CN115972987A - 氢燃料电池能量控制方法、装置及车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种氢燃料电池能量控制方法、装置及车辆，包括：获取当前时间周期内的瞬时需求功率和氢燃料电池系统的实际瞬时输出功率，其中，瞬时需求功率为整车瞬时需求功率或者电机瞬时需求功率；分别根据瞬时需求功率和实际瞬时输出功率，确定当前时间周期内的需求功率总和以及氢燃料电池系统的实际输出功率总和；确定需求功率总和相对于实际输出功率总和的比值；根据比值，控制氢燃料电池系统的输出功率。根据瞬时需求功率总和与实际输出功率总和对氢燃料电池系统的输出功率进行调整，解决了由于氢燃料电池系统的输出功率受整车动力需求主导进行跟随变化带来的氢燃料电池频繁变载的问题，提升了氢燃料电池的健康状态。

Description

氢燃料电池能量控制方法、装置及车辆
技术领域
本公开涉及氢燃料电池领域，具体地，涉及一种氢燃料电池能量控制方法、装置及车辆。
背景技术
在氢燃料电池汽车领域中，如何提升电池使用寿命和运行稳定性，对于氢燃料电池汽车来讲，是非常重要的，而目前氢燃料电池的汽车通常采用的功率分配策略，大多存在着影响电池寿命或降低核心零部件健康状态的缺陷。
发明内容
为解决相关技术中存在的问题，本公开的目的是提供一种氢燃料电池能量控制方法、装置及车辆。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种氢燃料电池能量控制方法，包括：获取当前时间周期内的瞬时需求功率和氢燃料电池系统的实际瞬时输出功率，其中，所述瞬时需求功率为整车瞬时需求功率或者电机瞬时需求功率；分别根据所述瞬时需求功率和所述实际瞬时输出功率，确定所述当前时间周期内的需求功率总和以及所述氢燃料电池系统的实际输出功率总和；确定所述需求功率总和相对于所述实际输出功率总和的比值；根据所述比值，控制所述氢燃料电池系统的输出功率。
可选地，所述根据所述比值，控制所述氢燃料电池系统的输出功率，包括：在所述比值满足预设条件时，根据所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率和预设的功率增益量，确定所述氢燃料电池系统的目标输出功率；按照所述目标输出功率控制所述氢燃料电池系统的输出功率。
可选地，所述在所述比值满足预设条件时，根据所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率和预设的功率增益量，确定所述氢燃料电池系统的目标输出功率，包括：在所述比值大于预设阈值时，将所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率增加所述功率增益量，以得到所述氢燃料电池系统的目标输出功率。
可选地，所述在所述比值满足预设条件时，根据所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率和预设的功率增益量，确定所述氢燃料电池系统的目标输出功率，包括：在所述比值小于预设阈值时，将所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率减去所述功率增益量，以得到所述氢燃料电池系统的目标输出功率。
可选地，所述方法还包括：获取在所述当前时间周期内的所述氢燃料电池的请求变载频次；若所述当前时间周期内的所述氢燃料电池的请求变载频次大于或等于所述氢燃料电池在所述当前时间周期内的理论变载频次，则将所述氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率，其中，所述理论变载频次为所述固定变载频率与所述当前时间周期的时长之积。
可选地，所述方法还包括：根据所述实际瞬时输出功率和相对应的所述瞬时需求功率，确定所述氢燃料电池系统的功率变化量，并根据所述氢燃料电池系统的功率变化量，确定所述当前时间周期内所述氢燃料电池系统的功率变化总和；若所述当前时间周期内所述氢燃料电池系统的功率变化总和大于或等于预设的功率变化总量，则将所述氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种氢燃料电池能量控制装置，包括：第一获取模块，用于获取当前时间周期内的瞬时需求功率和氢燃料电池系统的实际瞬时输出功率，其中，所述瞬时需求功率为整车瞬时需求功率或者电机瞬时需求功率；第一确定模块，用于分别根据所述瞬时需求功率和所述实际瞬时输出功率，确定所述当前时间周期内的需求功率总和以及所述氢燃料电池系统的实际输出功率总和；第二确定模块，用于确定所述需求功率总和相对于所述实际输出功率总和的比值；控制模块，用于根据所述比值，控制所述氢燃料电池系统的输出功率。
可选地，所述装置还包括：第二获取模块，用于获取在所述当前时间周期内的所述氢燃料电池的请求变载频次；第一调整模块，用于若所述当前时间周期内的所述氢燃料电池的请求变载频次大于或等于所述氢燃料电池在所述当前时间周期内的理论变载频次，则将所述氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率，其中，所述理论变载频次为所述固定变载频率与所述当前时间周期的时长之积。
可选地，所述装置还包括：第三确定模块，用于根据所述实际瞬时输出功率和相对应的所述瞬时需求功率，确定所述氢燃料电池系统的功率变化量，并根据所述氢燃料电池系统的功率变化量，确定所述当前时间周期内所述氢燃料电池系统的功率变化总和；第二调整模块，用于若所述当前时间周期内所述氢燃料电池系统的功率变化总和大于或等于预设的功率变化总量，则将所述氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种车辆，包括：发电机、发动机、氢燃料电池、整车控制器以及驱动电机；其中，所述发电机，分别与所述氢燃料电池和所述发动机连接，用于在所述发动机的驱动下进行发电，以为所述氢燃料电池充电；所述氢燃料电池，与所述驱动电机连接，用于带动所述驱动电机驱动所述车辆；所述整车控制器，用于执行本公开第一方面提供的氢燃料电池能量控制方法。
通过上述技术方案，根据瞬时需求功率总和与实际输出功率总和对氢燃料电池系统的输出功率进行调整，解决了由于氢燃料电池系统的输出功率受整车动力需求主导进行跟随变化带来的氢燃料电池频繁变载的问题，提升了氢燃料电池的健康状态。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开一示例性实施例提供的一种氢燃料电池能量控制方法的流程图。
图2是本公开另一示例性实施例提供的一种氢燃料电池能量控制装置的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是本公开一示例性实施例提供的一种氢燃料电池能量控制方法的流程图。该方法可以应用于整车控制器。如图1所示，该方法可以包括以下S101-S104。
在S101中，获取当前时间周期内的瞬时需求功率和氢燃料电池系统的实际瞬时输出功率，其中，瞬时需求功率为整车瞬时需求功率或者电机瞬时需求功率。
在S102中，分别根据瞬时需求功率和实际瞬时输出功率，确定当前时间周期内的需求功率总和以及氢燃料电池系统的实际输出功率总和。
在S103中，确定需求功率总和相对于实际输出功率总和的比值。
在S104中，根据比值，控制氢燃料电池系统的输出功率。
其中，瞬时需求功率和实际瞬时输出功率都是在当前时间周期内不断进行获取的，将当前时间周期内所获得的所有瞬时需求功率和所有实际瞬时输出功率分别进行求和，可以得到当前时间周期内的需求功率总和以及氢燃料电池系统的实际输出功率总和。
其中，时间周期可以根据不同的车况和用车方式确定的。例如，车辆为公交车时，时间周期可设置得相对长一些。再例如，车辆经常行驶在复杂路况，时间周期可设置得相对短一些。每时间周期的结束时刻，整车控制器便执行一次上述氢燃料电池能量控制方法的步骤，以实现对氢燃料电池系统的输出功率的实时、动态控制。
需求功率总和相对于实际输出功率总和的比值代表了需求功率总和与实际输出功率总和之间的数值大小关系，当比值过大时，说明实际输出功率不能满足需求功率的要求，氢燃料电池系统无法正常运行，需要对实际输出功率进行补偿，增大实际输出功率以使其满足需求功率的要求；当比值过小时，说明实际输出功率超出了需求功率的要求，氢燃料电池系统会处于频繁大倍率高通量充放电状态，影响电池寿命，因此需要对实际输出功率进行补偿，减小实际输出功率以使其满足需求功率的要求，这样，可以使实际输出功率不再完全受需求功率的控制，从而使氢燃料电池系统处于更稳定的运行状态，此时，氢燃料电池的变载频率会较为稳定。
在本实施例中，根据整车需求功率总和与电池输出功率总和对电池输出功率进行调整，解决了由于电池输出功率受整车动力需求主导进行跟随变化带来的氢燃料电池频繁变载的问题，提升了氢燃料电池的健康状态。
在本公开的至少一种实施例中，根据比值，控制氢燃料电池系统的输出功率，包括：在比值满足预设条件时，根据当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率和预设的功率增益量，确定氢燃料电池系统的目标输出功率；按照目标输出功率控制氢燃料电池系统的输出功率。
当比值满足预设条件时，说明实际输出功率不符合需求功率的要求，氢燃料电池系统无法正常运行，实际输出功率会受到需求功率的影响不断发生变化，进而引起氢燃料电池系统频繁变载，影响电池寿命。因此，需要根据预设的功率增益量调整氢燃料电池系统的输出功率，使实际输出功率能够符合需求功率的要求。
在本实施例中，按照目标输出功率控制氢燃料电池系统的输出功率可以避免氢燃料电池系统的输出功率完全由整车动力需求决定，进而避免氢燃料电池系统变载过于频繁，提升氢燃料电池的健康状态。
在本公开的至少一种实施例中，在比值满足预设条件时，根据当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率和预设的功率增益量，确定氢燃料电池系统的目标输出功率，包括：在比值大于预设阈值时，将当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率增加功率增益量，以得到氢燃料电池系统的目标输出功率。
例如，当P1/P2＞a时，以下等式(1)成立，
P3＝P4﹢ΔP        (1)
其中，P1为需求功率总和，P2为氢燃料电池系统的实际输出功率总和，P3为氢燃料电池系统的目标输出功率，P4为当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率，ΔP为功率增益量，a为预设阈值，且ΔP以及a都是根据氢燃料电池系统和其具体使用情况确定的，ΔP的取值可以设置为5-20kW，a的取值可以设置在(0，2]。
在本实施例中，通过测算需求功率总和与实际输出功率总和的比值，当比值大于预设阈值时，说明需求功率总和大于氢燃料电池系统的实际输出功率总和，实际输出功率会受到需求功率的影响不断发生变化，进而引起氢燃料电池系统频繁变载，因此，需要对氢燃料电池系统的实际输出功率总和进行补偿，增加一个功率增益量，这样可以使实际输出功率值更加准确，避免氢燃料电池系统频繁变载的问题，进而提升氢燃料电池的健康状态。
在本公开的至少一种实施例中，在比值满足预设条件时，根据当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率和预设的功率增益量，确定氢燃料电池系统的目标输出功率，包括：在比值小于预设阈值时，将当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率减去功率增益量，以得到氢燃料电池系统的目标输出功率。
例如，当P1/P2＜a时，以下等式(2)成立，
P3＝P4﹣ΔP         (2)
在本实施例中，通过测算需求功率总和与实际输出功率总和的比值，当比值小于预设阈值时，说明需求功率总和小于氢燃料电池系统的实际输出功率总和，氢燃料电池系统的实际输出功率总和过大，会影响氢燃料电池系统的稳定性，因此，需要对氢燃料电池系统的实际输出功率总和进行补偿，减去一个功率增益量；可以使实际输出功率值更加准确，进而提升氢燃料电池的健康状态。
在本公开的至少一种实施例中，方法还包括：获取在当前时间周期内的氢燃料电池的请求变载频次；若当前时间周期内的氢燃料电池的请求变载频次大于或等于氢燃料电池在当前时间周期内的理论变载频次，则将氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率，其中，理论变载频次为固定变载频率与当前时间周期的时长之积。
例如，当f1≥n0时，通过氢燃料电池控制器将氢燃料电池的请求变载频率降低为固定变载频率，其中，f1为请求变载频次；n0为理论变载频次，等于固定变载频率与当前时间周期的时长之积。其中，请求变载频次可以根据整车控制器或者氢燃料电池控制器统计得来，例如为请求变载频率与当前时间周期的时长之积。
在氢燃料电池系统中，当请求变载频率过大时，说明氢燃料电池系统的变载频次会过于频繁，导致电堆内部温湿和机械应力场分布频繁变化，并需要零部件快速响应，因此会降低电堆材料或电堆以及核心零部件健康状态。在本实施例中，基于请求变载频次与固定变载频次改善电池的变载频率，在请求变载频次过大时，通过氢燃料电池控制器将请求变载频率降低至固定变载频率，避免了频繁变载的问题，提高了氢燃料电池系统的耐久能力，进而提升了氢燃料电池的健康状态。
在本公开的至少一种实施例中，方法还包括：根据当前时间周期内的需求功率总和以及氢燃料电池系统的实际输出功率总和，确定当前时间周期内氢燃料电池系统的功率变化总和；若当前时间周期内氢燃料电池系统的功率变化总和大于或等于预设的功率变化总量，则将氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率。
例如，当ΔPall≥P0时，通过燃料电池控制器将氢燃料电池的请求变载频率降低为固定变载频率，其中，ΔPall为氢燃料电池系统的功率变化总和，P0为预设的功率变化总量。
示例的，氢燃料电池系统的功率变化总和可以通过以下等式(3)确定，
ΔPall＝P3﹣P4       (3)
在氢燃料电池系统中，当功率变化总和过大时，说明功率变化过于频繁，而氢燃料电池系统中功率的变化对频率影响很大，因此，会造成氢燃料电池系统频繁变载的问题，降低电堆材料或电堆以及核心零部件健康状态，在本实施例中，基于功率变化的角度改善了电池的变载频率，可以使电池调整变载频率时更加准确，进而提升了氢燃料电池的健康状态。
图2是本公开一示例性实施例提供的一种氢燃料电池能量控制装置200的框图，包括：
第一获取模块201，用于获取当前时间周期内的瞬时需求功率和氢燃料电池系统的实际瞬时输出功率，其中，所述瞬时需求功率为整车瞬时需求功率或者电机瞬时需求功率；
第一确定模块202，用于分别根据所述瞬时需求功率和所述实际瞬时输出功率，确定所述当前时间周期内的需求功率总和以及所述氢燃料电池系统的实际输出功率总和；
第二确定模块203，用于确定所述需求功率总和相对于所述实际输出功率总和的比值；
控制模块204，用于根据所述比值，控制所述氢燃料电池系统的输出功率。
在本实施例中，根据瞬时需求功率总和与实际输出功率总和对氢燃料电池系统的输出功率进行调整，解决了由于氢燃料电池系统的输出功率受整车动力需求主导进行跟随变化带来的氢燃料电池频繁变载的问题，提升了氢燃料电池的健康状态。
可选地，所述控制模块204包括：
第一确定子模块，用于在所述比值满足预设条件时，根据所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率和预设的功率增益量，确定所述氢燃料电池系统的目标输出功率；
第一控制子模块，用于按照所述目标输出功率控制所述氢燃料电池系统的输出功率。
可选地，所述第一确定子模块，包括：
第一计算子模块，用于在所述比值大于预设阈值时，将所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率增加所述功率增益量，以得到所述氢燃料电池系统的目标输出功率。
可选地，所述第一确定子模块，包括：
第二计算子模块，用于在所述比值小于预设阈值时，将所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率减去所述功率增益量，以得到所述氢燃料电池系统的目标输出功率。
在至少一种实施例中，所述装置200还包括：
第二获取模块，用于获取在所述当前时间周期内的所述氢燃料电池的请求变载频次；
第一调整模块，用于若所述当前时间周期内的所述氢燃料电池的请求变载频次大于或等于所述氢燃料电池在所述当前时间周期内的理论变载频次，则将所述氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率，其中，所述理论变载频次为所述固定变载频率与所述当前时间周期的时长之积。
在至少一种实施例中，所述装置200还包括：
第三确定模块，用于根据所述当前时间周期内的需求功率总和以及所述氢燃料电池系统的实际输出功率总和，确定所述当前时间周期内所述氢燃料电池系统的功率变化总和；
第二调整模块，用于若所述当前时间周期内所述氢燃料电池系统的功率变化总和大于或等于预设的功率变化总量，则将所述氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率。
根据本公开的另一示例性实施例，提供一种车辆，包括：发电机、发动机、氢燃料电池、整车控制器以及驱动电机；
其中，发电机，分别与氢燃料电池和发动机连接，用于在发动机的驱动下进行发电，以为氢燃料电池充电；
氢燃料电池，与驱动电机连接，用于带动驱动电机驱动车辆；
整车控制器，用于执行本公开提供的上述氢燃料电池能量控制方法。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池能量控制方法，其特征在于，包括：
获取当前时间周期内的瞬时需求功率和氢燃料电池系统的实际瞬时输出功率，其中，所述瞬时需求功率为整车瞬时需求功率或者电机瞬时需求功率；
分别根据所述瞬时需求功率和所述实际瞬时输出功率，确定所述当前时间周期内的需求功率总和以及所述氢燃料电池系统的实际输出功率总和；
确定所述需求功率总和相对于所述实际输出功率总和的比值；
根据所述比值，控制所述氢燃料电池系统的输出功率。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池能量控制方法，其特征在于，所述根据所述比值，控制所述氢燃料电池系统的输出功率，包括：
在所述比值满足预设条件时，根据所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率和预设的功率增益量，确定所述氢燃料电池系统的目标输出功率；
按照所述目标输出功率控制所述氢燃料电池系统的输出功率。
3.根据权利要求2所述的氢燃料电池能量控制方法，其特征在于，所述在所述比值满足预设条件时，根据所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率和预设的功率增益量，确定所述氢燃料电池系统的目标输出功率，包括：
在所述比值大于预设阈值时，将所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率增加所述功率增益量，以得到所述氢燃料电池系统的目标输出功率。
4.根据权利要求2所述的氢燃料电池能量控制方法，其特征在于，所述在所述比值满足预设条件时，根据所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率和预设的功率增益量，确定所述氢燃料电池系统的目标输出功率，包括：
在所述比值小于预设阈值时，将所述当前时间周期内最后获取到的瞬时需求功率减去所述功率增益量，以得到所述氢燃料电池系统的目标输出功率。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的氢燃料电池能量控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取在所述当前时间周期内的所述氢燃料电池的请求变载频次；
若所述当前时间周期内的所述氢燃料电池的请求变载频次大于或等于所述氢燃料电池在所述当前时间周期内的理论变载频次，则将所述氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率，其中，所述理论变载频次为所述固定变载频率与所述当前时间周期的时长之积。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的氢燃料电池能量控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述当前时间周期内的需求功率总和以及所述氢燃料电池系统的实际输出功率总和，确定所述当前时间周期内所述氢燃料电池系统的功率变化总和；
若所述当前时间周期内所述氢燃料电池系统的功率变化总和大于或等于预设的功率变化总量，则将所述氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率。
7.一种氢燃料电池能量控制装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取当前时间周期内的瞬时需求功率和氢燃料电池系统的实际瞬时输出功率，其中，所述瞬时需求功率为整车瞬时需求功率或者电机瞬时需求功率；
第一确定模块，用于分别根据所述瞬时需求功率和所述实际瞬时输出功率，确定所述当前时间周期内的需求功率总和以及所述氢燃料电池系统的实际输出功率总和；
第二确定模块，用于确定所述需求功率总和相对于所述实际输出功率总和的比值；
控制模块，用于根据所述比值，控制所述氢燃料电池系统的输出功率。
8.根据权利要求7所述的氢燃料电池能量控制装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二获取模块，用于获取在所述当前时间周期内的所述氢燃料电池的请求变载频次；
第一调整模块，用于若所述当前时间周期内的所述氢燃料电池的请求变载频次大于或等于所述氢燃料电池在所述当前时间周期内的理论变载频次，则将所述氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率，其中，所述理论变载频次为所述固定变载频率与所述当前时间周期的时长之积。
9.根据权利要求7所述的氢燃料电池能量控制装置，其特征在于，所述装置还包括：
第三确定模块，用于所述当前时间周期内的需求功率总和以及所述氢燃料电池系统的实际输出功率总和，确定所述当前时间周期内所述氢燃料电池系统的功率变化总和；
第二调整模块，用于若所述当前时间周期内所述氢燃料电池系统的功率变化总和大于或等于预设的功率变化总量，则将所述氢燃料电池的请求变载频率调整为固定变载频率。
10.一种车辆，其特征在于，包括：
发电机、发动机、氢燃料电池、整车控制器以及驱动电机；
其中，所述发电机，分别与所述氢燃料电池和所述发动机连接，用于在所述发动机的驱动下进行发电，以为所述氢燃料电池充电；
所述氢燃料电池，与所述驱动电机连接，用于带动所述驱动电机驱动所述车辆；
所述整车控制器，用于执行权利要求1-6中任一项所述的氢燃料电池能量控制方法。
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