CN113561854A - 一种新能源商用车燃料电池功率分配方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种新能源商用车燃料电池功率分配方法及系统，属于纯电动商用车技术领域，该方法包括以下步骤：确定燃料电池的功率，并将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，N为≥2的正整数；根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，以分别对应匹配燃料电池的N个功率点；在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于区间回差，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间。本申请通过保持燃料电池输出功率的相对稳定，以动力电池功率进行削峰平谷，提高燃料电池在电动汽车上的使用寿命，降低了售后维护成本。
Description
技术领域
本申请涉及纯电动商用车技术领域，特别涉及一种新能源商用车燃料电池功率分配方法及系统。
背景技术
目前汽车电动化已经是全球汽车产业的一种主流发展方向，纯电动汽车行业在政策以及资本的作用下产业链已初步形成。纯电动续航里程制约了纯电动汽车发展。氢燃料电池较ICE混动车辆最有可能成为未来解决方案，同时也可以克服纯电动车低温性能差的弊端，因此，燃料电池电动汽车便是方向之一。
燃料电池车辆通过燃料电池将化学能转化为电能为驱动电机提供电力，驱动车辆行驶。目前，燃料电池动态响应尚不能满足车辆功率快速变化需求，车辆启动时电机控制器预充及停机时燃料电池内部清扫操作都需要高压电，燃料电池也不能回收制动回馈能量，燃料电池启动之初不能迅速达到最佳工作状态，基于以上原因燃料电池工作仍需要动力电池配合。
相关技术中，随着燃料电池技术的发展，燃料电池电动汽车成本不断下降，为其商业化奠定了基础。汽车的实际工况较为复杂，驱动电机的功率是不断变化的，导致燃料电池的输出功率也在不断变化。因此，目前很多控制方案沿用功率跟随方案，通过不断调整燃料电池功率满足整车动力性需求。然而，燃料电池由于其化学反应，频繁的功率变化会产生不可逆的损伤，降低燃料电池的寿命。
发明内容
本申请实施例提供一种新能源商用车燃料电池功率分配方法及系统，以解决相关技术中燃料电池由于其化学反应，频繁的功率变化会产生不可逆的损伤，降低燃料电池的寿命的问题。
本申请实施例第一方面提供了一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，所述方法包括以下步骤：
确定燃料电池的功率，并将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，N为≥2的正整数；
根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，以分别对应匹配燃料电池的N个功率点；
在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于区间回差，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间。
在一些实施例中：所述燃料电池的功率按照功率点的大小由大到小或由小到大的顺序调整，燃料电池的功率限制跨功率点调整。
在一些实施例中：所述燃料电池的功率调整后须保持30秒后方可再进行下次调整。
在一些实施例中：所述区间回差设置为5％，若SOC的变化量小于5％，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于5％，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间。
在一些实施例中：所述燃料电池的功率为30KW，并将燃料电池的功率由大到小依次划分为30KW、20KW、10KW和0KW的功率点，所述SOC参考区间依次划分为＜60％、60％～70％、70％～85％、＞85％的参考区间，
当SOC参考区间为＜60％时，所述燃料电池的功率为30KW，当SOC参考区间为60％～70％时，所述燃料电池的功率为20KW，当SOC参考区间为70％～85％时，所述燃料电池的功率为10KW，当SOC参考区间为＞85％时，所述燃料电池的功率为0KW。
在一些实施例中：所述SOC的变化量包括SOC增加量和SOC减小量，若所述SOC增加量或SOC减小量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC增加量大于区间回差，则减小燃料电池的功率点，若SOC减小量大于区间回差，则增大燃料电池的功率点。
在一些实施例中：所述动力电池包括回馈工况和放电工况，当动力电池处于放电工况时，所述燃料电池与动力电池共同向驱动电机供电，当动力电池处于回馈工况时，所述燃料电池与驱动电机共同向动力电池充电。
在一些实施例中：当所述动力电池处于放电工况时，若燃料电池的功率不变，则动力电池的当前放电功率跟随驱动电机的需求功率变化；
当所述动力电池处于回馈工况时，若燃料电池的功率不变，则驱动电机的当前发电功率跟随动力电池的当前充电功率变化。
本申请实施例第二方面提供了一种新能源商用车燃料电池功率分配系统，包括：
与驱动电机电连接的燃料电池和动力电池，以及控制燃料电池和驱动电机的整车控制器，所述整车控制器确定燃料电池的功率，并将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，N为≥2的正整数，并根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，以分别对应匹配燃料电池的N个功率点；
所述整车控制器在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于区间回差，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间。
在一些实施例中：所述动力电池包括回馈工况和放电工况，当动力电池处于放电工况时，所述燃料电池与动力电池共同向驱动电机供电，当动力电池处于回馈工况时，所述燃料电池与驱动电机共同向动力电池充电。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种新能源商用车燃料电池功率分配方法及系统，由于本申请的新能源商用车燃料电池功率分配方法首先确定燃料电池的功率，并将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，N为≥2的正整数；然后根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，以分别对应匹配燃料电池的N个功率点；最后在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于区间回差，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间。
因此，本申请的新能源商用车燃料电池功率分配方法将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，然后根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，最后在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变。本申请的燃料电池功率作为基础功率，以动力电池去平衡放电时的需求功率，以驱动电机去平衡发电时动力电池的充电功率。通过保持燃料电池输出功率的相对稳定，以动力电池功率进行削峰平谷，提高燃料电池在电动汽车上的使用寿命，降低了售后维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的动力电池放电工况的结构示意图；
图2为本申请实施例的动力电池回馈工况的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种新能源商用车燃料电池功率分配方法及系统，其能解决相关技术中燃料电池由于其化学反应，频繁的功率变化会产生不可逆的损伤，降低燃料电池的寿命的问题。
本申请实施例第一方面提供了一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，确定燃料电池的功率，并将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，N为≥2的正整数；本申请实施例以燃料电池的功率为30KW为例，并将30KW的燃料电池的功率由大到小依次划分为30KW、20KW、10KW和0KW的四个功率点。
步骤2，根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，以分别对应匹配燃料电池的N个功率点；本申请实施例将SOC参考区间依次划分为＜60％、60％～70％、70％～85％、＞85％的四个参考区间；
当SOC参考区间为＜60％时，所述燃料电池的功率为30KW，当SOC参考区间为60％～70％时，所述燃料电池的功率为20KW，当SOC参考区间为70％～85％时，所述燃料电池的功率为10KW，当SOC参考区间为＞85％时，所述燃料电池的功率为0KW。
步骤3，在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于区间回差，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间；本申请实施例的区间回差设置优选但不限于为5％，若SOC的变化量小于5％，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于5％，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间。
本申请实施例的新能源商用车燃料电池功率分配方法将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，然后根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，最后在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点保持不变。本申请的燃料电池功率作为基础功率，以动力电池去平衡放电时的需求功率，以驱动电机去平衡发电时动力电池的充电功率。通过保持燃料电池输出功率的相对稳定，以动力电池功率进行削峰平谷，提高燃料电池在电动汽车上的使用寿命，降低了售后维护成本。
在一些可选实施例中：本申请实施例提供了一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，该新能源商用车燃料电池功率分配方法的燃料电池的功率按照功率点的大小由大到小或由小到大的顺序调整，燃料电池的功率限制跨功率点调整，且燃料电池的功率调整后须保持30秒后方可再进行下次调整。
本申请实施例燃料电池的功率严格按照功率点的大小由大到小或由小到大的顺序调整，调整后最少保持30秒，且不允许燃料电池的功率跨功率点跳变，尽可能的减少燃料电池的功率波动，提高燃料电池在电动汽车上的使用寿命。
在一些可选实施例中：本申请实施例提供了一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，该新能源商用车燃料电池功率分配方法的SOC的变化量包括SOC增加量和SOC减小量，若所述SOC增加量或SOC减小量小于5％的区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC增加量大于5％的区间回差，则减小燃料电池的功率点，若SOC减小量大于5％的区间回差，则增大燃料电池的功率点。
假设车辆上电时SOC为62％，燃料电池目标功率为20kw。此时应该先将燃料电池的功率指令设置在10kw，30秒后将燃料电池功率升到20kw。如果车辆SOC上升到75％，则燃料电池功率降到10kw。如果车辆SOC继续降到55％，则燃料电池功率升到30kw，直到SOC上升到65％，燃料电池功率重新降到20kw。
在一些可选实施例中：本申请实施例提供了一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，该新能源商用车燃料电池功率分配方法的动力电池包括回馈工况和放电工况，当动力电池处于放电工况时，燃料电池与动力电池共同向驱动电机供电，当动力电池处于回馈工况时，燃料电池与驱动电机共同向动力电池充电。
当所述动力电池处于放电工况时，若燃料电池的功率不变，则动力电池的当前放电功率跟随驱动电机的需求功率变化；当动力电池处于回馈工况时，若燃料电池的功率不变，则驱动电机的当前发电功率跟随动力电池的当前充电功率变化。
根据电动汽车电机既可以驱动又可以回馈的特点，有以下功率平衡方程式：
放电工况：
PF+PDB＝PDM+PA
式中，PF代表燃料电池的输出功率，PDB代表动力电池当前放电功率，PDM代表驱动电机的需求功率，PA代表车上其他附件的需求功率，当PA在附件功率较小时可以忽略。
发电工况：
PCB＝PCM+PF
式中，PF代表燃料电池的输出功率，PCB代表动力电池当前充电功率，PCM代表驱动电机的发电功率。
参见图1和图2所示，本申请实施例第二方面提供了一种新能源商用车燃料电池功率分配系统，包括：
与驱动电机和车上其他附件电连接的燃料电池和动力电池，以及控制燃料电池和驱动电机的整车控制器，整车控制器确定燃料电池的功率，并将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，N为≥2的正整数，并根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，以分别对应匹配燃料电池的N个功率点。
整车控制器在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于区间回差，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间。
动力电池包括回馈工况和放电工况，当动力电池处于放电工况时，燃料电池与动力电池共同向驱动电机供电，当动力电池处于回馈工况时，燃料电池与驱动电机共同向动力电池充电。
工作原理
本申请实施例提供了一种新能源商用车燃料电池功率分配方法及系统，由于本申请的新能源商用车燃料电池功率分配方法首先确定燃料电池的功率，并将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，N为≥2的正整数；然后根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，以分别对应匹配燃料电池的N个功率点；最后在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于区间回差，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间。
因此，本申请的新能源商用车燃料电池功率分配方法将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，然后根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，最后在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变。本申请的燃料电池功率作为基础功率，以动力电池去平衡放电时的需求功率，以驱动电机去平衡发电时动力电池的充电功率。通过保持燃料电池输出功率的相对稳定，以动力电池功率进行削峰平谷，提高燃料电池在电动汽车上的使用寿命，降低了售后维护成本。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，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。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
确定燃料电池的功率，并将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，N为≥2的正整数；
根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，以分别对应匹配燃料电池的N个功率点；
在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于区间回差，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间。
2.如权利要求1所述的一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，其特征在于：
所述燃料电池的功率按照功率点的大小由大到小或由小到大的顺序调整，燃料电池的功率限制跨功率点调整。
3.如权利要求1所述的一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，其特征在于：
所述燃料电池的功率调整后须保持30秒后方可再进行下次调整。
4.如权利要求1所述的一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，其特征在于：
所述区间回差设置为5％，若SOC的变化量小于5％，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于5％，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间。
5.如权利要求1所述的一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，其特征在于：
所述燃料电池的功率为30KW，并将燃料电池的功率由大到小依次划分为30KW、20KW、10KW和0KW的功率点，所述SOC参考区间依次划分为＜60％、60％～70％、70％～85％、＞85％的参考区间，
当SOC参考区间为＜60％时，所述燃料电池的功率为30KW，当SOC参考区间为60％～70％时，所述燃料电池的功率为20KW，当SOC参考区间为70％～85％时，所述燃料电池的功率为10KW，当SOC参考区间为＞85％时，所述燃料电池的功率为0KW。
6.如权利要求1所述的一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，其特征在于：
所述SOC的变化量包括SOC增加量和SOC减小量，若所述SOC增加量或SOC减小量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC增加量大于区间回差，则减小燃料电池的功率点，若SOC减小量大于区间回差，则增大燃料电池的功率点。
7.如权利要求1所述的一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，其特征在于：
所述动力电池包括回馈工况和放电工况，当动力电池处于放电工况时，所述燃料电池与动力电池共同向驱动电机供电，当动力电池处于回馈工况时，所述燃料电池与驱动电机共同向动力电池充电。
8.如权利要求7所述的一种新能源商用车燃料电池功率分配方法，其特征在于：
当所述动力电池处于放电工况时，若燃料电池的功率不变，则动力电池的当前放电功率跟随驱动电机的需求功率变化；
当所述动力电池处于回馈工况时，若燃料电池的功率不变，则驱动电机的当前发电功率跟随动力电池的当前充电功率变化。
9.一种新能源商用车燃料电池功率分配系统，其特征在于，包括：
与驱动电机电连接的燃料电池和动力电池，以及控制燃料电池和驱动电机的整车控制器，所述整车控制器确定燃料电池的功率，并将燃料电池的功率由大到小或由小到大划分为N个功率点，N为≥2的正整数，并根据燃料电池的功率点个数，将动力电池的SOC划分为N段SOC参考区间，以分别对应匹配燃料电池的N个功率点；
所述整车控制器在N段SOC参考区间之间均设置区间回差，若SOC的变化量小于区间回差，则燃料电池的功率点不变，若SOC的变化量大于区间回差，则燃料电池的功率点调整为对应匹配的SOC参考区间。
10.如权利要求9所述的一种新能源商用车燃料电池功率分配系统，其特征在于：
所述动力电池包括回馈工况和放电工况，当动力电池处于放电工况时，所述燃料电池与动力电池共同向驱动电机供电，当动力电池处于回馈工况时，所述燃料电池与驱动电机共同向动力电池充电。
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