_PATH_IMAGE019
，驱动电机系统实际使用功率
Figure 366594DEST_PATH_IMAGE021
，高压附件系统实际使用功率
Figure 432639DEST_PATH_IMAGE022
，动力电池实际功率值
Figure 546089DEST_PATH_IMAGE023
，每个燃料电池发动机测试点下的单次测试时间
Figure 471319DEST_PATH_IMAGE020
，根据这些测试数据利用计算公式计算整车系统的效率。
当动力电池处于充电状态时的效率计算公式如下：
Figure 508677DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure 835753DEST_PATH_IMAGE017
当动力电池处于放电状态时的效率计算公式如下
Figure 120103DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure 532630DEST_PATH_IMAGE018
具体测试步骤为：
步骤（1）具体为稳定工作点的车速点
Figure 560629DEST_PATH_IMAGE002
、该车速下最小扭矩点
Figure 742212DEST_PATH_IMAGE003
；设定燃料电池发动机最小输出功率值
Figure 804321DEST_PATH_IMAGE004
，测试该工作点下的系统效率。
步骤（2）以固定步长
Figure 704144DEST_PATH_IMAGE005
从
Figure 270255DEST_PATH_IMAGE004
开始增加，分别测试不同燃料电池发动机工作点
Figure 571923DEST_PATH_IMAGE006
下的整车系统效率
Figure 198076DEST_PATH_IMAGE007
，取本组测试效率最大值
Figure 319616DEST_PATH_IMAGE007
作为该工况下的最高效率点，燃料电池的最优工作点为输出功率
Figure 502467DEST_PATH_IMAGE006
。
步骤（3）保持车速
Figure 658642DEST_PATH_IMAGE002
不变，扭矩点以一定的步长
Figure 455696DEST_PATH_IMAGE008
增加到
Figure 64532DEST_PATH_IMAGE009
燃料电池发动机的功率从
Figure 831500DEST_PATH_IMAGE004
以步长
Figure 842181DEST_PATH_IMAGE005
依次增加，分别测试不同燃料电池发动机工作点下的整车系统效率
Figure 810137DEST_PATH_IMAGE010
，取本组测试效率最高点
Figure 922581DEST_PATH_IMAGE010
作为该工况下的最高效率点，燃料电池的最优工作点为输出功率
Figure 634185DEST_PATH_IMAGE006
；维持车速点
Figure 764952DEST_PATH_IMAGE002
不变，以步长
Figure 762864DEST_PATH_IMAGE008
继续增加驱动扭矩值，一直到扭矩值
Figure 80713DEST_PATH_IMAGE011
，并将燃料电池发动机的输出功率从
Figure 596008DEST_PATH_IMAGE004
以一定的步长
Figure 597593DEST_PATH_IMAGE005
依次测试整车系统效率值
Figure 907352DEST_PATH_IMAGE012
，测试出各个工况下的整车系统效率最优值以及对应工况下的燃料电池发动机工作点。
步骤（4）以一定的车速步长
Figure 712497DEST_PATH_IMAGE013
改变到车速点
Figure 828220DEST_PATH_IMAGE014
（
Figure 668000DEST_PATH_IMAGE014
=
Figure 148660DEST_PATH_IMAGE015
+q
Figure 313538DEST_PATH_IMAGE013
）,在每个车速点驱动扭矩值从
Figure 905056DEST_PATH_IMAGE003
以步长
Figure 864922DEST_PATH_IMAGE008
依次增加，燃料电池发动机的功率设定与步骤（4）相同，分别测试出各个运行工况下的整车系统效率值
Figure 782062DEST_PATH_IMAGE016
。
功率增加次数n<
Figure 561799DEST_PATH_IMAGE025
，n取正整数；
Figure 957009DEST_PATH_IMAGE026
为燃料电池的最大功率值。
驱动扭矩增加次数k<
Figure 584430DEST_PATH_IMAGE027
，k取正整数；
Figure 406893DEST_PATH_IMAGE028
为驱动扭矩最大值。
车速增加次数q<
Figure 673926DEST_PATH_IMAGE029
，q取正整数；
Figure 935143DEST_PATH_IMAGE030
为最大车速。
（5）分别取每个固定车速点、扭矩点下的最大效率点绘制以车速为x轴，扭矩为y轴的整个行驶工况下的最优效率map图，
（6）结合整车平滑过渡处理以及整车电平衡修正系数的修正，得到整车燃料电池发动机最优工作点map图，进而得到整车最优工作点。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在台架上控制整车系统于一个稳定工作点，测试该工作点下的整车系统效率；
（2）保持车速和驱动扭矩不变，以一定步长逐渐增加燃料电池发动机输出功率，测定相应的整车系统效率，获得系统工作效率值最大时的燃料电池发动最优机输出功率；
（3）保持车速不变，以一定步长逐渐增加驱动扭矩获得不同工况，按照步骤（2）的方式获得不同驱动扭矩工况条件下整车系统效率；
（4）以一定步长逐渐增加车速获得不同工况，按照步骤3的方式获得不同车速和驱动扭矩工况条件下整车系统效率；
（5）取步骤4中各个工况下整车系统效率最大值，分别取每个固定车速点、驱动扭矩点下的最大整车效率绘制整个行驶工况下的最优效率map图；
（6）在最优效率map图的基础上，整合整车平滑过渡处理和整车电平衡修正系数的修正，获得整车燃料电池发动机最优工作点map图。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法，其特征在于：所述步骤（1）具体为稳定工作点的车速点
Figure 253928DEST_PATH_IMAGE001
、该车速下最小扭矩点
Figure 386969DEST_PATH_IMAGE002
；设定燃料电池发动机最小输出功率值
Figure 440376DEST_PATH_IMAGE003
，测试该工作点下的系统效率。
3.如权利要求1所述的一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法，其特征在于：所述步骤（2）以固定步长
Figure 280156DEST_PATH_IMAGE004
从
Figure 570936DEST_PATH_IMAGE003
开始增加，分别测试不同燃料电池发动机工作点
Figure 128956DEST_PATH_IMAGE005
下的整车系统效率
Figure 720474DEST_PATH_IMAGE006
，取本组测试效率最大值
Figure 477078DEST_PATH_IMAGE006
作为该工况下的最高效率点，燃料电池的最优工作点为输出功率
Figure 394218DEST_PATH_IMAGE005
。
4.如权利要求1所述的一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法，其特征在于：所述步骤（3）保持车速
Figure 173955DEST_PATH_IMAGE001
不变，扭矩点以一定的步长
Figure 382214DEST_PATH_IMAGE007
增加到
Figure 196586DEST_PATH_IMAGE008
燃料电池发动机的功率从
Figure 19049DEST_PATH_IMAGE003
以步长
Figure 348399DEST_PATH_IMAGE004
依次增加，分别测试不同燃料电池发动机工作点下的整车系统效率
Figure 547299DEST_PATH_IMAGE009
，取本组测试效率最高点
Figure 216178DEST_PATH_IMAGE009
作为该工况下的最高效率点，燃料电池的最优工作点为输出功率
Figure 22591DEST_PATH_IMAGE005
；维持车速点
Figure 776920DEST_PATH_IMAGE001
不变，以步长
Figure 513932DEST_PATH_IMAGE007
继续增加驱动扭矩值，一直到扭矩值
Figure 99634DEST_PATH_IMAGE010
，并将燃料电池发动机的输出功率从
Figure 529478DEST_PATH_IMAGE003
以一定的步长
Figure 771104DEST_PATH_IMAGE004
依次测试整车系统效率值
Figure 46227DEST_PATH_IMAGE011
，测试出各个工况下的整车系统效率最优值以及对应工况下的燃料电池发动机工作点。
5.如权利要求4所述的一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法，其特征在于：所述步骤（4）以一定的车速步长
Figure 502748DEST_PATH_IMAGE012
改变到车速点
Figure 837914DEST_PATH_IMAGE013
（
Figure 566836DEST_PATH_IMAGE013
=
Figure 707967DEST_PATH_IMAGE014
+q
Figure 205944DEST_PATH_IMAGE012
）,在每个车速点驱动扭矩值从
Figure 977591DEST_PATH_IMAGE002
以步长
Figure 738349DEST_PATH_IMAGE007
依次增加，燃料电池发动机的功率设定与步骤（4）相同，分别测试出各个运行工况下的整车系统效率值
Figure 620855DEST_PATH_IMAGE015
。
6.如权利要求2-5任一所述的一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法，其特征在于：整车系统效率计算采用如下公式：
当动力电池处于充电状态时的效率计算公式如下：
Figure 973339DEST_PATH_IMAGE015
=
Figure 978204DEST_PATH_IMAGE016
当动力电池处于放电状态时的效率计算公式如下
Figure 416138DEST_PATH_IMAGE015
=
Figure 836756DEST_PATH_IMAGE017
Figure 122374DEST_PATH_IMAGE018
：在测试时间
Figure 235824DEST_PATH_IMAGE019
内氢气的变化质量
Figure 161055DEST_PATH_IMAGE020
：氢气的热值
Figure 447680DEST_PATH_IMAGE021
：驱动电机的功率
Figure 509176DEST_PATH_IMAGE022
：高压附件的功率
Figure 793527DEST_PATH_IMAGE023
：动力电池的功率
Figure 19103DEST_PATH_IMAGE024
：动力电池的充放电效率
Figure 47102DEST_PATH_IMAGE019
：单次测试时间。
7.如权利要求2-5任一所述的一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法，其特征在于：功率增加次数n<
Figure 228685DEST_PATH_IMAGE025
，n取正整数；
Figure 480675DEST_PATH_IMAGE026
为燃料电池的最大功率值。
8.如权利要求2-5任一所述的一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法，其特征在于：驱动扭矩增加次数k<
Figure 380498DEST_PATH_IMAGE027
，k取正整数；
Figure 946608DEST_PATH_IMAGE028
为驱动扭矩最大值。
9.如权利要求2-5任一所述的一种燃料电池汽车整车系统效率测试实验方法，其特征在于：车速增加次数q<
Figure 61326DEST_PATH_IMAGE029
，q取正整数；
Figure 421900DEST_PATH_IMAGE030
为最大车速。
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