CN112389278A - 一种氢燃料电池混合动力系统的怠速工况控制方法 - Google Patents

一种氢燃料电池混合动力系统的怠速工况控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种氢燃料电池混合动力系统的怠速工况控制方法，步骤为：燃料电池系统无功率输出或车辆处于停止和制动时，根据燃料电池系统的电压或超级电容系统的电压或镍氢电池系统的SOC判断燃料电池系统是否从正常运行模式进入怠速工作状态，若是，则燃料电池系统在最低功率工作，关闭空气系统，利用DC/DC变换器小电流拉载，判断燃料电池系统的单体电压是否小于等于200mV，若是，则关闭氢气系统，使燃料电池系统进入怠速停机等待；之后根据燃料电池系统的需求功率或超级电容系统的电压或镍氢电池系统的SOC判断是否重启燃料电池系统，若是，则重新启动燃料电池系统进入正常运行模式。

Description

一种氢燃料电池混合动力系统的怠速工况控制方法
技术领域
本发明涉及氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池混合动力系统的怠速工况控制方法。
背景技术
能源问题和环境保护已经成为人类社会可持续发展战略的核心，影响着世界各国的能源决策和科技导向。燃料电池能量转化效率高，且无噪音、无污染,正在成为理想的能源利用方式，其高效、清洁、可再生等特点使它在未来交通、运输、通讯等领域都有广阔的应用前景。燃料电池是直接将燃料反应产生的化学能直接转换成电能的装置。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前汽车和便携式电源领域研究和开发的热点。燃料电池动态响应慢，在加速、爬坡等一些车辆运行工况时，负载的突然变化对燃料电池是一种很大的负担。如果仅用燃料电池作为动力源为整个汽车附件设备供电，会使燃料电池效率较低，从而使其性能下降。因此以质子燃料电池作为主要动力源，其他能源设备作为辅助动力源的混合动力汽车也越来越多。一些燃料电池汽车在怠速工况下的运行引起的电池性能衰减也是一个不容忽视的问题。这些问题也制约着燃料电池汽车的发展过程。
在燃料电池混合动力汽车的使用寿命内，燃料电池混合动力汽车在怠速工况下运行时，其燃料电池电池单体的电压工作范围在0.85-0.9V之间，较高的电位也会使燃料电池材料与性能发生衰减，影响电池的寿命。因此要合理控制燃料电池汽车在怠速工况下燃料电池的工作区间，使其在怠速工况下能量合理分配，使其保证较高的效率和合理的燃料利用率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适用于燃料电池、镍氢电池和超级电容的混合动力系统的怠速工况的控制方法。
本发明提供一种氢燃料电池混合动力系统的怠速工况控制方法，包括以下步骤：
S1，燃料电池系统无功率输出或车辆处于停止和制动时，根据燃料电池系统的电压或超级电容系统的电压或镍氢电池系统的SOC判断燃料电池系统是否从正常运行模式进入怠速工作状态，若是，则到步骤S2；若否，则使燃料电池系统继续保持正常运行；
S2，燃料电池系统自动进入怠速工作状态，并在其最低功率工作，关闭空气系统，利用DC/DC变换器小电流拉载以降低燃料电池系统的电压，燃料电池系统判断燃料电池单体电压是否小于等于200mV，若是，则到步骤S3；若否，则继续利用DC/DC变换器小电流拉载；
S3，关闭氢气系统，使燃料电池系统进入怠速停机等待状态；
S4，燃料电池系统进入怠速停机等待状态后，根据燃料电池系统的需求功率或超级电容系统的电压或镍氢电池系统的SOC判断是否重启燃料电池系统，若是，则到步骤S5；若否，则继续保持燃料电池系统为怠速停机等待状态；
S5，燃料电池系统重新启动进入正常运行模式，满足整车需求功率和给超级电容系统和镍氢电池系统充电。
进一步地，所述氢燃料电池混合动力系统包括镍氢电池系统、燃料电池系统和超级电容系统，所述镍氢电池系统、燃料电池系统和超级电容系统同时为整车系统供电，在整车能量需求较大，用镍氢电池和超级电容来进行短时间的大功率输出，超级电容来实现快充快放，弥补燃料电池动态响应慢、短时间的功率跟随慢的问题。
进一步地，步骤S1中，利用整车控制器采集超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC，并将超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC发送给燃料电池系统，当燃料电池系统的总电压大于等于燃料电池系统进入怠速工况的预定电压或超级电容系统的电压大于等于超级电容系统进入怠速工况的预定电压上限或镍氢电池系统的SOC大于等于燃料电池系统进入怠速工况的镍氢电池系统的SOC预定上限时，判断结果为是。
进一步地，步骤是S4中，利用整车控制器采集超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC，并将燃料电池系统的需求功率、超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC发送给燃料电池系统，当燃料电池系统的需求功率大于等于燃料电池系统重新启动的预定功率下限或超级电容系统的电压小于等于燃料电池系统重新启动的超级电容预定电压的下限或镍氢电池系统的SOC小于等于燃料电池系统重新启动的镍氢电池系统的SOC预定下限时，判断结果为是。
进一步地，所述氢燃料电池混合动力系统还包括功率分配模块和电机控制器，功率分配模块中超级电容系统与镍氢电池系统的功率流向是双向的，可充可放；电机控制器的功率流向也是双向的，可以实现扭矩输出与制动能量回收；燃料电池系统和电机控制器的功率流向是双向的。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的怠速控制方法在燃料电池系统无功率输出或车辆处于停止和制动时，根据系统状态使燃料电池系统进入怠速停止模式，在燃料电池系统有输出功率请求时，燃料电池系统再重新启动，使燃料电池混合动力系统在怠速工况下能量分配更加合理有效，保证混合动力系统的氢气利用率，更有利于提高混合动力系统的燃料利用率，延长燃料电池系统的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种氢燃料电池混合动力系统的怠速工况控制方法的流程示意图。
图2是本发明氢燃料电池混合动力系统的结构示意图。
图3是本发明氢燃料电池混合动力系统的功率流向示意图。
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电池混合动力系统的怠速工况控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，在燃料电池系统无功率输出或车辆处于停止和制动时，燃料电池系统会给其他动力源充电，在完成充电后，若无功率输出，燃料电池系统的电压会上升，输出电流将变小，利用整车控制器采集超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC，并将超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC发送给燃料电池系统，燃料电池系统判断其总电压是否大于等于燃料电池系统进入怠速工况的预定电压或超级电容系统的电压是否大于等于超级电容系统进入怠速工况的预定电压上限或镍氢电池系统的SOC是否大于等于燃料电池系统进入怠速工况的镍氢电池系统的SOC预定上限，若是，则到步骤S2；若否，则使燃料电池系统继续保持正常运行模式；其中，燃料电池系统(240片电堆)进入怠速工况的预定电压值可以设定为燃料电池开始接入DC/DC的电压值，这里设为204V，超级电容系统进入怠速工况的预定电压上限为超级电容充满电状态附近的电压490V，燃料电池系统进入怠速工况的镍氢电池系统的SOC预定上限设定为85％；
步骤S2，燃料电池系统从正常运行模式自动进入到怠速工作状态，并在最低功率工作，关闭空气系统，利用DC/DC变换器小电流拉载以降低燃料电池系统的电压，燃料电池系统判断其单体电压是否小于等于200mV，若是，则到步骤S3；若否，则继续利用DC/DC变换器小电流拉载；
步骤S3，关闭氢气系统，使燃料电池系统进入怠速停机等待状态；
步骤S4，燃料电池系统进入怠速停机等待状态后，整车控制器采集超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC，并将燃料电池系统的需求功率、超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC发送给燃料电池系统，燃料电池系统判断其需求功率是否大于等于燃料电池系统重新启动的预定功率下限或超级电容系统的电压是否小于等于燃料电池系统重新启动的超级电容预定电压的下限或镍氢电池系统的SOC是否小于等于燃料电池系统重新启动的镍氢电池系统的SOC预定下限，若是，则到步骤S5；若否，则继续保持燃料电池系统为怠速停机等待状态；其中，燃料电池系统重新启动的预定功率下限可以设定为8kw，燃料电池系统重新启动的超级电容预定电压的下限可以设定为450V，燃料电池系统重新启动的镍氢电池系统的SOC预定下限可以设定为75％；
步骤S5，燃料电池系统重新启动进入正常运行模式，满足整车需求功率和给超级电容系统和镍氢电池系统充电。
图1中，V_fc表示燃料电池系统的总电压，U_fc表示燃料电池系统进入怠速工况的预定电压，V_sc表示超级电容系统的电压，U_up_limit表示超级电容系统进入怠速工况的预定电压上限，P_fc表示燃料电池系统的需求功率，P_down_limit表示燃料电池系统重新启动的预定功率下限，U_down_limit表示燃料电池系统重新启动的超级电容预定电压的下限，SOC_nih表示镍氢电池系统的SOC，SOC_down_limit表示燃料电池系统重新启动的镍氢电池系统的SOC预定下限，SOC_up_limit表示燃料电池系统进入怠速工况的镍氢电池系统的SOC预定上限。
参考图2，本实施例的氢燃料电池混合动力系统包括镍氢电池系统、燃料电池系统和超级电容系统，在燃料电池系统、超级电容系统和镍氢电池系统的三个动力源系统中，超级电容系统和镍氢电池系统作为辅助的能量源，主要用于燃料电池汽车的低温启动预热、燃料电池启动过程的辅助电源以及在车辆大功率输出时弥补燃料电池动态响应慢、短时间的功率跟随慢的缺点。
参考图3，本实施例的氢燃料电池混合动力系统还包括功率分配模块和电机控制器，功率分配模块中超级电容系统与镍氢电池系统的功率流向是双向的，可充可放；电机控制器的功率流向也是双向的，可以实现扭矩输出与制动能量回收；燃料电池系统和电机控制器的功率流向是双向的。
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，本文中上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 (4)

1.一种氢燃料电池混合动力系统的怠速工况控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，燃料电池系统无功率输出或车辆处于停止和制动时，根据燃料电池系统的电压或超级电容系统的电压或镍氢电池系统的SOC判断燃料电池系统是否从正常运行模式进入怠速工作状态，若是，则到步骤S2；若否，则燃料电池系统继续保持正常运行；
S2，燃料电池系统自动进入怠速工作状态，并在其最低功率工作，关闭空气系统，利用DC/DC变换器小电流拉载以降低燃料电池系统的电压，判断燃料电池系统的单体电压是否小于等于200mV，若是，则到步骤S3；若否，则继续利用DC/DC变换器小电流拉载；
S3，关闭氢气系统，使燃料电池系统进入怠速停机等待状态；
S4，燃料电池系统进入怠速停机等待状态后，根据燃料电池系统的需求功率或超级电容系统的电压或镍氢电池系统的SOC判断是否重启燃料电池系统，若是，则到步骤S5；若否，则继续保持燃料电池系统为怠速停机等待状态；
S5，燃料电池系统重新启动进入正常运行模式。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池混合动力系统的怠速工况控制方法，其特征在于，所述氢燃料电池混合动力系统包括镍氢电池系统、燃料电池系统和超级电容系统，所述镍氢电池系统、燃料电池系统和超级电容系统均为整车系统供电。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池混合动力系统的怠速工况控制方法，其特征在于，步骤S1中，利用整车控制器采集超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC，并将超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC发送给燃料电池系统，当燃料电池系统的总电压大于等于燃料电池系统进入怠速工况的预定电压或超级电容系统的电压大于等于超级电容系统进入怠速工况的预定电压上限或镍氢电池系统的SOC大于等于燃料电池系统进入怠速工况的镍氢电池系统的SOC预定上限时，判断结果为是。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池混合动力系统的怠速工况控制方法，其特征在于，步骤是S4中，利用整车控制器采集超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC，并将燃料电池系统的需求功率、超级电容系统的电压和镍氢电池系统的SOC发送给燃料电池系统，当燃料电池系统的需求功率大于等于燃料电池系统重新启动的预定功率下限或超级电容系统的电压小于等于燃料电池系统重新启动的超级电容预定电压的下限或镍氢电池系统的SOC小于等于燃料电池系统重新启动的镍氢电池系统的SOC预定下限时，判断结果为是。
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Denomination of invention: A Control Method of Idle Condition for Hydrogen Fuel Cell Hybrid Power System

Effective date of registration: 20220927

Granted publication date: 20220524

Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch

Pledgor: WUHAN LUOGEFU HYDROGEN ENERGY AUTOMOBILE Co.,Ltd.

Registration number: Y2022420000331