CN113022382B - 燃料电池混合动力系统功率分配控制方法、系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域,公开了一种燃料电池混合动力系统功率分配控制方法、系统及车辆,该方法包括在整车处于驱动状态下，根据当前动力电池的SOC的值、以及获取的上一驱动状态的动力电池平均放电量以及放电时间、上一制动状态的动力电池平均充电量以及充电时间，按照预设方法调整燃料电池的输出功率，以使动力电池的SOC处于正常使用范围。由于当整车处于驱动状态时，能够通过预设方法调整燃料电池的输出功率，以使动力电池的SOC处于正常使用范围。因此，能够防止在对燃料电池的功率修正过程中，因动力电池的SOC升高导致燃料电池功率处于极值的现象的发生，从而保障了燃料电池的使用寿命。

Description

燃料电池混合动力系统功率分配控制方法、系统及车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池的技术领域，尤其是涉及一种燃料电池混合动力系统功率分配控制方法、系统及车辆。
背景技术
目前，燃料电池混合动力系统主要有两种功率分配控制方法，一种是燃料电池恒功率运行策略，整车驱动功率主要由动力电池提供；另一种是燃料电池功率跟随策略，整车驱动功率主要由燃料电池提供。
在燃料电池恒功率运行策略中，由于燃料电池功率波动幅度和频率均较小，整车驱动功率主要由动力电池提供，对动力电池功率和容量提出了较高的要求，目前采用该策略的燃料电池混合动力系统中动力电池电量较大，不利于整车轻量化；动力电池SOC变化受工况影响较大，当整车驱动功率较小时，动力电池SOC上升较快，能量流动路径较长，能量转化效率降低，且增加了燃料电池开关机的频次。燃料电池功率跟随策略规避了上述问题，但由于整车驱动功率的变化速度和幅度较大，当燃料电池跟随整车驱动功率变化时，对燃料电池寿命影响较大，同时由于燃料电池跟随整车驱动功率变化，动力电池参与程度较小，极易使动力电池SOC升高，根据动力电池SOC对燃料电池功率修正的过程中，燃料电池的功率易处于极值状态，容易减损燃料电池的使用寿命。
因此，如何保证燃料电池的使用寿命，成为了本领域一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种燃料电池混合动力系统功率分配控制方法、系统及车辆，上述方法能够防止在对燃料电池的功率修正过程中，因动力电池的SOC升高导致燃料电池功率处于极值的现象的发生。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种燃料电池混合动力系统功率分配控制方法，包括：
获取动力电池的SOC的正常使用范围、上一驱动状态的动力电池平均放电量以及放电时间、上一制动状态的动力电池平均充电量以及充电时间；
在整车处于驱动状态下，根据当前动力电池的SOC的值、以及获取的上一驱动状态的动力电池平均放电量以及放电时间、上一制动状态的动力电池平均充电量以及充电时间，按照预设方法调整燃料电池的输出功率，以使动力电池的SOC处于正常使用范围。
本发明提供的燃料电池混合动力系统功率分配控制方法，由于当整车处于驱动状态时，能够通过预设方法调整燃料电池的输出功率，以使动力电池的SOC处于正常使用范围。因此，能够防止在对燃料电池的功率修正过程中，因动力电池的SOC升高导致燃料电池功率处于极值的现象的发生。
因此，这种设置方式，在整车驱动状态下能够合理调整燃料电池的功率，且能够防止燃料电池功率处于极值，保障了燃料电池的使用寿命。
可选地，预设方法包括：
当当前动力电池的SOC的值大于正常使用范围时，比较上一驱动状态的动力电池平均放电量与上一制动状态的动力电池平均充电量的大小；
当上一驱动状态的动力电池平均放电量小于上一制动状态的动力电池平均充电量时，按照如下公式调整燃料电池的输出功率：
Pfc2＝Pfc1-(Qchr-Qdischr)/min(Tdischr,Tchr)；
其中，Pfc1为当前燃料电池的输出功率，Pfc2为调整后的燃料电池的输出功率，Qchr为上一制动状态的动力电池的平均充电量，Qdischr为上一驱动状态的动力电池的平均放电量，Tdischr为上一驱动状态的动力电池的放电时间，Tchr为上一制动状态的动力电池的充电时间；
当上一驱动状态的动力电池平均放电量大于或等于上一制动状态的动力电池平均放电量时，不对燃料电池的输出功率进行调整。
可选地，预设方法包括：
当当前动力电池的SOC的值小于正常使用范围时，比较上一驱动状态的动力电池平均放电量与上一制动状态的动力电池平均充电量的大小；
当上一驱动状态的动力电池平均放电量大于上一制动状态的动力电池平均充电量时，按照如下公式调整燃料电池的输出功率：
Pfc2＝Pfc1+(Qchr-Qdischr)/min(Tdischr,Tchr)；
其中，Pfc1为当前燃料电池的输出功率，Pfc2为调整后的燃料电池的输出功率，Qchr为上一制动状态的动力电池的平均充电量，Qdischr为上一驱动状态的动力电池的平均放电量，Tdischr为上一驱动状态的动力电池的放电时间，Tchr为上一制动状态的动力电池的充电时间；
当上一驱动状态的动力电池平均放电量小于或等于上一制动状态的动力电池平均放电量时，不对燃料电池的输出功率进行调整。
可选地，预设方法包括：
当当前动力电池的SOC的值处于正常使用范围时，不对燃料电池的输出功率进行调整。
可选地，在按照预设方法调整燃料电池的输出功率之前，判断整车所处的状态，具体包括：实时获取整车速度以及整车加速度的值；当整车速度大于零、且整车加速度大于或等于零时，确定整车处于驱动状态；当整车速度大于零、且整车加速度小于零时，确定整车处于制动状态；当整车速度等于零、且整车加速度等于零时，确定整车处于停车状态。
可选地，在整车所处状态判断完成后，对动力电池的输出功率以及燃料电池的输出功率进行计算分配，具体包括：
当整车处于驱动状态时，按照如下公式进行计算：
Pfc1＝Pf+Pw+Paux，Pbatt1＝Pdrv-Pfc1；
其中，Pf为整车滚动阻力功率，Pw为整车风阻功率，Paux为整车附件功率，Pdrv为驾驶员需求功率，Pfc1为燃料电池的输出功率，Pbatt1为动力电池的输出功率；
当整车处于制动状态时，按照如下公式进行计算：
Pfc1＝Pidle,Pbatt1＝Pdrv；其中，Pidle为整车怠速功率；
当整车处于停车状态时，按照如下公式进行计算：
Pfc1＝Paux,Pbatt1＝0。
一种燃料电池混合动力系统功率分配控制系统，适用于上述任一种的方法，包括整车状态判断模块、功率分配模块以及功率调整模块；其中，整车状态判断模块用于判断整车所处的状态；功率分配模块用于对动力电池的输出功率以及燃料电池的输出功率进行计算分配；功率调整模块用于调整燃料电池的输出功率。
一种车辆，包括上述的燃料电池混合动力系统功率分配控制系统。
附图说明
图1为本发明实施例提供的燃料电池混合动力系统功率分配控制方法中预设方法的流程图。
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。
本发明实施例提供的燃料电池混合动力系统功率分配控制方法，包括：
获取动力电池的SOC的正常使用范围、上一驱动状态的动力电池平均放电量以及放电时间、上一制动状态的动力电池平均充电量以及充电时间；
在整车处于驱动状态下，根据当前动力电池的SOC的值、以及获取的上一驱动状态的动力电池平均放电量以及放电时间、上一制动状态的动力电池平均充电量以及充电时间，按照预设方法调整燃料电池的输出功率，以使动力电池的SOC处于正常使用范围。
本实施例提供的燃料电池混合动力系统功率分配控制方法，由于当整车处于驱动状态时，能够通过预设方法调整燃料电池的输出功率，以使动力电池的SOC处于正常使用范围。因此，能够防止在对燃料电池的功率修正过程中，因动力电池的SOC升高导致燃料电池功率处于极值的现象的发生。
因此，这种设置方式，在整车驱动状态下能够合理调整燃料电池的功率，且能够防止燃料电池功率处于极值，保障了燃料电池的使用寿命。
图1为本发明实施例提供的燃料电池混合动力系统功率分配控制方法中预设方法的流程图，参考图1，作为一种可选的实施例，预设方法包括：
步骤S101，当当前动力电池的SOC的值大于正常使用范围、且上一驱动状态的动力电池平均放电量小于上一制动状态的动力电池平均充电量时，按照如下公式调整燃料电池的输出功率：
Pfc2＝Pfc1-(Qchr-Qdischr)/min(Tdischr,Tchr) 公式(1)；
其中，Pfc1为当前燃料电池的输出功率，Pfc2为调整后的燃料电池的输出功率，Qchr为上一制动状态的动力电池的平均充电量，Qdischr为上一驱动状态的动力电池的平均放电量，Tdischr为上一驱动状态的动力电池的放电时间，Tchr为上一制动状态的动力电池的充电时间；
步骤S102，当当前动力电池的SOC的值大于正常使用范围、且上一驱动状态的动力电池平均放电量大于或等于上一制动状态的动力电池平均放电量时，不对燃料电池的输出功率进行调整。
步骤S201，当当前动力电池的SOC的值小于正常使用范围、且上一驱动状态的动力电池平均放电量大于上一制动状态的动力电池平均充电量时，按照如下公式调整燃料电池的输出功率：
Pfc2＝Pfc1+(Qchr-Qdischr)/min(Tdischr,Tchr) 公式(2)；
其中，Pfc1为当前燃料电池的输出功率，Pfc2为调整后的燃料电池的输出功率，Qchr为上一制动状态的动力电池的平均充电量，Qdischr为上一驱动状态的动力电池的平均放电量，Tdischr为上一驱动状态的动力电池的放电时间，Tchr为上一制动状态的动力电池的充电时间；
步骤S202，当当前动力电池的SOC的值小于正常使用范围、且上一驱动状态的动力电池平均放电量小于或等于上一制动状态的动力电池平均放电量时，不对燃料电池的输出功率进行调整。
步骤S301，当当前动力电池的SOC的值处于正常使用范围时，不对燃料电池的输出功率进行调整。
本实施例中，若当前动力电池的SOC的值大于正常使用范围，则判定上一驱动状态的动力电池平均放电量是否小于上一制动状态的动力电池平均充电量，若是，则按照公式(1)进行燃料电池输出功率的调整，以防止动力电池的SOC进一步上升；若否，则不对燃料电池输出功率进行调整。
若当前动力电池的SOC的值小于正常使用范围，则判定上一驱动状态的动力电池平均放电量是否大于上一制动状态的动力电池平均充电量，若是，则按照公式(2)进行燃料电池输出功率的调整，以防止动力电池的SOC进一步下降；若否，则不对燃料电池输出功率进行调整。
若当前动力电池的SOC的值处于正常使用范围时，自然不用对燃料电池的输出功率进行调整。
这种设置方式，燃料电池功率无需跟随正常功率变化，且在整车处于驱动状态下能够令动力电池的SOC保持或者逐渐趋于正常使用范围，因此能够避免因燃料电池的功率处于极值状态而造成减损燃料电池使用寿命的情况。另外，通过整车前一状态的充放电电量以及充放电时间来对整车当前状态的充放电情况进行调整，针对性强、实时性好，从而能够更加准确且有效地对燃料电池输出功率进行调整。
作为一种可选的实施例，在按照预设方法调整燃料电池的输出功率之前，判断整车所处的状态，具体包括：
实时获取整车速度以及整车加速度的值；
当整车速度大于零、且整车加速度大于或等于零时，确定整车处于驱动状态；
当整车速度大于零、且整车加速度小于零时，确定整车处于制动状态；
当整车速度等于零、且整车加速度等于零时，确定整车处于停车状态。
本实施例中，通过整车的速度以及加速度来判定整车所处状态，方法简单且准确。
作为一种可选的实施例，在整车所处状态判断完成后，对动力电池的输出功率以及燃料电池的输出功率进行计算分配，具体包括：
当整车处于驱动状态时，按照如下公式进行计算：
Pfc1＝Pf+Pw+Paux 公式(3)，Pbatt1＝Pdrv-Pfc1 公式(4)；
其中，Pf为整车滚动阻力功率，Pw为整车风阻功率，Paux为整车附件功率，Pdrv为驾驶员需求功率，Pfc1为燃料电池的输出功率，Pbatt1为动力电池的输出功率；
当整车处于制动状态时，按照如下公式进行计算：
Pfc1＝Pidle 公式(5),Pbatt1＝Pdrv 公式(6)；
其中，Pidle为整车怠速功率；
当整车处于停车状态时，按照如下公式进行计算：
Pfc1＝Paux 公式(7),Pbatt1＝0 公式(8)。
本实施例中，通过公式(3)～公式(8)能够准确计算出当整车处于各状态时燃料电池以及动力电池的输出功率，相比较燃料电池功率跟随整车驱动功率变化的方式，本实施例的这种计算方式更加灵活、且更加准确。
本发明实施例还提供了一种燃料电池混合动力系统功率分配控制系统，适用于上述任一种的方法，包括整车状态判断模块、功率分配模块以及功率调整模块；其中，整车状态判断模块用于判断整车所处的状态；功率分配模块用于对动力电池的输出功率以及燃料电池的输出功率进行计算分配；功率调整模块用于调整燃料电池的输出功率。
本实施例中，燃料电池混合动力系统功率分配控制系统能够赚取的判断整车所处的状态，且能够准确计算出处于各状态下的燃料电池以及动力电池的输出功率，另外，在整车处于驱动状态时，还能够令动力电池的SOC保持或者逐渐趋于正常使用范围，从而避免因燃料电池的功率处于极值状态而造成减损燃料电池使用寿命的情况。
本发明实施例还提供了一种车辆，包括上述的燃料电池混合动力系统功率分配控制系统。
本实施例中，车辆的有益效果与燃料电池混合动力系统功率分配控制系统的有益效果相同，不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种燃料电池混合动力系统功率分配控制方法，其特征在于，包括：
获取动力电池的剩余容量（State Of Charge，SOC）的正常使用范围、上一驱动状态的动力电池平均放电量以及放电时间、上一制动状态的动力电池平均充电量以及充电时间；
在整车处于驱动状态下，根据当前动力电池的SOC的值、以及获取的上一驱动状态的动力电池平均放电量以及放电时间、上一制动状态的动力电池平均充电量以及充电时间，按照预设方法调整燃料电池的输出功率，以使动力电池的SOC处于所述正常使用范围；
其中，所述预设方法包括：
当当前动力电池的SOC的值大于所述正常使用范围时，比较上一驱动状态的动力电池平均放电量与上一制动状态的动力电池平均充电量的大小；
当上一驱动状态的动力电池平均放电量小于上一制动状态的动力电池平均充电量时，按照如下公式调整燃料电池的输出功率：
Pfc2= Pfc1-(Qchr-Qdischr)/min(Tdischr,Tchr)；
其中，Pfc1为当前燃料电池的输出功率，Pfc2为调整后的燃料电池的输出功率，Qchr为上一制动状态的动力电池的平均充电量，Qdischr为上一驱动状态的动力电池的平均放电量，Tdischr为上一驱动状态的动力电池的放电时间，Tchr为上一制动状态的动力电池的充电时间；
当上一驱动状态的动力电池平均放电量大于或等于上一制动状态的动力电池平均放电量时，不对燃料电池的输出功率进行调整。
2.根据权利要求1所述的燃料电池混合动力系统功率分配控制方法，其特征在于，所述预设方法包括：
当当前动力电池的SOC的值小于所述正常使用范围时，比较上一驱动状态的动力电池平均放电量与上一制动状态的动力电池平均充电量的大小；
当上一驱动状态的动力电池平均放电量大于上一制动状态的动力电池平均充电量时，按照如下公式调整燃料电池的输出功率：
Pfc2= Pfc1＋(Qchr-Qdischr)/min(Tdischr,Tchr)；
其中，Pfc1为当前燃料电池的输出功率，Pfc2为调整后的燃料电池的输出功率，Qchr为上一制动状态的动力电池的平均充电量，Qdischr为上一驱动状态的动力电池的平均放电量，Tdischr为上一驱动状态的动力电池的放电时间，Tchr为上一制动状态的动力电池的充电时间；
当上一驱动状态的动力电池平均放电量小于或等于上一制动状态的动力电池平均放电量时，不对燃料电池的输出功率进行调整。
3.根据权利要求1所述的燃料电池混合动力系统功率分配控制方法，其特征在于，所述预设方法包括：
当当前动力电池的SOC的值处于所述正常使用范围时，不对燃料电池的输出功率进行调整。
4.根据权利要求1-3任一项所述的燃料电池混合动力系统功率分配控制方法，其特征在于，在按照预设方法调整燃料电池的输出功率之前，判断整车所处的状态，具体包括：
实时获取整车速度以及整车加速度的值；
当整车速度大于零、且整车加速度大于或等于零时，确定整车处于驱动状态；
当整车速度大于零、且整车加速度小于零时，确定整车处于制动状态；
当整车速度等于零、且整车加速度等于零时，确定整车处于停车状态。
5.根据权利要求4所述的燃料电池混合动力系统功率分配控制方法，其特征在于，在整车所处状态判断完成后，对动力电池的输出功率以及燃料电池的输出功率进行计算分配，具体包括：
当整车处于驱动状态时，按照如下公式进行计算：
Pfc1=Pf+Pw+Paux，Pbatt1=Pdrv-Pfc1；
其中，Pf为整车滚动阻力功率，Pw为整车风阻功率，Paux为整车附件功率，Pdrv为驾驶员需求功率，Pfc1为燃料电池的输出功率，Pbatt1为动力电池的输出功率；
当整车处于制动状态时，按照如下公式进行计算：
Pfc1=Pidle,Pbatt1=Pdrv；
其中，Pidle为整车怠速功率；
当整车处于停车状态时，按照如下公式进行计算：
Pfc1=Paux,Pbatt1=0。
6.一种燃料电池混合动力系统功率分配控制系统，适用于如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，包括整车状态判断模块、功率分配模块以及功率调整模块；其中，
所述整车状态判断模块用于判断整车所处的状态；
所述功率分配模块用于对动力电池的输出功率以及燃料电池的输出功率进行计算分配；
所述功率调整模块用于调整燃料电池的输出功率。
7.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求6所述的燃料电池混合动力系统功率分配控制系统。
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