CN112009310B - 燃料电池公交车能量管理控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池公交车能量管理控制方法，整车控制器根据动力电池SOC的大小确定第一请求燃料电池系统输出功率；根据动力电池SOC和车速的大小确定第二请求燃料电池系统输出功率；根据整车需求功率的大小确定第三请求燃料电池系统输出功率，取第一请求燃料电池系统输出功率、第二请求燃料电池系统输出功率和第三请求燃料电池系统输出功率中的最大值作为最终请求燃料电池系统输出功率，最后整车控制器将最终请求燃料电池系统输出功率发送至燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器控制燃料电池系统相应执行。本发明简单可行，可降低动力电池SOC变化区间，满足公交车能量需求并延长动力电池使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池公交车能量管理控制方法。
背景技术
燃料电池公交车的能量供给包含动力电池和燃料电池系统，在公交车使用过程中(混动模式下即燃料电池系统启动情况下)，一般都需要对能量进行管理，以便更好地满足公交车的能量需求，同时也更好地保证燃料电池系统及动力电池的使用性能及寿命。而现有的燃料电池公交车的能量管理控制方法，多采用开关式控制，即根据动力电池SOC(荷电保持)启动或停止燃料电池系统，例如动力电池SOC大于一定值时，停止燃料电池系统；动力电池SOC小于一定值后启动燃料电池系统，而且动力电池SOC越小，燃料电池系统输出功率越大。该控制方式只根据动力电池SOC决定燃料电池系统输出功率，会造成只能动力电池SOC相对比较低的时候燃料电池系统才会输出较大功率，无法在动力电池SOC降低前提前输出大功率，无法适应能量低的动力电池，导致动力电池SOC变化区间大，百公里的动力电池耗电量大，氢耗高，影响动力电池寿命及车辆动力性能。
发明内容
本发明旨在提供一种简单可行、可降低动力电池SOC变化区间、满足公交车能量需求并延长动力电池使用寿命的燃料电池公交车能量管理控制方法。
本发明通过以下方案实现：
一种燃料电池公交车能量管理控制方法，在公交车处于混动模式下(即燃料电池系统启动情况下)，整车控制器在CAN总线上实时获取动力电池SOC、车速、电机控制器消耗功率及附件负载消耗功率，之后整车控制器根据动力电池SOC的大小确定第一请求燃料电池系统输出功率，根据动力电池SOC和车速的大小确定第二请求燃料电池系统输出功率，根据整车需求功率的大小确定第三请求燃料电池系统输出功率，其中整车需求功率为电机控制器消耗功率与附件负载消耗功率之和，取第一请求燃料电池系统输出功率、第二请求燃料电池系统输出功率和第三请求燃料电池系统输出功率中的最大值作为最终请求燃料电池系统输出功率，最后整车控制器将最终请求燃料电池系统输出功率发送至燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器控制燃料电池系统相应执行，在燃料电池系统执行过程中，若最终请求燃料电池系统输出功率小于等于整车需求功率，则动力电池放电即动力电池SOC下降，若最终请求燃料电池系统输出功率大于整车需求功率，则动力电池充电即动力电池SOC上升。本发明中的动力电池为给整车提供高压电的部件，动力电池一般为磷酸铁锂电池、锰酸锂电池等。附件负载包括电助力转向、DC/DC、空调等部件，附件负载消耗功率为电助力转向、DC/DC、空调等部件的消耗功率之和。
进一步地，所述第一请求燃料电池系统输出功率的确定方法具体为：
当动力电池SOC＞70％时，关闭燃料电池系统，第一请求燃料电池系统输出功率为0；
当50％＜动力电池SOC≤70％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×25％；
当42％＜动力电池SOC≤50％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×48％；
当40％＜动力电池SOC≤42％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×60％；
当35％＜动力电池SOC≤40％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×71％；
当30％＜动力电池SOC≤35％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×80％；
当动力电池SOC≤30％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×100％。
进一步地，所述第二请求燃料电池系统输出功率的确定方法具体为：
当动力电池SOC＜55％且35km/h＜车速≤45km/h且维持时间在设定时间以上时，第二请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×60％；
当动力电池SOC＜55％且车速＞45km/h且维持时间在设定时间以上时，第二请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×80％。
进一步地，所述设定时间为20～30s。
进一步地，所述第二请求燃料电池系统输出功率的确定方法具体为：
当整车需求功率＞100kW时，第三请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×100％；
当50kW＜整车需求功率≤100kW时，第三请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×80％。
进一步地，所述燃料电池系统控制器按同一个最终请求燃料电池系统输出功率控制燃料电池系统相应执行的持续时间控制为150～300s。
本发明的燃料电池公交车能量管理控制方法，简单可行，综合考虑动力电池SOC、车速和整车需求功率对公交车能量进行管理，在满足公交车能量需求的同时，降低动力电池SOC的变化区间，降低动力电池的损坏，延长动力电池的使用寿命。根据试验数据可知，通过本发明的燃料电池公交车能量管理控制方法，可将公交车使用过程中的动力电池SOC的变化范围控制在5％以内。本发明的燃料电池公交车能量管理控制方法，能适应各种高速、低速、爬坡等工况，良好平衡了燃料电池系统输出功率与动力电池输出功率的能量流关系，能够适应不同能量的动力电池，平稳燃料电池系统输出功率，从而使得氢耗降低。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例1
一种燃料电池公交车能量管理控制方法，整车控制器在CAN总线上实时获取动力电池SOC、车速、电机控制器消耗功率及附件负载消耗功率，之后整车控制器根据动力电池SOC的大小确定第一请求燃料电池系统输出功率，根据动力电池SOC和车速的大小确定第二请求燃料电池系统输出功率，根据整车需求功率的大小确定第三请求燃料电池系统输出功率，其中整车需求功率为电机控制器消耗功率与附件负载消耗功率之和，取第一请求燃料电池系统输出功率、第二请求燃料电池系统输出功率和第三请求燃料电池系统输出功率中的最大值作为最终请求燃料电池系统输出功率，最后整车控制器将最终请求燃料电池系统输出功率发送至燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器控制燃料电池系统相应执行且执行的持续时间控制为150s，在燃料电池系统执行过程中，若最终请求燃料电池系统输出功率小于等于整车需求功率，则动力电池放电即动力电池SOC下降，若最终请求燃料电池系统输出功率大于整车需求功率，则动力电池充电即动力电池SOC上升。
第一请求燃料电池系统输出功率的确定方法具体为：
当动力电池SOC＞70％时，关闭燃料电池系统，第一请求燃料电池系统输出功率为0；
当50％＜动力电池SOC≤70％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×25％；
当42％＜动力电池SOC≤50％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×48％；
当40％＜动力电池SOC≤42％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×60％；
当35％＜动力电池SOC≤40％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×71％；
当30％＜动力电池SOC≤35％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×80％；
当动力电池SOC≤30％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×100％。
第二请求燃料电池系统输出功率的确定方法具体为：
当动力电池SOC＜55％且35km/h＜车速≤45km/h且维持时间在设定时间以上时，设定时间为20s，第二请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×60％；
当动力电池SOC＜55％且车速＞45km/h且维持时间在设定时间以上时，设定时间为20s，第二请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×80％。
第三请求燃料电池系统输出功率的确定方法具体为：
当整车需求功率＞100kW时，第三请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×100％；
当50kW＜整车需求功率≤100kW时，第三请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×80％。
实施例2
一种燃料电池公交车能量管理控制方法，其步骤与实施例1中的燃料电池公交车能量管理控制方法的步骤基本相同，其不同之处在于：燃料电池系统控制器按同一个最终请求燃料电池系统输出功率控制燃料电池系统相应执行的持续时间控制为300s，设定时间为30s。
Claims (5)
1.一种燃料电池公交车能量管理控制方法，其特征在于：在公交车处于混动模式下，整车控制器在CAN总线上实时获取动力电池SOC、车速、电机控制器消耗功率及附件负载消耗功率，之后整车控制器根据动力电池SOC的大小确定第一请求燃料电池系统输出功率，根据动力电池SOC和车速的大小确定第二请求燃料电池系统输出功率，根据整车需求功率的大小确定第三请求燃料电池系统输出功率，其中整车需求功率为电机控制器消耗功率与附件负载消耗功率之和，取第一请求燃料电池系统输出功率、第二请求燃料电池系统输出功率和第三请求燃料电池系统输出功率中的最大值作为最终请求燃料电池系统输出功率，最后整车控制器将最终请求燃料电池系统输出功率发送至燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器控制燃料电池系统相应执行，在燃料电池系统执行过程中，若最终请求燃料电池系统输出功率小于等于整车需求功率，则动力电池放电；若最终请求燃料电池系统输出功率大于整车需求功率，则动力电池充电；
其中，所述第一请求燃料电池系统输出功率的确定方法具体为：
当动力电池SOC＞70％时，关闭燃料电池系统，第一请求燃料电池系统输出功率为0；
当50％＜动力电池SOC≤70％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×25％；
当42％＜动力电池SOC≤50％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×48％；
当40％＜动力电池SOC≤42％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×60％；
当35％＜动力电池SOC≤40％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×71％；
当30％＜动力电池SOC≤35％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×80％；
当动力电池SOC≤30％时，第一请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×100％。
2.如权利要求1所述的燃料电池公交车能量管理控制方法，其特征在于：所述第二请求燃料电池系统输出功率的确定方法具体为：
当动力电池SOC＜55％且35km/h＜车速≤45km/h且维持时间在设定时间以上时，第二请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×60％；
当动力电池SOC＜55％且车速＞45km/h且维持时间在设定时间以上时，第二请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×80％。
3.如权利要求2所述的燃料电池公交车能量管理控制方法，其特征在于：所述设定时间为20～30s。
4.如权利要求3所述的燃料电池公交车能量管理控制方法，其特征在于：所述第三请求燃料电池系统输出功率的确定方法具体为：
当整车需求功率＞100kW时，第三请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×100％；
当50kW＜整车需求功率≤100kW时，第三请求燃料电池系统输出功率＝燃料电池系统允许输出的最大功率×80％。
5.如权利要求1～4任一所述的燃料电池公交车能量管理控制方法，其特征在于：所述燃料电池系统控制器按同一个最终请求燃料电池系统输出功率控制燃料电池系统相应执行的持续时间控制为150～300s。
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