CN114824370B - 一种双堆燃料电池系统整车能量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双堆燃料电池系统整车能量控制方法,包括:针对目标车型,在特定工况下进行纯电模式运行,得到运行状态下整车需求的功率;根据高、中、低的原则,对整车功率进行分段并确定个功率段的占比;根据整车功率确定双堆燃料电池的功率分配;根据锂电池情况对其进行分区;根据外界环境温度确定燃料电池系统是否需要启动低温起动过程;根据锂电池温度、SOC区间、整车功率需求确定燃电池系统的功率输出。本发明基于燃料电池系统控制器、锂电池控制器和整车控制器,可通过整车数据完成燃料电池系统电堆功率匹配、整车能量控制策略制定与优化,并通过锂电池运行区间划分、燃料电池怠速功率降低等,进一步保证了整车和锂电池的性能。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池系统,特别涉及一种双堆燃料电池系统整车能量控制方法。
背景技术
近年来,日益严重的环境和能源问题,氢能与燃料电池的研究和应用引起了越来越广泛的关注。氢能无污染、零碳排放,符合目前碳中和/碳达峰的政策,而直接将氢的化学能转化为电能的氢燃料电池,装车后能够实现无污染、长续航、短燃料加载时间等,被认为是最适合长途运行车辆的车载动力源。
燃料电池单电池的输出电压和功率都较低,而且有波动,为了实现大功率、高电压输出,需要多节单电池串联,但由于组装工艺、水、热控制等方面的原因,导致目前单堆功率较低。专利号为CN 112201814 A的专利公布了一种高效双电堆燃料电池发动机装置及方法。系统包括氢系统、稳压腔、第一电堆、第二电堆等,计算整车需求功率、第一电堆及第二电堆的运行时间来保证燃料电池系统运行在高效点。通过双堆的灵活控制,可以在增加燃料电池发动机的额定功率的同时,降低怠速功率。但目前基本选用功率相当的双堆系统,使系统的怠速功率较高,给整车能量控制策略的制定带来一定的困扰。
发明内容
本发明目的是:提供一种双堆燃料电池系统整车能量控制方法,在确定整车运行工况的基础上,计算整车功率需求,并根据整车功率需求,组合功率大小不同的两个电堆,形成双堆系统,并根据整车实时功率需求,控制系统电堆的开关,使燃料电池系统运行在高效区间、整车SOC尽量稳定。
本发明的技术方案是:
一种双堆燃料电池系统整车能量控制方法,包括步骤:
S1、针对目标车型,在特定工况下进行纯电模式运行,得到运行状态下整车需求的功率;
S2、根据高、中、低的原则,对整车功率进行分段并确定个功率段的占比;
S3、根据整车功率确定双堆燃料电池的功率分配,使小堆的高效区间在整车低功率区间,大堆的高效区间在中、高功率区间,并使大堆与小堆的功率之和满足整车的大平均功率需求;双堆燃料电池的目标功率等于整车平均功率;
S4、根据锂电池情况对其进行分区:高SOC区间、中SOC区间、低SOC区间、低温区间、高温区间;在高、低温区间控制燃料电池系统不开机或者限制功率输出;在温度允许的情况下,低SOC区间燃料电池系统以最大功率运行,高SOC区间燃料电池系统小功率输出或者直接关机;中SOC区间时燃料电池的输出功率跟随整车的平均功率变化;
S5、低温环境下燃料电池自启动采用小堆自加热启动;在锂电池低温区间,判断SOC大小,锂电池允许充电电流,系统控制小堆是否开启及开启功率;锂电池温度合适、SOC合适区间,根据整车平均功率,控制双堆的开启情况及功率输出情况。
优选的,步骤S1中,通过采集电机电流、电压、输出功率、辅助系统功率、电池电压、电池电流、电池输出功率、电池SOC的数据信息,计算得到运行状态下整车需求的功率。
优选的,步骤S3中,双堆燃料电池的小堆的最小输出功率Ps-min,最大输出功率为Ps-max, 大堆的最小输出功率Pl-min,最大输出功率为Pl-max;电堆系统最大功率为Pl-min+Pl-max;电堆系统最小功率为小电堆系统允许最小功率Ps-min。
优选的,步骤S1中,采用整车控制器对电机运行及功率输出情况进行数据统计,包括电压、电流、输出功率,完成相关运行状态监控和计算,包括电机运行状态、电机输出功率计算、整车运行状态监控,完成电堆功率目标功率锁定,并将指令输入给燃料电池系统控制器及BMS,控制整车能量状态。
优选的,所述燃料电池系统控制器接受整车控制器所发出的指令,根据自身状态及氢系统状态进行功率输出,并向VCU反馈实际输出功率。
优选的,所述BMS对电池运行及电压、电流、功率输出情况进行数据统计,实现整车控制器的目标功率指令,完成输出,同时对不利于电池SOH的状态进行报警,同时将警示信息发送给整车控制器,整车控制器做出判断后,进行整车能量控制。
本发明与现有技术相比,其优点在于:
本发明基于燃料电池系统控制器、锂电池控制器和整车控制器,可通过整车数据完成燃料电池系统电堆功率匹配、整车能量控制策略的制定与优化,并通过锂电池运行区间划分、燃料电池怠速功率降低等,进一步保证了电堆和锂电池的性能。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的双堆燃料电池系统整车能量控制方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示,本发明的双堆燃料电池系统整车能量控制方法,包括步骤:
S1、整车功率数据采集
针对目标车型,在特定工况下进行纯电模式运行,通过采集电机电流、电压、输出功率、辅助系统功率、电池电压、电池电流、电池输出功率、电池SOC的数据信息,计算得到运行状态下整车需求的功率。
S2、整车功率数据分析
根据高、中、低的原则,对整车功率进行分段并确定个功率段的占比;
S3、确定堆的额定功率
根据整车功率确定双堆燃料电池的功率分配,使小堆的高效区间在整车低功率区间,大堆的高效区间在中、高功率区间,并使大堆与小堆的功率之和满足整车的大平均功率需求。双堆燃料电池的小堆的最小输出功率Ps-min,最大输出功率为Ps-max, 大堆的最小输出功率Pl-min,最大输出功率为Pl-max;电堆系统最大功率为Pl-min+Pl-max;电堆系统最小功率为小电堆系统允许最小功率Ps-min。电堆系统目标功率等于整车平均功率。
S4、锂电SOC分区
根据锂电池性能将锂电池的运行进行分区:在低、高温区间根据锂电池性能及SOC范围控制燃料电池系统的输出功率,既能保证整车的动力性,又能尽量保证锂电池和燃料电池的性能;在低SOC区间,在锂电池温度允许的情况下,燃料电池系统全功率输出,使锂电池的SOC尽快回到合适的SOC区间;高SOC区间,控制燃料电池低功率输出或者关机,使锂电池尽快回到合适的SOC区间;在中SOC区间,在燃料电池允许的变载速率、变载频次情况下,使燃料电池系统的输出功率随整车平均功率变化,小于Ps-min时以Ps-min输出,到高SOC区间控制系统关机;大于Pl-min+Pl-max时,以Pl-min+Pl-max输出,减少系统功率的变载,并尽量使锂电池的SOC维持在较小的波动范围内,设定整车能量控制策略。
S5、双堆运行控制
根据外界环境温度确定燃料电池系统是否需要启动低温冷起过程;根据锂电池温度、SOC区间、整车功率需求确定燃电池系统的功率输出。低温环境下燃料电池自启动采用小堆自加热启动;在锂电池低温区间,判断SOC大小,锂电池允许充电电流,系统控制小堆是否开启及开启功率;锂电池温度合适、SOC合适区间,根据整车平均功率,控制双堆的开启情况及功率输出情况。
步骤S1中,采用整车控制器对电机运行及功率输出情况进行数据统计,包括电压、电流、输出功率,完成相关运行状态监控和计算,包括电机运行状态、电机输出功率计算、整车运行状态监控,完成电堆功率目标功率锁定,并将指令输入给燃料电池系统控制器及BMS,控制整车能量状态。
所述燃料电池系统控制器接受整车控制器所发出的指令,根据自身状态及氢系统状态进行功率输出,并向VCU反馈实际输出功率。
所述BMS对电池运行及电压、电流、功率输出情况进行数据统计,实现整车控制器的目标功率指令,完成输出,同时对不利于电池SOH的状态进行报警,同时将警示信息发送给整车控制器,整车控制器做出判断后,进行整车能量控制。
本发明基于整车控制系统、燃料电池控制系统、BMS控制系统,发明了一种双堆燃料电池系统整车能量控制策。可用于电-电混合燃料电池车的能量控制。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种双堆燃料电池系统整车能量控制方法,其特征在于,包括步骤:
S1、针对目标车型,在特定工况下进行纯电模式运行,得到运行状态下整车需求的功率;
S2、根据高、中、低的原则,对整车功率进行分段并确定各功率段的占比;
S3、根据整车功率确定双堆燃料电池的功率分配,使小堆的高效区间在整车低功率区间,大堆的高效区间在中、高功率区间,并使大堆与小堆的功率之和满足整车的平均功率需求;双堆燃料电池的目标功率等于整车平均功率;
S4、根据锂电池情况对其进行分区:高SOC区间、中SOC区间、低SOC区间、低温区间、高温区间;在低、高温区间根据锂电池性能及SOC 范围控制燃料电池系统的输出功率;在温度允许的情况下,低SOC区间燃料电池系统以最大功率运行,高SOC区间燃料电池系统小功率输出或者直接关机;中SOC区间时燃料电池的输出功率跟随整车的平均功率变化:在中SOC区间,在燃料电池允许的变载速率、变载频次情况下,小于Ps-min时以Ps-min输出,到高SOC区间控制系统关机;大于Pl-min+Pl-max时,以Pl-min+Pl-max输出;
S5、低温环境下燃料电池自启动采用小堆自加热启动;在锂电池低温区间,判断SOC大小,锂电池允许充电电流、整车需求功率,系统控制小堆是否开启及开启功率;锂电池温度合适、SOC合适区间,根据整车平均功率,控制双堆的开启情况及功率输出情况。
2.根据权利要求1所述的双堆燃料电池系统整车能量控制方法,其特征在于,步骤S1中,通过采集电机电流、电压、输出功率、辅助系统功率、电池电压、电池电流、电池输出功率、电池SOC的数据信息,计算得到运行状态下整车需求的功率。
3.根据权利要求2所述的双堆燃料电池系统整车能量控制方法,其特征在于,步骤S3中,双堆燃料电池的小堆的最小输出功率Ps-min,最大输出功率为Ps-max, 大堆的最小输出功率Pl-min,最大输出功率为Pl-max;电堆系统最大功率为Pl-min+Pl-max;电堆系统最小功率为小电堆系统允许最小功率Ps-min。
4.根据权利要求2所述的双堆燃料电池系统整车能量控制方法,其特征在于,步骤S1中,采用整车控制器对电机运行及功率输出情况进行数据统计,包括电压、电流、输出功率,完成相关运行状态监控和计算,包括电机运行状态、电机输出功率计算、整车运行状态监控,完成电堆功率目标功率锁定,并将指令输入给燃料电池系统控制器及BMS,控制整车能量状态。
5.根据权利要求4所述的双堆燃料电池系统整车能量控制方法,其特征在于, 所述燃料电池系统控制器接受整车控制器所发出的指令,根据自身状态及氢系统状态进行功率输出,并向VCU反馈实际输出功率。
6.根据权利要求5所述的双堆燃料电池系统整车能量控制方法,其特征在于,所述BMS对电池运行及电压、电流、功率输出情况进行数据统计,实现整车控制器的目标功率指令,完成输出,同时对不利于电池SOH的状态进行报警,同时将警示信息发送给整车控制器,整车控制器做出判断后,进行整车能量控制。
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