CN114475281B - 一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人驾驶车用燃料电池‑超级电容混合动力系统，数据采集模组、车载定位模组、数据计算模组、数据处理模组、能量管理模块、燃料电池、超级电容和驱动电机；数据采集模组用于采集车辆实时参数和属性参数，车载定位模组搭载地图软件，输出车辆行驶路径参数和行驶所需时间参数；数据处理模组用于计算当前消耗功率，并修正功率点查表。该系统通过设定车辆行驶意图结合地图软件，提前计算车辆需求功率，有利于能量管理模块对于燃料电池和超级电容的提前干预分配，保证在行驶路程中车辆的实时输出需求功率得到满足，实现燃料电池和超级电容的动态优化分配，使得燃料电池和超级电容的输出功率均在各自高效区内。

Description

一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统
技术领域
本发明涉及车用燃料电池-超级电容混合动力系统技术领域，尤其涉及一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统。
背景技术
燃料电池相关动力系统匹配开发一直是燃料电池车辆开发过程中的重要一环。由于燃料电池系统自身加减载限制，需要选择合适的匹配动力源。
现有的燃料电池车辆普遍采用燃料电池-动力电池混合动力系统，亦或是燃料电池-动力电池-超级电容混合动力系统，以上两种均用于有人驾驶燃料电池车辆。但是无人驾驶车无法获取司机操作意图，难以精准获取车辆需求功率，进而造成车辆无法实时输出需求功率和辅助动力源充满或耗尽等问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统，包括：数据采集模组、车载定位模组、数据计算模组、数据处理模组、能量管理模块、燃料电池、超级电容和驱动电机；
所述数据采集模组用于采集车辆行驶参数和属性参数，所述车载定位模组搭载地图软件，用于接收车辆行驶意图，并输出车辆行驶路径参数和行驶所需时间参数；
所述数据计算模组根据所述数据采集模组和所述车载定位模组的输入参数，计算车辆在行驶路径每个节点位置的功率点查表；所述数据处理模组根据所述数据采集模组和所述车载定位模组的输入参数，计算当前消耗功率，并修正所述功率点查表；
所述能量管理模块根据修正后的所述功率点查表，对燃料电池和超级电容输出功率进行分配并下发指令；所述燃料电池和所述超级电容接收所述能量管理模块的下发指令，并执行功率输出指令。
本发明一个较佳实施例中，所述车辆行驶意图为车辆出发地参数、目的地参数和出发时间参数。
本发明一个较佳实施例中，所述功率点查表包括：每个节点位置的所需功率和所述燃料电池与所述超级电容的功率分配比。
本发明一个较佳实施例中，所述车载定位模组包括接收单元、存储单元和计算单元；所述接收单元用于接收所述车辆行驶意图对应的参数；所述存储单元用于存储车辆速度参数矩阵，所述车辆速度参数矩阵中包括不同路径节点的不同时间节点的车辆速度参数；所述计算单元根据所述接收单元的接收参数，将所述接收参数中的行驶路径按照所述存储单元中存储的不同路径节点分割，并提取对应所述路径节点的车辆速度参数，计算车辆行驶所需时间。
本发明一个较佳实施例中，所述属性参数为车辆重量、车辆迎风面积和传动效率的参数，所述行驶参数为滚动阻力、车速和加速度的参数。
本发明一个较佳实施例中，所述数据采集模组、所述车载定位模组、所述数据计算模组、所述数据处理模组、所述能量管理模块、所述燃料电池和所述超级电容通过CAN总线通信。
本发明一个较佳实施例中，所述燃料电池与单向DC/DC变换器连接，所述超级电容与双向DC/DC变换器连接，通过控制所述单向DC/DC变换器和所述双向DC/DC变换器的功率，使得所述燃料电池和所述超级电容按照分配的目标功率输出。
本发明一个较佳实施例中，所述数据处理模组修正所述功率点查表的方式为：通过将当前消耗功率和功率点查表中对应节点位置的所需功率进行对比，并根据下一节点位置的所需功率调整功率分配比，并拟合调整后功率分配比对应的每个节点位置的所需功率，形成修正后的所述功率点查表。
本发明一个较佳实施例中，所述混合动力系统还包括辅助动力源，用于作为辅助能量源输出电力来选择性驱动所述驱动电机。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
（1）本发明提供了一种混合动力系统，该混合动力系统适用于无驾驶员操作意图的无人驾驶车，该系统通过设定车辆行驶意图结合地图软件，提前计算车辆需求功率，有利于能量管理模块对于燃料电池和超级电容的提前干预分配；结合超级电容瞬时大功率充放电能力，保证在行驶路程中车辆的实时输出需求功率得到满足，实现燃料电池和超级电容的动态优化分配，使得燃料电池和超级电容的输出功率均在各自高效区内，提高无人驾驶车的混合动力系统的性能。
（2）本发明根据车辆当前消耗功率，实时修正功率点查表，使得燃料电池和超级电容的功率分配比合理，保证车辆在行驶过程中的功率分配的全局稳定性，避免超级电容的荷电状态超过运行范围，导致超级电容充满或电量耗尽的问题。
（3）本发明通过由燃料电池、超级电容构成的主供电动力源和辅助动力源结合且交替使用，满足车辆的实时输出需求功率，使得两者的频率都有所下降，保证主供电动力源和辅助动力源都没有充放电的极限值，延长供电动力源和辅助动力源的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明中记载的一些实施例，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是本发明的优选实施例的一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统的结构示意图；
图2是本发明的优选实施例的一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统的工作流程图。
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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，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，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1所示，示出了本发明中一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统的结构示意图。该混合动力系统适用于无驾驶员操作意图的无人驾驶车，该系统通过设定车辆行驶意图结合地图软件，提前计算车辆需求功率，有利于能量管理模块对于燃料电池和超级电容的提前干预分配；结合超级电容瞬时大功率充放电能力，保证在行驶路程中车辆的实时输出需求功率得到满足，实现燃料电池和超级电容的动态优化分配，使得燃料电池和超级电容的输出功率均在各自高效区内，提高无人驾驶车的混合动力系统的性能。
该混合动力系统包括：数据采集模组、车载定位模组、数据计算模组、数据处理模组、能量管理模块、燃料电池、超级电容、驱动电机和辅助动力源。
数据采集模组用于采集车辆行驶参数和属性参数，其中，车辆属性参数为车辆重量、车辆迎风面积和传动效率的参数，行驶参数为滚动阻力、车速和加速度的参数等。
车载定位模组搭载地图软件，用于接收车辆行驶意图，并输出车辆行驶路径参数和行驶所需时间参数。其中，车辆行驶意图为车辆出发地参数、目的地参数和出发时间参数。
优选地，车载定位模组包括接收单元、存储单元和计算单元；接收单元用于接收车辆行驶意图对应的参数；存储单元用于存储车辆速度参数矩阵，车辆速度参数矩阵中包括不同路径节点的不同时间节点的车辆速度参数；计算单元根据接收单元的接收参数，将接收参数中的行驶路径按照存储单元中存储的不同路径节点分割，并提取对应路径节点的车辆速度参数，计算车辆行驶所需时间。
数据计算模组根据数据采集模组和车载定位模组的输入参数，计算车辆在行驶路径每个节点位置的功率点查表。其中，功率点查表包括：每个节点位置的所需功率和燃料电池与超级电容的功率分配比。
数据处理模组根据数据采集模组和车载定位模组的输入参数，计算当前消耗功率，并修正功率点查表。数据处理模组修正功率点查表的方式为：通过将当前消耗功率和功率点查表中对应节点位置的所需功率进行对比，并根据下一节点位置的所需功率调整功率分配比，并拟合调整后功率分配比对应的每个节点位置的所需功率，形成修正后的功率点查表。
本发明根据车辆当前消耗功率，实时修正功率点查表，使得燃料电池和超级电容的功率分配比合理，保证车辆在行驶过程中的功率分配的全局稳定性，避免超级电容的荷电状态超过运行范围，导致超级电容充满或电量耗尽的问题。
数据处理模组为基于人工智能的深度学习模型，数据学习模型通过优化迭代算法。
能量管理模块根据修正后的功率点查表，对燃料电池和超级电容输出功率进行分配并下发指令。
燃料电池和超级电容接收能量管理模块的下发指令，并执行功率输出指令。
本发明中燃料电池与单向DC/DC变换器连接，超级电容与双向DC/DC变换器连接，通过控制单向DC/DC变换器和双向DC/DC变换器的功率，使得燃料电池和超级电容按照分配的目标功率输出。
混合动力系统还包括辅助动力源，用于作为辅助能量源输出电力来选择性驱动驱动电机。本发明通过由燃料电池、超级电容构成的主供电动力源和辅助动力源结合且交替使用，满足车辆的实时输出需求功率，使得两者的频率都有所下降，保证主供电动力源和辅助动力源都没有充放电的极限值，延长供电动力源和辅助动力源的使用寿命。
数据采集模组、车载定位模组、数据计算模组、数据处理模组、能量管理模块、燃料电池和超级电容通过CAN总线通信。
如图2所示，示出了本发明一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统的工作流程图。该混合动力系统的工作方法，包括以下步骤：
第一步：依据高精度地图及车辆信息，计算车辆在全程各位置节点功率点查表；
第二步：依据当前消耗功率实时修正功率点查表；
第三步：能量管理单元进行功率分配；
第四步：能量管理模块将燃料电池与超级电容需求功率下发至相应执行模块；
第五步：燃料电池系统与超级电容执行功率需求指令，进行功率输出。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (6)

1.一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统，包括：数据采集模组、车载定位模组、数据计算模组、数据处理模组、能量管理模块、燃料电池、超级电容和驱动电机，其特征在于，
所述数据采集模组用于采集车辆行驶参数和属性参数，所述车载定位模组搭载地图软件，用于接收车辆行驶意图，并输出车辆行驶路径参数和行驶所需时间参数；
所述车载定位模组包括接收单元、存储单元和计算单元；所述接收单元用于接收所述车辆行驶意图对应的参数；所述存储单元用于存储车辆速度参数矩阵，所述车辆速度参数矩阵中包括不同路径节点的不同时间节点的车辆速度参数；所述计算单元根据所述接收单元的接收参数，将所述接收参数中的行驶路径按照所述存储单元中存储的不同路径节点分割，并提取对应所述路径节点的车辆速度参数，计算车辆行驶所需时间；
所述数据计算模组根据所述数据采集模组和所述车载定位模组的输入参数，计算车辆在行驶路径每个节点位置的功率点查表；所述功率点查表包括：每个节点位置的所需功率和所述燃料电池与所述超级电容的功率分配比；所述数据处理模组根据所述数据采集模组和所述车载定位模组的输入参数，计算当前消耗功率，并修正所述功率点查表；
所述数据处理模组修正所述功率点查表的方式为：通过将当前消耗功率和功率点查表中对应节点位置的所需功率进行对比，并根据下一节点位置的所需功率调整功率分配比，并拟合调整后功率分配比对应的每个节点位置的所需功率，形成修正后的所述功率点查表，使得所述燃料电池和所述超级电容的输出功率均在各自高效区内；
所述能量管理模块根据修正后的所述功率点查表，对燃料电池和超级电容输出功率进行分配并下发指令；所述燃料电池和所述超级电容接收所述能量管理模块的下发指令，并执行功率输出指令。
2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统，其特征在于：所述车辆行驶意图为车辆出发地参数、目的地参数和出发时间参数。
3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统，其特征在于：所述属性参数为车辆重量、车辆迎风面积和传动效率的参数，所述行驶参数为滚动阻力、车速和加速度的参数。
4.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统，其特征在于：所述数据采集模组、所述车载定位模组、所述数据计算模组、所述数据处理模组、所述能量管理模块、所述燃料电池和所述超级电容通过CAN总线通信。
5.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统，其特征在于：所述燃料电池与单向DC/DC变换器连接，所述超级电容与双向DC/DC变换器连接，通过控制所述单向DC/DC变换器和所述双向DC/DC变换器的功率，使得所述燃料电池和所述超级电容按照分配的目标功率输出。
6.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车用燃料电池-超级电容混合动力系统，其特征在于：所述混合动力系统还包括辅助动力源，用于作为辅助能量源输出电力来选择性驱动所述驱动电机。
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