CN113479188B - 燃料电池发动机功率控制方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃料电池发动机功率控制技术领域，提供了一种燃料电池发动机功率控制方法、装置及电子设备。该方法包括以下步骤：根据前若干个时间段内整车平均功耗及各个所述时间段对应的加权系数，计算整车当前时间段的预计需求功率；获取当前动力电池的SOC值，根据所述SOC值确定电量浮动系数；根据所述预计需求功率和所述电量浮动系数，计算当前时间段的燃料电池发动机的预计输出功率；在当前时间段内控制所述燃料电池发动机按所述预计输出功率输出。该方法可稳定燃料电池发动机功率输出，可以极大减少燃料电池发动机的功率变化以及启停次数，可提高燃料电池的工作效率，延长燃料电池发动机的使用寿命。

Description

燃料电池发动机功率控制方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及燃料电池发动机功率控制技术领域，具体涉及一种燃料电池发动机功率控制方法、装置及电子设备。

背景技术

燃料电池汽车技术路线是串联式氢电混合动力方案，燃料电池发动机与动力电池SOC电能汇总后供整车消耗。动力电池SOC可作为整车能量补充及多余能量回收，整车控制器统筹协调燃料电池发动机能量输出。

目前对燃料电池发动机的控制中，燃料电池发动机容易受整车功耗变化影响，导致燃料电池发动机频繁启停或者功率频繁变化，从而导致燃料电池发动机系统寿命偏低，同时容易使得动力电池SOC值不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种燃料电池发动机功率控制方法、装置及电子设备，至少部分的解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池发动机功率控制方法，包括：

根据前若干个时间段内整车平均功耗及各个所述时间段对应的加权系数，计算整车当前时间段的预计需求功率；

获取当前动力电池的SOC值，根据所述SOC值确定电量浮动系数；

根据所述预计需求功率和所述电量浮动系数，计算当前时间段的燃料电池发动机的预计输出功率；

在当前时间段内控制所述燃料电池发动机按所述预计输出功率输出。

上述实施例的有益效果在于：根据之前的整车平均功耗进行时间加权以及SOC系数加权，在双重加权计算得出下一段时间内燃料电池发动机输出功率，可有效的控制燃料电池功率输出，当累计较大数据量后，燃料电池的功率数据将趋于稳定，在确保整车动力电池SOC稳定的前提下，可稳定燃料电池发动机功率输出，可以极大减少燃料电池发动机的功率变化以及启停次数，可提高燃料电池的工作效率，延长燃料电池发动机的使用寿命。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述整车当前时间段的预计输出功率计算方式具体如下：

其中，B_n为当前时间段的预计需求功率，A_k为当前时间段前第k个时间段的整车平均功耗，M_k为当前时间段前第k个时间段对应的加权系数。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述各时间段对应的加权系数需满足以下条件：

M₁＞M₂＞M₃＞M₄……＞M_k-1＞M_k (3)

其中，M_k为当前时间段前第k个时间段对应的加权系数。越接近的时间段加权系数越大，更贴近当前路况。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述整车平均功耗计算方式如下：

A_k＝C_k+P_k (4)

其中，A_k为当前时间段前第k个时间段的整车平均功耗，C_k为当前时间段前第k个时间段的动力电池的输出功率，P_k为当前时间段前第k个时间段的燃料电池发动机的输出功率。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述浮动系数计算方式具体如下：

X＝1-E/D

当X＞0，Y＝2^x

当X＜0，Y＝2-0.5^x (5)

其中，D为基准值，E为当前动力电池SOC值，X为当前动力电池SOC值相较于基准值的差异比例，Y为浮动系数。动力电池SOC值对应的浮动系数呈指数型变化，使得动力电池SOC值更容易稳定于基准值。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述当前时间段的燃料电池发动机的预计输出功率计算方式具体如下：

P_n＝B_n*Y (6)。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，在所述整车当前时间段的预计需求功率计算时，若当前时间段的前k个时间段中所述整车平均功耗无法获得，则以设定值替代所述整车平均功耗并参与所述预计输出功率计算。在前若干段时间行车数据缺乏时，比如车辆初次启动，此时用设定值替代参与预计需求功率计算。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，在控制所述燃料电池发动机工作过程中，实时获取当前SOC值，在燃料电池发动机发动期间，若动力SOC高于第一限值，则停止燃料电池发动机，在燃料电池发动机停止期间，若动力SOC低于第二限值，则重新启动燃料电池发动机。第一限值大于基准值，基准值大于第二限值，在动力SOC电量过高时停止燃料电池发动机工作，仅通过动力SOC提供电能，降低燃料电池发动机损耗，在动力SOC电量过低时启动燃料电池发动机，通过燃料电池发动机提供电能，同时为动力SOC充能，同时可以避免燃料电池发动机频繁启动。

第二方面，本发明实施例提供了一种燃料电池发动机功率控制装置，包括：

预计需求功率获取模块，所述预计需求功率计算模块用以根据前若干个时间段内整车平均功耗及各个所述时间段对应的加权系数，计算整车当前时间段的预计需求功率；

电量浮动系数获取模块，所述电量浮动系数获取模块用以获取当前动力电池的SOC值，根据所述SOC值确定电量浮动系数；

预计输出功率获取模块，所述预计输出功率获取模块，用以根据所述预计需求功率和所述电量浮动系数，计算当前时间段的燃料电池发动机的预计输出功率；

功率控制模块，所述功率控制模块用以在当前时间段内控制所述燃料电池发动机按所述预计输出功率输出。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：

至少一个处理器；以及，

与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行前述任第一方面或第一方面的任一实现方式中的燃料电池发动机功率控制方法。

本发明实施例提供的一种燃料电池发动机功率控制方法、装置及电子设备，可以在确保整车动力电池SOC稳定的前提下，可稳定燃料电池发动机功率输出，可以极大减少燃料电池发动机的功率变化以及启停次数，可提高燃料电池的工作效率，延长燃料电池发动机的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了本发明实施例所提供的一种燃料电池发动机功率控制方法的流程图；

图2示出了前6个时间段对应的加权系数M；

图3示出了动力电池SOC值对应的浮动系数Y；

图4示出了本发明实施例所提供的一种燃料电池发动机功率控制装置的结构框图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种燃料电池发动机功率控制电子设备的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

图1为本发明实施例提供的一种燃料电池发动机功率控制方法的步骤流程图，参见图1，该方法包括以下步骤：

S1:根据前若干个时间段内整车平均功耗及各个所述时间段对应的加权系数，计算整车当前时间段的预计需求功率。

整车当前时间段的预计需求功率计算方式具体如下：

式(1)中，B_n为当前时间段的预计需求功率，A_k为当前时间段前第k个时间段的整车平均功耗，M_k为当前时间段前第k个时间段对应的加权系数。

其中，当前时间段前第k个时间段对应的加权系数M_k为预先设定值，各时间段对应的加权系数满足以下条件：

M₁＞M₂＞M₃＞M₄……＞M_k-1＞M_k (3)

其中，当前时间段前第k个时间段的整车平均功耗A_k计算方式如下：

A_k＝C_k+P_k (4)

式(4)中，C_k＝U_k*I_k，C_k为当前时间段前第k个时间段的动力电池的输出功率，P_k为当前时间段前第k个时间段的燃料电池发动机的输出功率，U_k和I_k为当前时间段前第k个时间段的动力电池的输出电压和输出电流。

另外，若当前时间段的前k个时间段中所述整车平均功耗M_k无法获得，则以设定值替代所述整车平均功耗并参与预计需求功率B_n计算。

S2:获取当前动力电池的SOC值，根据所述SOC值确定电量浮动系数。

电量浮动系数Y为预设值，浮动系数Y计算方式具体如下：

X＝1-E/D

当X＞0，Y＝2^x

当X＜0，Y＝2-0.5^x (5)

其中，D为基准值，基准值为预设值，如40％或50％，E为当前动力电池SOC值，数值来自于电池通信报文数据，X为当前SOC值相较于基准值的差异比例。

S3:根据所述预计需求功率和所述电量浮动系数，计算当前时间段的燃料电池发动机的预计输出功率。

当前时间段的燃料电池发动机的预计输出功率P_n计算方式具体如下：

P_n＝B_n*Y (6)

预计输出功率P_n由当前时间段的预计需求功率B_n乘以浮动系数Y可得，在长时间同工况的情况下，动力电池SOC会逐步维持在基准值D，而燃料电池发动机的输出功率近乎等于整车功耗，达到动态平衡，避免燃料电池发动机频繁变化。

S4:在当前时间段内控制所述燃料电池发动机按所述预计输出功率输出。

输出至当前时段结束后，重复进行步骤S1-4，进行下一阶段的输出功率控制。

输出时，实时获取当前SOC值，在燃料电池发动机工作期间，若动力SOC高于第一限值(如85％)，则停止燃料电池发动机，在燃料电池发动机停止期间，若动力SOC低于第二限值(如40％)，则重新启动燃料电池发动机。

以每个时间段的时间间隔t＝10min，并考量计算前6个时间段为例，加权系数各时间段加权系数M标定如图2所示，浮动系数Y计算中将基准值D设为50％，计算结果如图3所示，其中C为85时停止燃料电池发动机，因此对应系数为0，对应预计输出功率计算方式如下：

P_n＝B_n*Y，

A_k＝C_k+P_k；

当n＝1时，即燃料电池发动机初次启动，输出功率按设定值输出，设定值可根据发动机自身特性设定，优选为发动机效率较高的值，如此时设定为22kW，则，P₁＝22kW；

当n＝2时，即燃料电池发动机启动10min后，

A₁＝C₁+P₁,C₁由前10min动力电池输出电压及输出电流计算得知，

P₂＝(A₁*0.5+(0.25+0.125+0.0625+0.03125+0.015625)*22)*Y；

此时Y根据当前SOC值，对应图3可得；

当n＝2时，即燃料电池发动机启动20min后，

A₂＝C₂+P₂,C₂由前10min动力电池输出电压及输出电流计算得知，

P₃＝(A₂*0.5+A₁*0.25+(0.125+0.0625+0.03125+0.015625)*22)*Y；

此时Y根据当前SOC值，对应图3可得；

……

当n＝6时，即燃料电池发动机启动60min后，

A₆＝C₆+P₆,C₂由前10min动力电池输出电压及输出电流计算得知，

P₆＝(A₅*0.5+A₄*0.25+A₃*0.125+A₂*0.0625+A₁*0.03125+22*0.015625)*Y；

此时Y根据当前SOC值，对应图3可得；

当n＝7时，即燃料电池发动机启动70min后，

P₇＝(A₆*0.5+A₅*0.25+A₄*0.125+A₃*0.0625+A₂*0.03125+A₁*0.015625)*Y

当n＞k时，

P_n＝(A_n-1*0.5+A_n-2*0.25+A_n-3*0.125+A_n-4*0.0625+A_n-5*0.03125+A_n-6*0.015625)*Y

整车控制器以此计算方式进行10min周期时间轴的循环计算与更新，计算近1小时内的数据，进行SOC系数加权以及靠近时间的整车功耗加权的双重计算，可有效的控制燃料电池功率输出，当累计较大数据量后，燃料电池的功率数据将趋于稳定，且此功率即是车辆运行工况的平均功耗。

图4为一种本发明实施例提供的一种燃料电池发动机功率控制装置的结构框图，该装置包括：

预计需求功率获取模块，所述预计需求功率计算模块用以根据前若干个时间段内整车平均功耗及各个所述时间段对应的加权系数，计算整车当前时间段的预计需求功率；

电量浮动系数获取模块，所述电量浮动系数获取模块用以获取当前动力电池的SOC值，根据所述SOC值确定电量浮动系数；

预计输出功率获取模块，所述预计输出功率获取模块，用以根据所述预计需求功率和所述电量浮动系数，计算当前时间段的燃料电池发动机的预计输出功率；

功率控制模块，所述功率控制模块用以在当前时间段内控制所述燃料电池发动机按所述预计输出功率输出。

图4实施例中各模块的功能与其对应的方法实施例中的内容相对应，在此不再赘述。

图5示出了本发明实施例提供的电子设备50的结构示意图，电子设备50包括至少一个处理器501(例如CPU)，至少一个输入输出接口504，存储器502，和至少一个通信总线503，用于实现这些部件之间的连接通信。至少一个处理器501用于执行存储器502中存储的计算机指令，以使所述至少一个处理器501能够执行前述任一燃料电池发动机功率控制方法的实施例。存储器502为非暂态存储器(non-transitory memory)，其可以包含易失性存储器，例如高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个输入输出接口504(可以是有线或者无线通信接口)实现与至少一个其他设备或单元之间的通信连接。

在一些实施方式中，存储器502存储了程序5021，处理器501执行程序5021，用于执行前述任一分表方法实施例中的内容。

该电子设备可以以多种形式存在，包括但不限于：

(1)移动通信设备：这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括：智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。

(2)超移动个人计算机设备：这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括：PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。

(3)便携式娱乐设备：这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括：音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。

(4)特定服务器：提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

(5)其他具有数据交互功能的电子设备。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。

在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种燃料电池发动机功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据前若干个时间段内整车平均功耗及各个所述时间段对应的加权系数，计算整车当前时间段的预计需求功率，所述预计需求功率计算方式具体如下：

其中，B_n为当前时间段的预计需求功率，A_k为当前时间段前第k个时间段的整车平均功耗，M_k为当前时间段前第k个时间段对应的加权系数；

获取当前动力电池SOC值，根据所述当前动力电池SOC值确定电量浮动系数，所述电量浮动系数计算方式具体如下：

X＝1-E/D

当X＞0，Y＝2^x

当X＜0，Y＝2-0.5^x (5)

其中，D为基准值，E为当前动力电池SOC值，X为当前动力电池SOC值相较于基准值的差异比例，Y为电量浮动系数；

根据所述预计需求功率和所述电量浮动系数，计算当前时间段的燃料电池发动机的预计输出功率；

在当前时间段内控制所述燃料电池发动机按所述预计输出功率输出。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机功率控制方法，其特征在于，各所述时间段对应的加权系数需满足以下条件：

M₁＞M₂＞M₃＞M₄……＞M_k-1＞M_k， (3)

其中，M_k为当前时间段前第k个时间段对应的加权系数。

3.根据权利要求1所述的燃料电池发动机功率控制方法，其特征在于，所述整车平均功耗计算方式如下：

A_k＝C_k+P_k (4)

其中，A_k为当前时间段前第k个时间段的整车平均功耗，C_k为当前时间段前第k个时间段的动力电池的输出功率，P_k为当前时间段前第k个时间段的燃料电池发动机的输出功率。

4.根据权利要求1所述的燃料电池发动机功率控制方法，其特征在于，所述当前时间段的燃料电池发动机的预计输出功率计算方式具体如下：

P_n＝B_n*Y (6)

其中，P_n为当前时间段的燃料电池发动机的预计输出功率，B_n为当前时间段的预计需求功率，Y为浮动系数。

5.根据权利要求4所述的燃料电池发动机功率控制方法，其特征在于，在所述整车当前时间段的预计需求功率计算时，若当前时间段的前k个时间段中所述整车平均功耗无法获得，则以设定值替代所述整车平均功耗并参与所述预计输出功率计算。

6.根据权利要求1所述的燃料电池发动机功率控制方法，其特征在于，在控制所述燃料电池发动机工作过程中，实时获取当前动力电池SOC值，在燃料电池发动机发动期间，若当前动力电池SOC值高于第一限值，则停止燃料电池发动机，在燃料电池发动机停止期间，若当前动力电池SOC值低于第二限值，则重新启动燃料电池发动机。

7.一种燃料电池发动机功率控制装置，其特征在于，包括：

预计需求功率获取模块，所述预计需求功率计算模块用以根据前若干个时间段内整车平均功耗及各个所述时间段对应的加权系数，计算整车当前时间段的预计需求功率，所述预计需求功率计算方式具体如下：

其中，B_n为当前时间段的预计需求功率，A_k为当前时间段前第k个时间段的整车平均功耗，M_k为当前时间段前第k个时间段对应的加权系数；

电量浮动系数获取模块，所述电量浮动系数获取模块用以获取当前动力电池SOC值，根据所述当前动力电池SOC值确定电量浮动系数，所述电量浮动系数计算方式具体如下：

X＝1-E/D

当X＞0，Y＝2^x

当X＜0，Y＝2-0.5^x (5)

其中，D为基准值，E为当前动力电池SOC值，X为当前动力电池SOC值相较于基准值的差异比例，Y为电量浮动系数；

预计输出功率获取模块，所述预计输出功率获取模块，用以根据所述预计需求功率和所述电量浮动系数，计算当前时间段的燃料电池发动机的预计输出功率；

功率控制模块，所述功率控制模块用以在当前时间段内控制所述燃料电池发动机按所述预计输出功率输出。

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述任一权利要求1-6所述的燃料电池发动机功率控制方法。

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