CN115257700A - 用于混合动力车辆的功率分配方法及混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于混合动力车辆的功率分配方法及混合动力系统，该方法包括：响应于携带有目标功率的功率调整请求，获取车辆的发动机运行数据、刹车数据、超级电容的电容量、燃料电池的运行数据；在刹车数据表征没有制动的情况下，确定超级电容的电容量与利用发动机开启超级电容所需电容量之间的关系；在超级电容的电容量大于利用发电机开启超级电容所需电容量的情况下，确定超级电容的电容量与最小电容量阈值和最大电容量阈值之间的关系；在超级电容的电容量大于最小电容量阈值且小于最大电容量阈值的情况下，将发动机运行数据调整为关闭数据，以及调整燃料电池的运行数据并利用超级电容的电容量进行功率补偿，直至车辆的总功率满足目标功率。

Description

用于混合动力车辆的功率分配方法及混合动力系统

技术领域

本公开涉及混合动力系统控制领域，更具体地涉及一种用于混合动力车辆的功率分配方法及混合动力系统。

背景技术

随着汽车保有量的不断上升，汽车带来的能源短缺与污染问题日益严重，温室气体排放导致的全球变暖问题已经成为亟待解决的全球性问题。混合动力技术作为一种新技术，在节能减排方面正发挥着越来越重要的作用。

在实现本公开发明构思的过程中，发明人发现相关技术中一般存在如下问题：传统的油电混合存在着低负荷区发动机频繁启停、燃料电池工作效率低的不足，降低了油电混合车辆的工作效率。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提供了提高油电混合车辆工作效率的用于混合动力车辆的功率分配方法及混合动力系统。

本公开的一个方面提供了一种用于混合动力车辆的功率分配方法，包括：响应于功率调整请求，获取车辆的行驶数据，其中，上述功率调整请求中携带有目标功率，上述行驶数据包括上述车辆的发动机运行数据、上述车辆的刹车数据、上述车辆的超级电容的电容量、上述车辆的燃料电池的运行数据；在上述刹车数据表征为没有制动的情况下，确定上述超级电容的电容量与利用上述发动机开启上述超级电容所需电容量之间的关系；在超级电容的电容量大于利用上述发电机开启上述超级电容所需电容量的情况下，确定上述超级电容的电容量与预设的最小电容量阈值和最大电容量阈值之间的关系；在上述超级电容的电容量大于上述最小电容量阈值且小于上述最大电容量阈值的情况下，将上述发动机运行数据调整为关闭数据，以及调整上述燃料电池的运行数据并利用上述超级电容的电容量进行功率补偿，直至上述车辆在当前时刻的总功率满足上述目标功率。

根据本公开的实施例，上述方法还包括：在上述超级电容的电容量小于上述最小电容量阈值或大于上述最大电容量阈值的情况下，将上述发动机运行数据设置为关闭数据，以及调整上述燃料电池的运行数据，同时为上述超级电容进行充电或放电，直至上述车辆在当前时刻的功率满足上述目标功率。

根据本公开的实施例，上述方法还包括：在上述刹车数据表征为没有制动的情况下，确定上述车辆在当前时刻的总功率与上述车辆的电机在当前时刻的最大功率之间的关系；在上述总功率小于上述最大功率的情况下，确定上述超级电容的电容量与预设的最小电容量阈值和最大电容量阈值之间的关系；在上述超级电容的电容量大于上述最小电容量阈值且小于上述最大电容量阈值的情况下，将上述发动机运行数据调整为关闭数据，以及调整上述燃料电池的运行数据并利用上述超级电容的电容量进行功率补偿，直至上述车辆在当前时刻的总功率满足上述目标功率。

根据本公开的实施例，上述方法还包括：在超级电容的电容量小于利用上述车辆的发电机开启上述超级电容所需电容量或者在上述车辆在当前时刻的总功率大于上述电机在当前时刻的最大功率的情况下，确定上述车辆在当前时刻的总功率与预设的最大总功率阈值之间的关系；在上述车辆在当前时刻的总功率大于上述预设的最大总功率阈值的情况下，将上述发动机运行数据调整为开启数据，以及调整上述燃料电池的运行数据并利用上述超级电容的电容量进行功率补偿，直至上述车辆在当前时刻的总功率满足上述目标功率。

根据本公开的实施例，上述方法还包括：在上述车辆在当前时刻的总功率小于上述预设的最大总功率阈值的情况下，确定上述超级电容的电容量与预设的最小电容量阈值和最大电容量阈值之间的关系；在上述超级电容的电容量大于上述最小电容量阈值且小于上述最大电容量阈值的情况下，将上述发动机运行数据调整为开启数据，以及调整上述发动机的功率并利用上述超级电容的电容量进行功率补偿，直至上述车辆在当前时刻的总功率满足上述目标功率。

根据本公开的实施例，上述方法还包括：在上述超级电容的电容量小于上述最小电容量阈值或大于上述最大电容量阈值的情况下，将上述发动机运行数据设置为开启数据，以及调整上述发动机的功率，同时为上述超级电容进行充电或放电，直至上述车辆在当前时刻的功率满足上述目标功率。

根据本公开的实施例，上述方法还包括：在上述刹车数据表征为需要进行再生制动的情况下，利用上述车辆的电机提供制动扭矩为上述超级电容进行充电。

根据本公开的实施例，上述方法还包括：在上述燃料电池的运行数据表征为工作状态的情况下，利用上述燃料电池和上述车辆的电机同时为上述超级电容进行充电。

本公开的另一方面还提供了一种混合动力系统，包括：能量管理控制装置、燃料电池、超级电容、电力变换装置、发动机、离合器、电机、变速器、差速器；其中，上述能量控制装置用于执行上述的用于混合动力车辆的功率分配方法；上述燃料电池、上述超级电容和上述电机均与上述电力变换装置电连接；上述能量控制装置与上述发动机、上述离合器、上述电机、上述电力变换装置、上述燃料电池、上述超级电容均信号连接；上述发动机、上述离合器、上述电机、上述变速器、上述差速器依次机械连接，其中，上述差速器与车辆的车轮之间机械连接。

根据本公开的实施例，上述系统还包括：单向直流斩波器和双向直流斩波器，上述单向直流斩波器和上述双向直流斩波器均与上述能量控制装置信号连接；其中，上述燃料电池通过上述单向直流斩波器与上述电力变换装置电连接；上述超级电容通过上述双向直流斩波器与上述电力变换装置电连接。

根据本公开的实施例，通过响应于功率调整请求，获取车辆的行驶数据；在刹车数据表明没有制动，以及超级电容的电容量大于最小电容量阈值且小于最大电容量阈值的情况下，将发动机运行调整为关闭，以及调整燃料电池的运行数据并利用超级电容的电容量进行功率补偿，直至车辆的总功率满足目标功率，因为关闭了发动机，利用的是燃料电池代替发动机进行工作，并为车辆提供动力，而且超级电容可以补偿燃料电池产生的功率与目标功率的功率差，利用燃料电池和超级电容实现车辆功率的调整，避免使用发动机，至少部分地克服了相关技术中发动机频繁启停、燃料电池工作效率低等问题，进而实现了提高油电混合车辆工作效率的技术效果。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的用于混合动力车辆的功率分配方法的流程图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的不同区间的超级电容的电容量；

图3示意性示出了根据本公开实施例的燃料电池的变化限值示意性；

图4示意性示出了根据本公开实施例的最佳燃油曲线示意图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的燃料电池的功率区间划分图；

图6示意性示出了根据本公开另一实施例的功率分配方法；以及

图7示意性示出了根据本公开实施例的混合动力系统的架构图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

混合动力车辆相较于燃油车在节能减排方面正发挥着越来越重要的作用。一般的油电混合动力系统虽然较传统燃油车有着更高的整体效率与减排能力，但也存在着低负荷区充电效率低、发动机频繁启停的缺点。燃料电池作为一种能源装置，具有高效清洁的优点，但价格昂贵，加减载响应能力差限制了其在大负荷领域的应用。燃料电池与发动机混合动力系统在一定的工作范围内可以互补。因此，将混合动力系统与燃料电池结合成为了动力系统的一个重要发展方向。但化学电池的寿命与电池的工作状态关系密切，极端温度、过充过放、频繁充放电会降低电池寿命。

因此，本公开通过在混合动力系统中加入超级电容，并在低负荷区通过燃料电池代替发动机工作，并通过超级电容补偿燃料电池功率与目标功率的功率差，以避免发电机在低负荷区频繁启停的问题。此外，混合动力系统虽然具有很大的节能减排潜力，但由于混合动力系统复杂，如何控制各元件在合适的条件下协同工作以取得最佳的整体效率是目前混合动力系统面临的主要问题之一。

有鉴于此，本公开提供了一种用于混合动力车辆的功率分配方法及混合动力系统，用于提高混合动力车辆的工作效率。具体地，该方法包括：响应于功率调整请求，获取车辆的行驶数据，其中，功率调整请求中携带有目标功率，行驶数据包括车辆的发动机运行数据、车辆的刹车数据、车辆的超级电容的电容量、车辆的燃料电池的运行数据；在刹车数据表征为没有制动的情况下，确定超级电容的电容量与利用发动机开启超级电容所需电容量之间的关系；在超级电容的电容量大于利用发电机开启超级电容所需电容量的情况下，确定超级电容的电容量与预设的最小电容量阈值和最大电容量阈值之间的关系；在超级电容的电容量大于最小电容量阈值且小于最大电容量阈值的情况下，将发动机运行数据调整为关闭数据，以及调整燃料电池的运行数据并利用超级电容的电容量进行功率补偿，直至车辆在当前时刻的总功率满足目标功率。

图1示意性示出了根据本公开实施例的用于混合动力车辆的功率分配方法的流程图。

如图1所示，该实施例的用于混合动力车辆的功率分配方法包括操作S101～操作S104。

在操作S101，响应于功率调整请求，获取车辆的行驶数据，其中，功率调整请求中携带有目标功率，行驶数据包括车辆的发动机运行数据、车辆的刹车数据、车辆的超级电容的电容量、车辆的燃料电池的运行数据。

在操作S102，在刹车数据表征为没有制动的情况下，确定超级电容的电容量与利用发动机开启超级电容所需电容量之间的关系。

在操作S103，在超级电容的电容量大于利用发电机开启超级电容所需电容量的情况下，确定超级电容的电容量与预设的最小电容量阈值和最大电容量阈值之间的关系。

在操作S104，在超级电容的电容量大于最小电容量阈值且小于最大电容量阈值的情况下，将发动机运行数据调整为关闭数据，以及调整燃料电池的运行数据并利用超级电容的电容量进行功率补偿，直至车辆在当前时刻的总功率满足目标功率。

根据本公开的实施例，混合动力车辆可以包括用化石燃料和电能共同作为能源的车辆，例如油电混动汽车。

根据本公开的实施例，功率调整请求可以用于改变车辆在当前时刻的功率，还可以用于触发能量控制装置获取车辆的行驶数据，并执行功率分配。功率调整请求中携带的目标功率可以是车辆调整后需要达到的功率。

根据本公开的实施例，行驶数据可以包括车辆的发动机运行数据、车辆的刹车数据、车辆的超级电容的电容量、车辆的燃料电池的运行数据，还可以包括车辆状态信号、驾驶员操作信号。具体地，发动机运行数据可以包括发动机是否是开启状态、是否工作、发动机的转速、扭矩等。燃料电池的运行数据可以包括燃料电池是否是开启状态、是否工作等。车辆状态信号可以包括当前时刻的车速、当前时刻的功率等。驾驶员操作信号可以包括驾驶是否踩刹车、是否踩油门等。

根据本公开的实施例，在没有制动的情况下，此时可以理解为车辆需要进行驱动状态，可选地，还可以在没有制动的情况下，确定是否踩油门，在收集到已踩油门信号的情况下，可以认为车辆在当前时刻是驱动状态。在驱动过程中，超级电容发控制范围根据满足电机最大功率的短时工作来确定最小值，以便满足车辆短时大功率需求；根据满足短时制动能量的回收来确定最大值，以满足制动期间拥有足够的余量回收制动能量。

根据本公开的实施例，在驱动的情况下可以进一步确定超级电容的电容量SOC_uc与利用发动机开启超级电容所需电容量SOC_uccha之间的关系，其中，SOC_uc也可以理解为当前时刻超级电容的电容量。具体地，SOC_uccha的确定过程可以如公式(1)所示。

其中，SOC_uccha可以表示发动机开启超级电容所需电容量，α可以表示修正系数，W_engstart可以表示发动机开启所需的能量，C可以表示超级电容总容量，也可以理解为超级电容的最大电容量，η_ele可以表示电路传输效率。

根据本公开的实施例，在SOC_uc＞SOC_uccha的情况下可以确定超级电容的电容量SOC_uc与预设的最小电容量阈值SOC_ucmin和最大电容量阈值SOC_ucmax之间的关系。

图2示意性示出了根据本公开实施例的不同区间的超级电容的电容量。

如图2所示，在0～SOC_uccha区间，可以是发动机开启超级电容所需的电量，可以理解为开启超级电容的界限。在SOC_uccha～SOC_ucmin区间，可以是超级电容主动充电的电量。在SOC_ucmin～SOC_ucmax区间可以是超级电容能够自由补偿的电量。在SOC_ucmax～1区间可以是制动能量的状态下，超级电容回收的余电量。

根据本公开的实施例，最小电容量阈值SOC_ucmin和最大电容量阈值SOC_ucmax的确定过程可以分别如公式(2)和(3)所示。

其中，SOC_ucmin可以表示最小电容量阈值，SOC_ucmax可以表示最大电容量阈值，C可以表示超级电容总容量，η_ele可以表示电路传输效率，P_mo-max可以表示电机当前转速下最大功率，P_mo-min可以表示电机当前转速下最小功率，t_d可以表示车辆大功率短时工作时间，t_b可以表示车辆大功率短时制动时间。

根据本公开的实施例，在SOC_ucmin＜SOC_uc＜SOC_ucmax的情况下，可关闭发动机，利用燃料电池功率在燃料电池自身的变化限值范围内跟随目标功率变化。

图3示意性示出了根据本公开实施例的燃料电池的变化限值示意性。

如图3所示，横坐标为时间，纵坐标为目标功率。图3中的两条曲线分别为目标功率曲线和燃料电池的功率曲线。根据图3可以得到目标功率的变化相较于燃料电池的功率变化更加剧烈，燃料电池的功率变化较为平缓。而且燃料电池自身存在变化限值，在目标功率突然变动较大的情况下，只利用燃料电池自身的变化不能满足较大的目标功率，因此车辆在当前时刻的总功率可能仍然与目标功率存在功率差值，这时可以利用超级电容补偿该功率差值，以使得车辆在当前时刻的总功率满足目标功率。具体地，燃料电池的变化限值可以如公式(4)所示，功率分配过程可以如公式(5)所示。

P_req＝P_fuel+P_uc (5)

其中，n可以表示时间索引，ts可以表示时间步长，P_mot可以表示电机需求功率，η_ele可以表示电路传输效率；k可以表示功率变化限值，P_req可以表示车辆在当前时刻的总功率，P_fuel可以表示燃料电池的功率，P_uc可以表示超级电容补偿的功率。

根据本公开的实施例，通过提供限制单位步长下燃料电池的功率，设置燃料电池的变化限值，即限制燃料电池的功率变化幅度，可以减小燃料电池的加减载负担。

根据本公开的实施例，通过响应于功率调整请求，获取车辆的行驶数据；在刹车数据表明没有制动，以及超级电容的电容量大于最小电容量阈值且小于最大电容量阈值的情况下，将发动机运行调整为关闭，以及调整燃料电池的运行数据并利用超级电容的电容量进行功率补偿，直至车辆的总功率满足目标功率，因为关闭了发动机，利用的是燃料电池代替发动机进行工作，并为车辆提供动力，而且超级电容可以补偿燃料电池产生的功率与目标功率的功率差，利用燃料电池和超级电容实现车辆功率的调整，避免使用发动机，至少部分地克服了相关技术中发动机频繁启停、燃料电池工作效率低等问题，进而实现了提高油电混合车辆工作效率的技术效果。

根据本公开的实施例，在低负荷工况下使用燃料电池与超级电容供给动力，即在低功率需求，超级电容在设定范围内的工况，燃料电池按照所给定变化功率限制在高效区工作，超级电容补偿功率差值。此外，超级电容作为物理电池，相比于化学电池寿命更长，充放电次数更多，工作温度更宽，可大电流充放。因此使用超级电容作为储能原件进行功率补偿可以成为未来的发展方向之一。

根据本公开的实施例，在SOC_uc＜SOC_ucmin或SOC_uc＞SOC_ucmax的情况下，可以将发动机关闭，利用燃料电池功率在燃料电池自身的变化限值范围内跟随目标功率变化，在燃料电池的功率跟随目标功率变化以满足目标功率的同时，还可以为超级电容进行充电或放电。

根据本公开的实施例，燃料电池为超级电容进行充放电，可以保证超级电容的充电效率，提高了低负荷工况下的能耗。

根据本公开的实施例，在没有制动的情况下，可以确定车辆在当前时刻的总功率P_req与车辆的电机在当前时刻的最大功率P_mo-max之间的关系。

根据本公开的实施例，在P_req＜P_mo-max的情况下，可以确定SOC_uc与SOC_ucmin和SOC_ucmax之间的关系。

在SOC_ucmin＜SOC_uc＜SOC_ucmax的情况下，可关闭发动机，利用燃料电池功率在燃料电池自身的变化限值范围内跟随目标功率变化，由于燃料电池自身存在变化限值，而且变化较为平缓，不便于适应突然变化的功率，在燃料电池的功率跟随目标功率变化后，车辆在当前时刻的总功率可能仍然与目标功率存在功率差值，这时可以利用超级电容补偿该功率差值，以使得车辆在当前时刻的总功率满足目标功率。具体地，可以如公式功率分配过程可以如公式(5)所示。

在SOC_uc＜SOC_ucmin或SOC_uc＞SOC_ucmax的情况下，可以将发动机关闭，利用燃料电池功率在燃料电池自身的变化限值范围内跟随目标功率变化，在燃料电池的功率跟随目标功率变化以满足目标功率的同时，还可以为超级电容进行充电或放电。

根据本公开的实施例，在超级电容的电容量SOC_uc小于利用车辆的发电机开启超级电容所需电容量SOC_uccha或者在车辆在当前时刻的总功率P_req大于电机在当前时刻的最大功率P_mo-max的情况下，确定车辆在当前时刻的总功率P_req与预设的最大总功率阈值P_max之间的关系。

根据本公开的实施例，在P_req＞P_max的情况下，可以认为是工作在大负荷区，这时可以借助发动机功率。具体地，可以开启发动机，开启燃料电池，发动机可以工作在最佳燃油曲线上，燃料电池可以工作在最佳工作点，此种情况下，发动机达到的功率与燃料电池达到的功率之和可能与目标功率还存在功率差值，此时可以利用超级电容补偿该功率差值，以使得车辆在当前时刻的总功率满足目标功率。具体地，功率分配过程可以如公式(6)或公式(7)所示。

P_req＝P_eng+P_fuel+P_uc (6)

P_req＝P_eng+P_FCbest+P_uc (7)

其中，P_req可以表示车辆在当前时刻的总功率，P_eng可以表示发动机功率，P_fuel可以表示燃料电池的功率，P_uc可以表示超级电容补偿的功率，P_FCbest可以表示燃料电池工作于最佳功率点上的功率。

图4示意性示出了根据本公开实施例的最佳燃油曲线示意图。

如图4所示，横坐标可以为转速，纵坐标可以为扭矩。图3可以表征在每一个转速、每一个扭矩下车辆所需的油耗等高线。在每一个等高线上找到油耗最低的点，并将油耗最低的点进行连接，可以得到最佳燃油曲线。

图5示意性示出了根据本公开实施例的燃料电池的功率区间划分图。

如图5所示，横坐标可以为功率，纵坐标可以为燃料电池的工作效率。图5中可以包括超级电容补偿功率差值前燃料电池的工作曲线以及超级电容补偿功率差值后燃料电池的工作曲线。图5中，P_FCmin可以表示燃料电池的最小功率，P_opFCmin可以表示高效区的最低功率，P_FCbest可以表示燃料电池的最佳功率点，P_opFCmax可以表示高效区的最高功率，P_FCmax可以表示燃料电池的最大功率。在P_FCmin～P_opFCmin区间，可以是超级电容补偿功率差值前的低效区，燃料电池的工作效率较低。在P_opFCmin～P_opFCmax区间可以是高效区，燃料电池的工作效率较高，P_FCbest可以在P_opFCmin～P_opFCmax区间内。在P_opFCmax～P_FCmax区间，可以是超级电容补偿功率差值后的低效区，燃料电池的工作效率较低。

根据本公开的实施例，在P_req＜P_max的情况下，确定超级电容的电容量SOC_uc与预设的最小电容量阈值SOC_ucmin和最大电容量阈值SOC_ucmax之间的关系。

根据本公开的实施例，在SOC_ucmin＜SOC_uc＜SOC_ucmax的情况下，可以开启发动机，发动机工作于最佳燃油曲线上，利用发动机的功率满足目标功率，发动机功率与目标功率的功率差值还可以利用超级电容进行功率补偿。具体地，可以如公式功率分配过程可以如公式(8)所示。

P_req＝P_eng+P_uc (8)

其中，P_req可以表示车辆在当前时刻的总功率，P_eng可以表示发动机功率，P_uc可以表示超级电容补偿的功率。

根据本公开的实施例，在SOC_uc＜SOC_ucmin或SOC_uc＞SOC_ucmax的情况下，可以开启发动机，利用发动机的功率满足目标功率的同时，还可以为超级电容进行充电或放电。

根据本公开的实施例，在大负荷区，将发动机作为主动力源，通过超级电容或燃料电池调节发动机在最佳工作曲线上工作，不仅提高了发电机、燃料电池的工作效率，同时也保证了超级电容的充电效率。

根据本公开的实施例，在存在制动的情况下，此时可以理解为不需要驱动，需要进行再生制动。电机可以提供电制动扭矩为超级电容充电。若超出电制动扭矩则可以有机械制动补偿，补偿过程可以如公式(9)～(10)所示。

T_reqBra＝T_eBra+T_meBra (9)

T_meBra＝max(T_reqBra，T_eBramax) (10)

其中，T_reqBra表示需求制动扭矩，T_eBra为电制动扭矩，T_meBra为机械制动扭矩，T_eBramax为电制动最大扭矩。

根据本公开的实施例，若制动前燃料电池处于工作状态则燃料电池与电极可以同时为超级电容充电。工作过程可以如公式(11)所示。

其中，P_uc可以表示超级电容补偿的功率，P_mot可以表示电机需求功率，P_fuel可以表示燃料电池的功率，P_FCmin可以表示燃料电池的最小功率。

图6示意性示出了根据本公开另一实施例的功率分配方法。

如图6所示，该方法包括S601～S614。

在操作S601，采集油门信号、超级电容的电容量、燃料电池启动信号、刹车信号。

在操作S602，确定是否没有制动。若没有制动，继续执行操作S603；若存在制动，执行操作S613。

在操作S603，确定是否存在踩油门信号。若已踩油门，继续执行操作S604；若未踩油门，执行操作S614。

在操作S604，确定SOC_uc<SOC_uccha或P_req>P_mo-max是否成立。若成立，继续执行操作S605，若不成立，从操作S610开始执行。

在操作S605，确定P_req＜P_max是否成立。若成立，继续执行操作S606；若不成立，执行操作S609。

在操作S606，确定SOC_ucmin＜SOC_uc＜SOC_ucmax是否成立。若成立，执行继续执行操作S607；若不成立，则执行操作S608。

在操作S607，发动机开启，发动机工作于最佳燃油曲线上，发动机功率于目标功率差值由超级电容补偿。例如P_req＝P_eng+P_uc。

在操作S608，发动机开启，发动机功率提供目标功率的同时为超级电容充电或放电。例如P_req＝P_eng+P_uc。

在操作S609，发动机开启，燃料电池开启，发动机工作在最佳燃油曲线上，燃料电池工作于最佳工作点，超级电容补偿功率差值。例如P_req＝P_eng+P_fuel+P_uc。

在操作S610，确定SOC_ucmin＜SOC_uc＜SOC_ucmax是否成立。若成立，继续执行操作S611；若不成立，则执行操作S612。

在操作S611，发动机关闭，燃料电池功率在变化限值内跟随目标功率，超级电容补偿目标功率。例如P_req＝P_fuel+P_uc。

在操作S612，发动机关闭，燃料电池功率在变化限值内跟随目标功率，燃料电池功率提供需求功率的同时为超级电容充电或放电。例如P_req＝P_fuel+P_uc。

在操作S613，进行再生制动，电机提供制动扭矩为超级电容充电，若超出电制动扭矩，则由机械制动补偿。例如T_reqBra＝T_eBra+T_meBra。若制动前燃料电池处于工作状态，则燃料电池于电机同时为超级电容充电。例如P_uc＝P_mot-P_fuel。

在操作S614，踩油门，并提供踩油门信号。

根据本公开的实施例，在低负荷工况下使用燃料电池与超级电容供给动力，即在低功率需求，超级电容在设定范围内的工况下，燃料电池按照所给定变化功率限制在高效区工作，超级电容补偿功率差值，具体地，如公式(12)～(13)所示。

P_req＝P_fuel+P_uc，SOC_uc>SOC_uccha∧P_req<P_mo-max (12)

P_opFCmin<P_fuel<P_opFCmax (13)

其中P_opFCmin表示高效区最低功率，P_opFCmax表示高效区最高功率。

优选的，在中大负荷工况下使用发动机与超级电容供给动力，发动机在最佳燃油曲线上工作，超级电容补偿目标功率，具体过程可以如公式(14)所示。

P_req＝P_eng+P_uc，SOC_uc<SOC_uccha∨P_req>P_mo-max (14)

优选的，在大负荷工况下，若目标功率大于设定最大功率P_max，则发动机、燃料电池与超级电容同时提供动力，发动机工作于最佳功率曲线上、燃料电池工作于最佳功率点P_FCbest上、超级电容补偿需求功率，具体过程如公式(15)所示。

P_req＝P_eng+P_FCbest+P_uc，P_req>P_max (15)

优选的，当SOC_uc范围在SOC_ucmin与SOC_ucmax之间时，发动机或燃料电池不提供辅助充放电功率；当SOC_uc在SOC_ucmin与SOC_ucmax之外时，发动机或燃料电池提供辅助充放电功率，如公式(16)或公式(17)所示。

SOC_uc<SOC_ucmin或SOC_ucmax<SOC_uc时

P_eng＝P_req+P_cha或P_dischar (16)

或P_fuel＝P_FCmax或P_FCmin (17)

其中P_cha可以表示超级电容固定充电功率(为负)，P_dischar可以表示超级电容固定放电功率(为正)，P_FCmax可以表示燃料电池最大功率，P_FCmin可以表示燃料电池最小功率。

根据本公开的实施例，在制动之前，若超级电容充电余量充足且燃料电池正在工作，则根据上述燃料电池功率变化曲线控制燃料电池功率变化，在制动过程中继续为超级电容充电，当燃料电池功率低于最低功率时，燃料电池关闭。即在制动过程中电机与燃料电池可能同时为超级电容充电。其中电机发电功率为负，电容充电功率为负，具体可以如公式(11)所示。

根据本公开的实施例，在低负荷区，使用燃料电池代替发动机工作，并为超级电容直接充放电，同时驱动电机提供动力，超级电容补偿燃料电池功率与目标功率差。在大负荷区，将发动机作为主动力源，通过超级电容或燃料电池调节发动机在最佳工作曲线上工作。在低负荷区避免了发动机的低效工作与频繁起停，提高了燃料电池的工作效率，同时也保证了超级电容的充电效率，提高了低负荷工况下的能耗。在大负荷区提高了发动机的工作效率。

根据本公开的实施例，操作S601～操作S613可以参考操作S101～操作S104及上述相关内容，在此不再赘述。

图7示意性示出了根据本公开实施例的混合动力系统的架构图。

如图7所示，该混合动力系统700可以包括能量管理控制装置701、燃料电池702、超级电容703、电力变换装置704、发动机705、离合器706、电机707、变速器708、差速器709。

能量控制装置701与发动机705、离合器706、电机707、电力变换装置704、燃料电池702、超级电容703均信号连接。本公开实施例涉及的信号连接也可以是通过电线连接的方式实现，但信号连接和电连接的区别在于，信号连接还可以传递信号，而本公开实施例的电连接是只传输电，不传输信号。

燃料电池702、超级电容703和电机707均与电力变换装置704电连接，电力变换装置用于交流电与直流电之间的转换。

发动机705、离合器706、电机707、变速器708、差速器709依次机械连接，其中，差速器709与车辆的车轮710之间机械连接，以形成完整的机械传动系统。

混合动力系统700还可以单向直流斩波器(单向DC/DC)711和双向直流斩波器(双向DC/DC)712，单向直流斩波器711和双向直流斩波器622均与能量控制装置701信号连接。其中，燃料电池702因为只能提供电，而不能给自身充电，所以可以通过单向直流斩波器711与电力变换装置704电连接，超级电容703既可以充电由可以放电，所以可以通过双向直流斩波器712与电力变换装置704电连接。可选地，单向DC/DC装置阴极与双向DC/DC阴极相连，单向DC/DC装置阳极与双向DC/DC阳极相连，电路合并后通过逆变器与电机连接，组成完整的电气系统。

根据本公开的实施例，通过在单轴并联式混合动力系统中加入燃料电池，并使用超级电容来作为储能元件，再设置阈值来确定各元件的工作情况，以实现功率分配。在本公开实施例的混合动力系统中，发动机705可以作为高负荷区动力源，燃料电池702可以作为低负荷区的动力源。高负荷区可以是指车辆的车速高、目标功率高等，低负荷区可以是指车辆的车速低、目标功率低等。

根据本公开的实施例，能量控制装置701可以用于执行上述的功率分配方法，例如，可以根据所监测的燃料电池702启动状态、超级电容703的电容量、发动机705的开启状态、油门信号等，使用逻辑门限值控制策略，根据设置各状态变化阈值与装置的工作特性决定各元件工作状态，通过超级电容703的功率补偿功能将燃料电池702的功率保持在最佳效率区域，通过给定燃料电池702的功率变化限值来减小燃料电池702的功率波动，通过超级电容703或燃料电池702将发动机705工作点控制在最佳燃油消耗曲线上，通过燃料电池702与发动机705和电机707的充放电功能将超级电容703的电容量保持在合理范围内。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于混合动力车辆的功率分配方法，包括：

响应于功率调整请求，获取车辆的行驶数据，其中，所述功率调整请求中携带有目标功率，所述行驶数据包括所述车辆的发动机运行数据、所述车辆的刹车数据、所述车辆的超级电容的电容量、所述车辆的燃料电池的运行数据；

在所述刹车数据表征为没有制动的情况下，确定所述超级电容的电容量与利用所述发动机开启所述超级电容所需电容量之间的关系；

在超级电容的电容量大于利用所述发电机开启所述超级电容所需电容量的情况下，确定所述超级电容的电容量与预设的最小电容量阈值和最大电容量阈值之间的关系；

在所述超级电容的电容量大于所述最小电容量阈值且小于所述最大电容量阈值的情况下，将所述发动机运行数据调整为关闭数据，以及调整所述燃料电池的运行数据并利用所述超级电容的电容量进行功率补偿，直至所述车辆在当前时刻的总功率满足所述目标功率。

2.根据权利要求1所述方法，还包括：

在所述超级电容的电容量小于所述最小电容量阈值或大于所述最大电容量阈值的情况下，将所述发动机运行数据设置为关闭数据，以及调整所述燃料电池的运行数据，同时为所述超级电容进行充电或放电，直至所述车辆在当前时刻的功率满足所述目标功率。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述刹车数据表征为没有制动的情况下，确定所述车辆在当前时刻的总功率与所述车辆的电机在当前时刻的最大功率之间的关系；

在所述总功率小于所述最大功率的情况下，确定所述超级电容的电容量与预设的最小电容量阈值和最大电容量阈值之间的关系；

在所述超级电容的电容量大于所述最小电容量阈值且小于所述最大电容量阈值的情况下，将所述发动机运行数据调整为关闭数据，以及调整所述燃料电池的运行数据并利用所述超级电容的电容量进行功率补偿，直至所述车辆在当前时刻的总功率满足所述目标功率。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：

在超级电容的电容量小于利用所述车辆的发电机开启所述超级电容所需电容量或者在所述车辆在当前时刻的总功率大于所述电机在当前时刻的最大功率的情况下，确定所述车辆在当前时刻的总功率与预设的最大总功率阈值之间的关系；

在所述车辆在当前时刻的总功率大于所述预设的最大总功率阈值的情况下，将所述发动机运行数据调整为开启数据，以及调整所述燃料电池的运行数据并利用所述超级电容的电容量进行功率补偿，直至所述车辆在当前时刻的总功率满足所述目标功率。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

在所述车辆在当前时刻的总功率小于所述预设的最大总功率阈值的情况下，确定所述超级电容的电容量与预设的最小电容量阈值和最大电容量阈值之间的关系；

在所述超级电容的电容量大于所述最小电容量阈值且小于所述最大电容量阈值的情况下，将所述发动机运行数据调整为开启数据，以及调整所述发动机的功率并利用所述超级电容的电容量进行功率补偿，直至所述车辆在当前时刻的总功率满足所述目标功率。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

在所述超级电容的电容量小于所述最小电容量阈值或大于所述最大电容量阈值的情况下，将所述发动机运行数据设置为开启数据，以及调整所述发动机的功率，同时为所述超级电容进行充电或放电，直至所述车辆在当前时刻的功率满足所述目标功率。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述刹车数据表征为需要进行再生制动的情况下，利用所述车辆的电机提供制动扭矩为所述超级电容进行充电。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

在所述燃料电池的运行数据表征为工作状态的情况下，利用所述燃料电池和所述车辆的电机同时为所述超级电容进行充电。

9.一种混合动力系统，包括：能量管理控制装置、燃料电池、超级电容、电力变换装置、发动机、离合器、电机、变速器、差速器；

其中，所述能量控制装置用于执行根据权利要求1～8中任一项所述的方法；

所述燃料电池、所述超级电容和所述电机均与所述电力变换装置电连接；

所述能量控制装置与所述发动机、所述离合器、所述电机、所述电力变换装置、所述燃料电池、所述超级电容均信号连接；

所述发动机、所述离合器、所述电机、所述变速器、所述差速器依次机械连接，其中，所述差速器与车辆的车轮之间机械连接。

10.根据权利要求9所述的系统，还包括：单向直流斩波器和双向直流斩波器，所述单向直流斩波器和所述双向直流斩波器均与所述能量控制装置信号连接；

其中，所述燃料电池通过所述单向直流斩波器与所述电力变换装置电连接；

所述超级电容通过所述双向直流斩波器与所述电力变换装置电连接。

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