CN114056191A - 一种fcev能量管理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种FCEV能量管理方法及系统，方法包括：获取车辆前方道路信息和前方路况信息；根据所述前方道路信息和所述前方路况信息预测前方所需功率模式；基于预测的前方所需功率模式，调节FCEV辅助电能源模块的SOC值。本发明能够根据车辆前方道路信息和前方路况信息调节辅助电能源模块的SOC值，使辅助电能源模块的SOC值保持在合理的水平，从而实现对燃料电池负载的均衡，使燃料电池能够保持功率输出缓慢变化。

Description

一种FCEV能量管理方法及系统
技术领域
本发明涉及车辆控制领域，特别是一种FCEV能量管理方法及系统。
背景技术
FCEV(燃料电池汽车)具有燃料利用率较高、无污染、低噪音等优势，但是由于燃料电池放电特性偏软，因此不适合高功率输出，此外，燃料电池动态性能差功率输出变化缓慢，不适合车辆高功率大电流放电和功率不断频繁变化的情况。因此，FCEV中一般都需加入辅助电能源(一般为电池和/或超级电容)，以进行混合驱动。
现有的混合驱动中，在车辆电机需求功率变化较大时，能量控制模块保持燃料电池输出功率仍以较慢速度变化，而辅助电能源模块用较快功率变化输出或回收电能进行补偿。但现有的FCEV能量管理方法一般只针对当前情况进行管理，例如固定一个最低阈值和一个最高阈值，当发现辅助电能源模块的SOC(State of charge，即荷电状态，用来反映电池的剩余容量)低于最低阈值时进行强制充电，当辅助电能源模块的SOC高于最高值时，进行强制放电。
现有的能量管理策略没有考虑到车辆前方运行的情况，如果当前SOC过大，则在前方电机功率突然变小时，无法回收燃料电池多余功率，从而造成能量浪费。如果当前SOC过小，则在前方电机功率突然变大时，无法补充燃料电池功率输出的不足。现有的方法，对辅助电能源模块SOC的充放电仅采用固定策略，没有根据车辆前方道路信息和前方路况信息，有预测性的调整辅助电能源模块的SOC控制策略。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种FCEV能量管理方法及系统，能够根据车辆前方道路信息和前方路况信息调节辅助电能源模块的SOC值，使辅助电能源模块的SOC值保持在合理的水平，从而实现对燃料电池负载的均衡，使燃料电池能够保持功率输出缓慢变化。
本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明一种FCEV能量管理方法，包括：
获取车辆前方道路信息和前方路况信息；
根据所述前方道路信息和前方路况信息预测前方所需功率模式；
基于预测的前方所需功率模式，调节辅助电能源模块的SOC值；所述辅助电能源模块包括动力电池和/或超级电容。
优选的，所述根据所述前方道路信息和前方路况信息预测前方所需功率模式，包括：
如果车辆前方道路信息为长陡上坡，预测前方所需功率模式为高功率模式；
如果车辆前方道路信息为长陡下坡，预测前方所需功率模式为低功率模式；
如果车辆前方道路信息为连续短距离上下坡，或者，如果车辆前方路况信息为拥堵，预测前方所需功率模式为功率频繁变化模式；
否则，预测前方所需功率模式为功率正常模式。
优选的，所述基于预测的前方所需功率模式，调节辅助电能源模块的SOC值，包括：
如果前方所需功率模式为功率频繁变化模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值附近；
如果前方所需功率模式为高功率模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值附近；
如果前方所需功率模式为低功率模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值附近。
优选的，所述基于预测的前方所需功率模式，调节辅助电能源模块的SOC值，还包括：
如果车辆前方道路信息为长陡下坡，且车辆前方路况信息为拥堵，即如果前方所需功率模式即为低功率模式，也为功率频繁变化模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值附近；
如果车辆前方道路信息为长陡上坡，且车辆前方路况信息为拥堵，即如果前方所需功率模式即为高功率模式，也为功率频繁变化模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值附近。
优选的，所述基于预测的前方所需功率模式，调节辅助电能源模块的SOC值，还包括：
如果前方所需功率模式为功率正常模式，则将辅助电能源模块的SOC值与第一阈值和第二阈值进行实时比较；如果辅助电能源模块的SOC值大于所述第一阈值，则控制辅助电能源模块进行放电；如果辅助电能源模块的SOC值小于所述第二阈值，则控制辅助电能源模块进行充电。
优选的，控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值附近，具体包括：
控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值10％的范围内。
优选的，控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值附近，具体包括：
控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值10％的范围内。
优选的，控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值附近，具体包括：
控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值10％的范围内。
另一方面，本发明一种FCEV能量管理系统，包括：
燃料电池，用于输出能量以供车辆使用；
辅助电能源模块，用于回收所述燃料电池输出的多余的能量，以及，用于在所述燃料电池输出能量不能满足车辆需求的时候，释放能量以供车辆使用；
前方道路状况获取模块，用于获取车辆前方道路信息和前方路况信息；
能量控制模块，与所述燃料电池相连接以将燃料电池的输出能量提供给车辆和/或辅助电能源模块；与所述辅助电能源模块相连接以调节所述辅助电能源模块的输出能量或回收能量，实现辅助电能源模块SOC值的调节；与所述前方道路状况获取模块相连接以根据所述前方道路信息和前方路况信息预测前方所需功率模式。
优选的，所述辅助电能源模块包括动力电池和/或超级电容；所述能量控制模块通过整车控制器实现；所述前方道路状况获取模块通过基于ADAS地图的电子地平线系统实现；所述前方所需功率模式包括高功率模式、低功率模式、功率频繁变化模式和功率正常模式。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明能够根据车辆前方道路信息和前方路况信息调节辅助电能源模块的SOC值，使辅助电能源模块的SOC值保持在合理的水平，从而实现对燃料电池负载的均衡，使燃料电池能够保持功率输出缓慢变化；
本发明的能量控制模块在车辆电机需求功率小于燃料电池最大输出功率的时候，控制燃料电池对辅助电能源模块进行充电，回收燃料电池的多余输出能量；同时，在车辆电机需求功率大于燃料电池最大输出功率的时候，控制辅助电能源模块释放能量，补充燃料电池输出不足的能量。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为本发明系统的结构示意图。
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的详细描述。
本实施例的方法执行主体为能量控制模块，能量控制模块是以微控制器MCU为核心的控制设备，可以通过整车控制器VCU实现，所述能量控制模块能安装本实施例方法的执行程序和/或数据库程序，具体本发明不做限定。
需要说明的是，本申请权利要求及说明书中涉及到的步骤标识，仅是为了使文件看起来更加清晰，具体实施时，步骤的顺序可以根据需求相应调整。
参见图1所示，一方面，本发明一种FCEV能量管理方法，包括：
S101，获取车辆前方道路信息和前方路况信息；
S102，根据所述前方道路信息和所述前方路况信息预测前方所需功率模式；
S103，基于预测的所述前方所需功率模式，调节辅助电能源模块的SOC值；所述辅助电能源模块包括动力电池和/或超级电容。
进一步的，所述根据所述前方道路信息和前方路况信息预测前方所需功率模式，包括：
如果车辆前方道路信息为长陡上坡，预测前方所需功率模式为高功率模式；
如果车辆前方道路信息为长陡下坡，预测前方所需功率模式为低功率模式；
如果车辆前方道路信息为连续短距离上下坡，或者，如果车辆前方路况信息为拥堵，预测前方所需功率模式为功率频繁变化模式；
如果车辆前方道路信息不为长陡上坡、长陡下坡或连续短距离上下坡，且车辆前方路况信息不为拥堵，预测前方所需功率模式为功率正常模式。
具体的，前方道路信息中长陡上下坡的分类，可以参照国家公路工程技术标准，对不同等级的道路大于规定的最大缓和纵坡即为陡坡。
也可根据用户实际应用需求进行自定义，如用户自定义规则如下：
如果平均坡度大于等于3％且小于4％，且连续下坡坡长大于5km，或者，平均坡度大于等于4％且小于5％，且连续下坡坡长大于4km，或者，平均坡度大于等于5％，且连续下坡坡长大于3km时，则定义为长下坡，预测前方所需功率模式为低功率模式。
如果平均坡度大于等于3％且小于4％，且连续上坡坡长大于5km，或者，平均坡度大于等于4％且小于5％，连续上坡坡长大于4km，或者，平均坡度大于等于5％，且连续上坡坡长大于3km，则定义为长上坡，预测前方所需功率模式为高功率模式。
如果平均坡度大于等于3％且小于4％，且连续上坡或下坡坡长小于500m，或者，平均坡度大于等于4％且小于5％，且连续上坡或下坡坡长小于400m，或者，平均坡度大于等于5％，且连续上坡或下坡坡长小于300km，则为短坡道，当出现连续多个短坡道(具体个数可自定义)，且上坡和下坡交替时，则定义为连续短距离上下坡，预测前方所需功率模式为功率频繁变化模式。
进一步的，所述基于预测的前方所需功率模式，调节辅助电能源模块的SOC值，包括：
如果前方所需功率模式为功率频繁变化模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值附近；
如果前方所需功率模式为高功率模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值附近；
如果前方所需功率模式为低功率模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值附近。
如果前方所需功率模式为功率频繁变化模式，控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值附近，这样在车辆电机需求功率突然变大时，辅助电能源模块能够提供瞬时变化的大功率，同时在车辆电机需求功率突然变小时，辅助电能源模块有足够的SOC空间回收燃料电池输出的过多功率。在此策略下，如果进入前方预测功率路段前SOC值过高，则提前释放部分电量以驱动车辆，直到SOC值达到SOC最大值的中位值附近；如果SOC值过低，则提前提高燃料电池输出，为辅助电能源模块充电，直到SOC值达到SOC最大值的中位值附近。
所述控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值附近，具体包括：
控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值10％的范围内。如SOC允许最大值为95％，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在0.95*0.5*0.9～0.95*0.5*1.1的范围内。
如果前方所需功率模式为高功率模式，则提前提高燃料电池输出，为辅助电能源模块充电，直到SOC值达到并保持在允许的SOC最大值附近。这样在未来(前方)功率需求变高时，辅助电能源模块存储的较多的能量能够更长时间输出大功率，实现对燃料电池进行补偿，弥补燃料电池功率不能马上变高以及不能保持大功率输出的缺点。
所述控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值附近，具体包括：
控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值10％的范围内。如SOC允许最大值为95％，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在0.95*0.9～0.95*1.0的范围内。
如果前方所需功率模式为低功率模式，则提前释放辅助电能源模块的部分电量用于驱动车辆，提前将SOC值降低并保持在允许的SOC最小值附近，这样就预留出了较大的电能存储空间，这样在未来(前方)功率需求变低时，可尽量多的回收燃料电池输出能量及回收制动能量，弥补因为燃料电池功率不能马上变低的缺点。
所述控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值附近，具体包括：
控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值10％的范围内。如SOC允许最小值为15％，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在0.15*10～0.15*1.1的范围内。
上述辅助电能源模块SOC值的调节方式，使得辅助电能源模块有较大的空间，持续性的回收燃料电池输出的能量和制动能量。如果前方为功率正常模式，则采用固定阈值的调节方式，这样可让FCEV得到比较好的整体能源经济性，具体如下：
如果前方所需功率模式为功率正常模式，则将辅助电能源模块的SOC值与第一阈值和第二阈值进行实时比较；如果辅助电能源模块的SOC值大于所述第一阈值，则控制辅助电能源模块进行放电；如果辅助电能源模块的SOC值小于所述第二阈值，则控制辅助电能源模块进行充电。
进一步的，当车辆前方道路信息为长陡上坡，且车辆前方路况信息为拥堵时，会出现高功率模式和功率频繁变化模式重叠的情况。同样，当车辆前方道路信息为长陡下坡，且车辆前方路况信息为拥堵时，会出现低功率模式和功率频繁变化模式重叠的情况。从经济性考虑，在功率频繁变化模式与低功率模式重叠时，即前方为拥堵的长陡下坡路段时，按低功率模式调节辅助电能源模块的SOC值；在功率频繁变化模式与高功率模式重叠时，即前方为拥堵的长陡上坡路段时，按功率频繁变化模式调节辅助电能源模块的SOC值。
具体的，调节方式包括：
如果车辆前方道路信息为长陡下坡，且车辆前方路况信息为拥堵，即如果前方所需功率模式即为低功率模式，也为功率频繁变化模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值附近；
如果车辆前方道路信息为长陡上坡，且车辆前方路况信息为拥堵，即如果前方所需功率模式即为高功率模式，也为功率频繁变化模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值附近。
参见图2所示，另一方面，本发明一种FCEV能量管理系统，包括：
燃料电池201，用于输出能量以供车辆使用；
辅助电能源模块203，用于回收所述燃料电池201输出的多余的能量，以及，用于在所述燃料电池201输出能量不能满足车辆需求的时候，释放能量以供车辆使用；
前方道路状况获取模块204，用于获取车辆前方道路信息和前方路况信息；
能量控制模块205，与所述燃料电池201相连接以将燃料电池201的输出能量提供给车辆和/或辅助电能源模块203；与所述辅助电能源模块203相连接以调节所述辅助电能源模块203的输出能量或回收能量，实现辅助电能源模块203SOC值的调节；与所述前方道路状况获取模块204相连接以根据所述前方道路信息和前方路况信息预测前方所需功率模式。
具体的，所述辅助电能源模块203输出功率为电机206所需功率和燃料电池201经过DC/DC变换器202输出的功率之差，电机206输出功率随驾驶的操作信号变化而变化的。能量控制模块205调节辅助电能源模块203输出的功率或回收功率来实现对燃料电池201负载的均衡，使燃料电池201能够保持功率输出缓慢变化。能量控制模块205在电机206需求功率小于燃料电池201最大输出功率的时候，控制燃料电池201对辅助电能源模块203充电，回收燃料电池201的多余输出能量；在电机206需求功率大于燃料电池201最大输出功率的时候，控制辅助电能源模块203释放能量，补充燃料电池201输出不足的能量。进一步的，所述电机206驱动车辆的传动模块207，所述传动模块207驱动车轮208行驶。
本实施例中，所述辅助电能源模块203包括动力电池和/或超级电容；所述能量控制模块205通过整车控制器实现；所述前方道路状况获取模块204通过电子地平线实现。
具体的，所述前方道路信息和前方路况信息由基于ADAS地图的电子地平线系统提供，根据ADAS提供的地图信息能够预测前方所需功率模式，包括：与ADAS地图信息对应划分的高功率模式、低功率模式、功率频繁变化模式和功率正常模式。基于所述前方所需功率模式，调节所述FCEV的辅助电能源模块。
本实施例将电子地平线与整车控制器VCU相结合，电子地平线通过CAN或以太网等车辆总线往整车控制器VCU发送前方道路信息，整车控制器VCU根据前方道路信息和路况信息控制所述辅助电能源模块203的SOC值保持在合理的水平。
一种FCEV能量管理系统对辅助电能源模块SOC值的具体调节方法同一种FCEV能量管理方法，本实施例不再重复说明。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种FCEV能量管理方法，其特征在于，包括：
获取车辆前方道路信息和前方路况信息；
根据所述前方道路信息和所述前方路况信息预测前方所需功率模式；
基于所述前方所需功率模式，调节FCEV辅助电能源模块的SOC值。
2.根据权利要求2所述的FCEV能量管理方法，其特征在于，所述根据所述前方道路信息和前方路况信息预测前方所需功率模式，包括：
如果车辆前方道路信息为长陡上坡，预测前方所需功率模式为高功率模式；
如果车辆前方道路信息为长陡下坡，预测前方所需功率模式为低功率模式；
如果车辆前方道路信息为连续短距离上下坡，或者，如果车辆前方路况信息为拥堵，预测前方所需功率模式为功率频繁变化模式；
否则，预测前方所需功率模式为功率正常模式。
3.根据权利要求2所述的FCEV能量管理方法，其特征在于，所述预测前方所需功率模式，调节辅助电能源模块的SOC值，包括：
如果所需功率模式为功率频繁变化模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值附近；
如果前方所需功率模式为高功率模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值附近；
如果前方所需功率模式为低功率模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值附近。
4.根据权利要求3所述的FCEV能量管理方法，其特征在于，所述前方所需功率模式，调节辅助电能源模块的SOC值，还包括：
如果车辆前方道路信息为长陡下坡，且车辆前方路况信息为拥堵，即如果前方所需功率模式既为低功率模式，也为功率频繁变化模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值附近；
如果车辆前方道路信息为长陡上坡，且车辆前方路况信息为拥堵，即如果前方所需功率模式既为高功率模式，也为功率频繁变化模式，则控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值附近。
5.根据权利要求3所述的FCEV能量管理方法，其特征在于，所述前方所需功率模式，调节辅助电能源模块的SOC值，还包括：
如果前方所需功率模式为功率正常模式，则将辅助电能源模块的SOC值与第一阈值和第二阈值进行实时比较；如果辅助电能源模块的SOC值大于所述第一阈值，则控制辅助电能源模块进行放电；如果辅助电能源模块的SOC值小于所述第二阈值，则控制辅助电能源模块进行充电。
6.根据权利要求3-5中任意一项所述的FCEV能量管理方法，其特征在于，控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值附近，具体包括：
控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值的中位值10％的范围内。
7.根据权利要求3-5中任意一项所述的FCEV能量管理方法，其特征在于，控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值附近，具体包括：
控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最大值10％的范围内。
8.根据权利要求3-5中任意一项所述的FCEV能量管理方法，其特征在于，控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值附近，具体包括：
控制辅助电能源模块的SOC值保持在允许的SOC最小值10％的范围内。
9.一种FCEV能量管理系统，其特征在于，包括：
燃料电池，用于输出能量以供车辆使用；
辅助电能源模块，用于回收所述燃料电池输出的多余能量，以及，用于在所述燃料电池输出能量不能满足车辆需求的时候，释放能量以供车辆使用；
前方道路状况获取模块，用于获取车辆前方道路信息和前方路况信息；
能量控制模块，与所述燃料电池相连接以将燃料电池的输出能量提供给车辆和/或辅助电能源模块；与所述辅助电能源模块相连接以调节所述辅助电能源模块输出能量或回收能量，实现辅助电能源模块SOC值的调节；与所述前方道路状况获取模块相连接以根据所述前方道路信息和前方路况信息预测前方所需功率模式。
10.根据权利要求9所述的FCEV能量管理系统，其特征在于，所述辅助电能源模块包括动力电池和/或超级电容；所述能量控制模块通过整车控制器实现；所述前方道路状况获取模块通过基于ADAS地图的电子地平线系统实现；所述前方所需功率模式包括高功率模式、低功率模式、功率频繁变化模式和功率正常模式。
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