CN116653707B - 一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法及系统，包括：利用燃料电池子系统实时监测设备或车辆需求功率，通过计算得到功率输出需求均值，根据功率输出需求值确定当前时刻设备或车辆的状态类型；利用所述电池的剩余容量、燃料电池子系统中电堆加载特性及当前时刻设备或车辆的状态类型对系统功率输出需求值进行修正，得到燃料电池子系统的实际输出功率值；将所述实际功率输出值发送至燃料电池子系统产生电能。本申请通过实时监测动力电池子系统中电池SOC和燃料电池子系统功率需求值，计算确定燃料电池子系统功率输出需求值并进行修正，得到实际输出功率，保证动力电池子系统中电池SOC稳定性，提高了燃料电池子系统中电堆的耐久性。

Description

一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法及系统

技术领域

本申请涉及领域燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法及系统。

背景技术

燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置，氢燃料电池具有燃料能量转化率高、噪音低以及零排放等优点，可广泛应用于汽车、飞机、列车等交通工具以及固定电站方面。

在现有技术中，燃料电池动力系统的燃料电池子系统与动力电池子系统一般为分离式，需要外部发送动力电池信息给燃料电池子系统，同时需要外部发送功率(或电流)需求给燃料电池子系统，实现功率响应，才能有功率(或电流)输出。同时，在怠速工况动力电池达到一定值时，燃料电池动力系统系统会频繁启停。

现有燃料电池技术只能应用于能发送功率指令的整车系统，对通讯设备、复杂工况的工业车辆等设备上，无法适用。在通讯设备、复杂工况的工业车辆等设备上，一般只给出功率(或电流)，不能直接给燃料电池系统指令控制燃料电池系统功率输出，不能使燃料电池系统提供设备所需动力。同时当动力电池SOC达到某一值时，燃料电池动力系统会停机，当动力电池剩余容量下降到某一值时，燃料电池动力系统系统再开机，反复启停，降低燃料电池耐久性。

因此，寻找一种能够根据动力电池容量的剩余容量对燃料电池系统输出功率进行自适应的控制方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法，旨在解决现有燃料电池动力系统无法直接控制燃料电池子系统功率输出的技术问题。

为实现上述技术目的，本申请提供一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法，所述燃料电池动力系统包括燃料电池子系统、动力电池子系统、供氢子系统和低压子系统，所述控制方法包括：

利用燃料电池子系统实时监测设备或车辆需求功率，通过计算确定燃料电池子系统输出功率需求值，根据功率输出需求值确定当前时刻设备或车辆的状态类型；

实时监测动力电池子系统中电池的剩余容量；

利用所述电池的剩余容量、燃料电池子系统中电堆加载特性及当前时刻设备或车辆的状态类型对系统功率输出需求值进行修正，得到燃料电池子系统的实际功率输出值；

将所述实际功率输出值发送至燃料电池子系统产生电能。

作为本申请一实施例中，所述对所述功率输出需求值进行修正的具体步骤如下：

对一段时间内设备或车辆需求功率进行积分求均值，得到功率输出需求均值；

根据当前时刻动力电池子系统中电池的剩余容量、燃料电池子系统中电堆加载特性及当前时刻设备或车辆的状态类型对所述功率输出需求均值进行补偿修正，得到燃料电池子系统的实际输出功率值。

作为本申请一实施例中，所述利用燃料电池子系统实时监测设备或车辆需求功率，通过计算得到燃料电池子系统功率输出需求值，根据功率输出需求值确定当前时刻设备或车辆的状态类型，之前还包括：

当燃料电池动力系统的上电使能开启，燃料电池动力系统进行低压上电；

采集所述燃料电池动力系统的CAN网络信号及零部件状态进行自检，判断燃料电池动力系统是否出现故障，若出现故障，则所述燃料电池动力系统进行低压下电；

根据所述剩余容量判断是否能保证燃料电池子系统启动，若能，则燃料电池子系统正常启动。

作为本申请一实施例中，所述根据所述剩余容量判断是否能保证燃料电池系统启动的方法具体包括：

判断所述剩余容量是否大于5％，若大于5％，则对所述动力电池子系统中电池进行上电；

判断上电后的动力电池子系统中电池剩余容量是否在10％-90％之间，若在，则所述燃料电池子系统启动。

作为本申请一实施例中，所述设备或车辆系统当前时刻的状态类型包括怠速状态和运行状态，

当所述设备或车辆系统当前时刻为怠速状态时，动态调节加热器、三通阀和散热风扇，消耗燃料电池子系统产生的电量；

当所述设备或车辆系统当前时刻为运行状态时，动力电池子系统和燃料电池子系统提供能量，实时监测动力电池子系统中电池剩余容量。

作为本申请一实施例中，所述动力电池子系统中电池容量设置有第一阈值X1、第二阈值Y1、第三阈值Y2和第四阈值X2，

当所述电池容量SOC处于第一阈值X1和第四阈值X2范围之间时，所述动力电池子系统中电池处于允许使用状态；

当所述电池容量SOC处于第二阈值Y1和第三阈值Y2范围之间时，所述动力电池子系统中电池处于最佳使用状态。

作为本申请一实施例中，在第一怠速状态下，SOC≤X1，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_charge，Pfc_vhaige_max，其中Pbat_charge为怠速时动力电池子系统中电池允许的最大持续充电功率，Pfc_vhaige_max为第一怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；

在第二怠速状态下，X1＜SOC≤Y1，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_charge，Pfc_charge_avg，其中Pfc_charge_avg为第二怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；

在第三怠速状态下，Y1＜SOC≤Y2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_charge，Pfc_charge_min，其中Pfc_charge_min为第三怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；

在第四怠速状态下，Y2＜SOC≤X2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_charge，Pfc_charge_min_0，其中Pfc_charge_min_0为第四怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；

在第五怠速状态下，X2＜SOC≤90％，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0在0值附近。

作为本申请一实施例中，在第一运行状态下，SOC≤Y1，所述燃料电池子系统的功率输出需求值为P0＝minPbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_max，其中，Pbat_inst_charge为运行状态时动力电池子系统中电池允许的最大瞬时充电功率，Pbat_inst_discharge为运行状态时动力电池子系统中电池允许的最大瞬时放电功率，Pcomp_charge_max为第一运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值；

在第二运行状态下，Y1＜SOC≤Y2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_avg，其中Pcomp_charge_avg为第二运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值；

在第三运行状态下，Y2＜SOC≤X2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_min，其中Pcomp_charge_min为第三运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值；

在第四运行状态下，X2＜SOC≤90％，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0P0＝minPbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_min_0，其中Pcomp_charge_min_0为第四运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值。

作为本申请一实施例中，所述将所述实际功率输出值发送至燃料电池子系统产生电能之前还包括：

将所述实际输出功率值发送至燃料电池动力系统；

判断燃料电池动力系统是否有下电指令，若有下电指令，则所述燃料电池子系统的控制器进入延时停机状态；

所述燃料电池子系统待机，保持动力电池子系统高压在线；

判断所述动力电池子系统中电池是否高压下电完成，若完成，则所述燃料电池动力系统低压下电。

本申请还提供一种燃料电池动力系统功率自适应的控制系统，包括：

监测单元，用于实时监测所述动力电池子系统中电池的剩余容量以及设备或车辆需求功率；

启动单元，用于判断燃料电池动力系统中燃料电池子系统是否正常启动；所述燃料电池动力系统包括燃料电池子系统、动力电池子系统、供氢子系统和低压子系统；

功率输出单元，用于根据所述设备或车辆需求功率，计算确定燃料电池子系统输出功率需求值，根据功率输出需求值确定当前时刻设备或车辆的状态类型，并对所述功率输出需求值进行修正，得到所述燃料电池子系统的实际输出功率值；

电能产生单元，用于将所述实际输出功率值发送至燃料电池子系统产生电能。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

1、本申请通过实时监测动力电池子系统中电池的剩余容量及设备或车辆需求功率，根据所述需求功率确定燃料电池子系统的功率输出需求值，对功率输出需求值进行修正，得到实际输出功率值，协调分配燃料电池子系统和动力电池子系统的功率输出，减少燃料电池子系统的功率波动，同时保证动力电池子系统中电池剩余容量的稳定性，并防止电池过充过放，提高了动力电池子系统中电池及燃料电池子系统中电堆的耐久性。

2、本申请根据实时监测动力电池子系统中电池的剩余容量及设备或车辆需求功率，进而确定燃料电池子系统的功率输出需求值来控制燃料电池子系统的实际输出功率，根据动力电池特性最大限度的回收再生制动能量，避免燃料电池频繁启动和停止时导致输出功率频繁波动的情况，提高了燃料电池的耐久性。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种燃料电池动力系统的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种燃料电池动力系统的工作流程图；

图4为本申请实施例提供的一种燃料电池动力系统功率自适应的控制系统的框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地描述。

本申请的说明书、权利要求书及附图中的术语“第一”和“第二”等仅用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备等，没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元等，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备等固有的其它步骤或单元。

在本申请中提及的“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本申请描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上，“至少两个(项)”是指两个或三个及三个以上，“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”。

如图1所示，本申请提供一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法，所述燃料电池动力系统包括燃料电池子系统、动力电池子系统、供氢子系统和低压子系统，所述控制方法包括：

利用燃料电池子系统实时监测设备或车辆需求功率，通过计算确定燃料电池子系统输出功率需求值，根据功率输出需求值确定当前时刻设备或车辆的状态类型；

实时监测动力电池子系统中电池的剩余容量；

利用所述电池的剩余容量、燃料电池子系统中电堆加载特性(即电堆的反应时间)及当前时刻设备或车辆的状态类型对系统功率输出需求值进行修正，得到燃料电池子系统的实际功率输出值；

将所述实际功率输出值发送至燃料电池子系统产生电能。

进一步参照图2，可以理解的，功率P＝电流I×电压U。在燃料电池动力系统中，低压供电子系统为设备或车辆的控制元件进行低压供电，由供氢子系统为燃料电池子系统提供氢气，燃料电池子系统产生电能，电能通过燃料电池子系统中的升压DC/DC为动力电池子系统中电池进行充电，使设备或车辆系统启动。其中，低压供电子系统包含有铅酸电池、降压DC/DC、配电盒，持续为低压设备提供电源；供氢子系统设有控制器，保证供氢系统的正常工作，同时能监测氢气剩余量、使用量等，为燃料电池子系统提供燃料；燃料电池子系统包括空气子系统、氢气子系统、热管理子系统、升压DC/DC，升压DC/DC输出端配有电流传感器、电压传感器，用于检测燃料电池子系统输出功率P2(或电流I2、电压U2)；动力电池子系统为高倍率电池(磷酸铁锂电池、三元锂电池、镍氢电池、超级电容电池中的一种)，内部包含有BMS检测锂电池电量SOC(StateofCharge，剩余电量)，电源接口处配有电流、电压传感器，用于检测动力电池子系统当前输出功率P3(或电流I3、电压U3，P3符号为正表示动力电池在放电，P3符号为负表示动力电池在充电)。

通过实时监测动力电池子系统中电池的剩余容量SOC，燃料电池子系统通过升压DC/DC变换器与动力电池子系统中电池并联为设备或车辆提供功率，燃料电池动力系统对外输出接口(与设备或车辆连接接口)处还设置有电流、电压传感器用于监测设备或车辆需求功率P4(或电流I4、电压U4)，对一段时间内的设备或车辆需求功率P4(燃料电池子系统功率需求值)进行积分求均值，得到功率输出需求均值P1，即燃料电池子系统的功率输出需求值，对功率输出需求均值P1进行修正，得到燃料电池子系统的实际输出功率值P0，将实际功率输出值发送至燃料电池子系统中进行产能，并通过动力电池子系统使设备或车辆启动，根据实时监测燃料电池子系统需求功率P4和动力电池子系统电池SOC来控制燃料电池子系统的实际输出功率值P0，实现燃料电池动力系统的自适应，同时根据动力电池子系统电池特征最大限度的回收设备或整车的再生制动能量，提高燃料电池动力系统的工作效率。

作为本领域技术人员可以理解的，动力电池子系统中安装有BMS(BatteryManagement System，动力电池管理系统)，通过对电压、电流、温度以及剩余容量SOC等参数采集、计算，进而控制电池的充放电过程，实现对电池的保护，提升电池综合性能的管理系统。

作为本申请的进一步实施例，所述对所述功率输出需求值进行修正的具体步骤如下：

对一段时间内设备或车辆需求功率进行积分求均值，得到功率输出需求均值；

根据当前时刻动力电池子系统中电池的剩余容量、燃料电池子系统中电堆加载特性及当前时刻设备或车辆的状态类型对所述功率输出需求均值进行补偿修正，得到燃料电池子系统的实际输出功率值。

通过对一段时间内的设备或车辆需求功率P4进行积分求均值，得到功率输出需求均值P1，利用当前时刻动力电池子系统中电池的剩余容量、燃料电池子系统中电堆加载特性及当前时刻设备或车辆的状态类型对功率输出需求均值P1进行补偿修正，得到输出功率值P0，保证了动力电池子系统中电池SOC的稳定性。其中，设备的或车辆的实际功率需求标定在设备或车辆的台架上。

进一步参照图3，作为本申请的进一步实施例，所述利用燃料电池子系统实时监测设备或车辆需求功率，通过计算得到燃料电池子系统功率输出需求值，根据功率输出需求值确定当前时刻设备或车辆的状态类型，之前还包括：

当燃料电池动力系统的上电使能开启，燃料电池动力系统进行低压上电；

采集所述燃料电池动力系统的CAN网络信号及零部件状态进行自检，判断燃料电池动力系统是否出现故障，若出现故障，则所述燃料电池动力系统进行低压下电；

根据所述剩余容量判断是否能保证燃料电池子系统启动，若能，则燃料电池子系统正常启动。

燃料电池子系统、动力电池子系统、设备或车辆控制通过CAN网络，进行信息交互，即燃料电池子系统与燃料电池控制器(FCU)进行信息交互，其中，交互的信息包括：升压DC/DC的工作状态，输入输出的电流电压信息等；降压DC/DC的工作状态，输入输出电流电压信息等；氢泵、空压机的工作状态，需求转速，实际转速等；PTC(加热器)的工作状态，需求加热功率，实际加热功率等；CVM(燃料电池巡检模块)的工作状态，总电压、单片电压、均方差，用于监测燃料电池电堆的工作状态；供氢子系统，响应燃料电池FCU的工作请求，监测供氢系统的健康状态、氢气剩余量等信息反馈给FCU；以及其他CAN网络中燃料电池原件的控制与监测；各子系统信息均与FCU通过CAN网络交互，用于FCU控制各子系统的工作，并监测各个子系统的状态，进而控制燃料电池动力系统的工作；动力电池子系统的响应FCU发送相关工作请求，监测电池状态、SOC(剩余容量)值等信息，并将信息通过CAN网络发送给FCU，FCU参考动力电池的状态输出适当的需求功率等；设备或车辆监测燃料电池子系统及动力电池子系统的的工作状态，进而判断自身工作能力，同时反馈设备或车辆自身工作状态给FCU，用于FCU控制燃料电信动力系统工作状态。

当燃料电池动力系统的上电使能开启，则燃料电池动力系统进行低压上电，若燃料电池动力系统没有出现故障，则进入待机状态，此时判断动力电池子系统中电池SOC是否支持燃料电池子系统正常启动，如，可以设置当电池SOC小于5％时，认定动力电池子系统中电池SOC不能支持燃料电池子系统启动，需要对电池进行上电；当电池SOC大于10％时，认定动力电池子系统中电池SOC可以支持燃料电池子系统正常启动。

进一步的，所述根据所述剩余容量判断是否能保证燃料电池系统启动的方法具体包括：

判断所述剩余容量是否大于5％，若大于5％，则对所述动力电池子系统中电池进行上电；

判断上电后的动力电池子系统中电池剩余容量是否在10％-90％之间，若在，则所述燃料电池子系统启动。

可以理解的，若动力电池子系统中电池剩余容量超过90％，则提示相关信息，如电池剩余容量高不启动燃料电池动力系统，不报故障，也不能低压下电，此时动力电池子系统中电池正常工作，燃料电池动力系统中燃料电池子系统保持待机状态，即只有动力电池子系统为设备或车辆提供动力，当电池剩余容量小于90％后，燃料电池动力系统中燃料电池子系统启动。

在本申请一实施例中，所述设备或车辆系统当前时刻的状态类型包括怠速状态和运行状态，

当所述设备或车辆系统当前时刻为怠速状态时，动态调节加热器、三通阀和散热风扇，消耗燃料电池子系统产生的电量；同时在调节加热器(PTC，PositiveTemperatureCoefficient)时，控制燃料电池动力系统水温在最适工作温度范围，保证燃料电池动力系统能及时响应功率请求，随时为设备或车辆提供能量。

当所述设备或车辆系统当前时刻为运行状态时，动力电池子系统和燃料电池子系统提供能量，实时监测动力电池子系统中电池剩余容量。

可以理解的，设备或车辆系统在怠速状态时，不对外输出功率，即P1的值在0附件，即P1_0_min≤P1≤P1_0_max，其中P1_0_min、P1_0_max为设备或车辆台架上标定的燃料电池子系统的最小输出功率值和最大输出功率值，台架上标定的数据为设备或车辆在怠速时实际输出功率的数据。

在本申请的进一步实施例中，所述动力电池子系统中电池容量设置有第一阈值X1、第二阈值Y1、第三阈值Y2和第四阈值X2，

当所述电池容量SOC处于第一阈值X1和第四阈值X2范围之间时，所述动力电池子系统中电池处于允许使用状态；

当所述电池容量SOC处于第二阈值Y1和第三阈值Y2范围之间时，所述动力电池子系统中电池处于最佳使用状态。

可以理解的，X1为动力电池子系统中电池允许使用的SOC区间下限值，X2为动力电池子系统中电池允许使用的SOC区间上限值，Y1为动力电池子系统中电池充放电最优区间的下限值，Y2为动力电池子系统中电池充放电最优区间的上限值，其中X1≥10％，X2≤90％。

通过实时监测动力电池SOC和设备或车辆功率输出需求均值P1，同时考虑到燃料电池子系统动态响应慢的问题，对功率输出需求均值P1进行补偿修正，得到燃料电池子系统最终输出功率值P0，发送给燃料电池子系统进行产能，保证动力电池子系统工作在高效率区间，同时减少燃料子系统中电池的功率波动。

具体的，在第一怠速状态下，SOC≤X1，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_charge，Pfc_vhaige_max，其中Pbat_charge为怠速时动力电池子系统中电池允许的最大持续充电功率，Pfc_vhaige_max为第一怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；此时动力电池子系统中电池SOC处于低电荷状态，需要较大功率对电池进行快速充电。

在第二怠速状态下，X1＜SOC≤Y1，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_charge，Pfc_charge_avg，其中Pfc_charge_avg为第二怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；此时动力电池子系统中电池处于较低电荷状态，但能满足燃料电池动力系统正常使用，同时对动力电池子系统中电池进行充电，适当减小燃料电池子系统输出功率，提高燃料电池动力系统工作效率的同时减缓燃料电池子系统到达怠速的时间。

在第三怠速状态下，Y1＜SOC≤Y2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_charge，Pfc_charge_min，其中Pfc_charge_min为第三怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；此时动力电池子系统中电池SOC处于目标电荷状态，需要进一步减缓对动力电池子系统中电池充电的速度。优选的，燃料电池子系统维持在此状态，能够提高燃料电池动力系统的工作效率，同时减缓燃料电池子系统到达怠速的时间。

在第四怠速状态下，Y2＜SOC≤X2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_charge，Pfc_charge_min_0，其中Pfc_charge_min_0为第四怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；此时动力电池子系统中电池SOC处于高于最优充放电效率取件，此时燃料电池子系统需要工作在怠速状态，即燃料电池堆允许的最小功率状态，燃料电池子系统输出功率趋近于0，同时考虑到燃料电池动力系统效率和燃料电池子系统中电池故障无法工作时需要动力电池子系统中电池有足够的能力为设备或车辆提供动力，允许燃料电池动力系统对动力电池进行充电。

在第五怠速状态下，X2＜SOC≤90％，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0在0值附近。动态调节加热器、三通阀和散热风扇，消耗燃料电池子系统产生的电量，同时增加燃料电池子系统空压机转速并减小燃料电池子系统燃料电池电堆空气进气阀开度，增加空压机功率消耗的同时保证燃料电池电堆空气压力、流量稳定，从而消耗动力电池子系统中电池电量，防止电量继续增加。

具体的，在第一运行状态下，SOC≤Y1，所述燃料电池子系统的功率输出需求值为P0＝minPbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_max，其中，Pbat_inst_charge为运行状态时动力电池子系统中电池允许的最大瞬时充电功率，Pbat_inst_discharge为运行状态时动力电池子系统中电池允许的最大瞬时放电功率，Pcomp_charge_max为第一运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值；此时动力电池子系统中电池SOC处于低电荷状态，需要燃料电池子系统提供较大功率的同时尽可能的为动力电池子系统中电池进行充电，使电池尽快到达充放电最优区间。

在第二运行状态下，Y1＜SOC≤Y2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_avg，其中Pcomp_charge_avg为第二运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值，为设备或车辆提供动力的同时适当为动力电池子系统补充能量。优选的，动力电池子系统中电池维持在最优放电状态。

在第三运行状态下，Y2＜SOC≤X2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝minPbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_min，其中Pcomp_charge_min为第三运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值，为设备或车辆提供动力。

在第四运行状态下，X2＜SOC≤90％，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0P0＝minPbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_min_0，其中Pcomp_charge_min_0为第四运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值，此时补偿趋近于0，使得动力电池子系统中电池SOC不高于动力电池子系统中电池允许使用的SOC区间上限值X2。

可以理解的，动力电池子系统中电池具有高倍率动力电池具有高倍率充电特性，以回收设备或车辆回馈的制动能量，允许回馈功率Pfback＜Pbat_inst_charge-P2，此时燃料电池子系统输出功率根据回馈功率和动力电池子系统中电池SOC实时调节。

当所述燃料电池子系统出现异常不能输出功率时，动力电池子系统中电池承担设备或整车的功率需求，保证设备或整车正常工作一段时间。防止动力电池子系统中电池过充过放，避免燃料电池子系统中电池频繁启停和输出功率频繁波动的情况，提高了燃料电池子系统中电池的耐久性。

在本申请的进一步实施例中，所述将所述实际功率输出值发送至燃料电池子系统产生电能之前还包括：

将所述实际输出功率值发送至燃料电池动力系统；

判断燃料电池动力系统是否有下电指令，若有下电指令，则所述燃料电池子系统的控制器进入延时停机状态；

所述燃料电池子系统待机，保持动力电池子系统高压在线；

判断所述动力电池子系统中电池是否高压下电完成，若完成，则所述燃料电池动力系统低压下电。

根据燃料电池动力系统是否有下电指令判断燃料电池子系统是否正常运行，当燃料电池动力系统中没有下电指令，则燃料电池子系统对功率输出需求值进行过滤，同时对燃料电池子系统中电池的加载速度进行调节，设备或车辆正常运行；当燃料电池动力系统中有下电指令，此时设备或车辆处于停止运行状态，则燃料电池子系统停机，燃料电池子系统中控制器进入延时停机状态，燃料电池子系统处于关机过程中，并保持动力电池子系统中电池高压在线，当动力电池子系统中电池高压下电完成，则燃料电池动力系统进行低压下电，燃料电池动力系统关机完成。

如图4所示，本申请还提供一种燃料电池动力系统功率自适应的控制系统，包括、监测单元、启动单元功率输出单元和电能产生单元，监测单元，用于实时监测所述动力电池子系统中电池的剩余容量以及设备或车辆需求功率；启动单元，用于判断燃料电池动力系统中燃料电池子系统是否正常启动；所述燃料电池动力系统包括燃料电池子系统、动力电池子系统、供氢子系统和低压子系统；功率输出单元，用于根据所述设备或车辆需求功率，计算确定燃料电池子系统输出功率需求值，根据功率输出需求值确定当前时刻设备或车辆的状态类型，并对所述功率输出需求值进行修正，得到所述燃料电池子系统的实际输出功率值；；电能产生单元，用于将所述实际输出功率值发送至燃料电池子系统产生电能。

本申请利用检测单元实时监测动力电池子系统中电池的剩余容量及设备或车辆需求功率，并通过启动单元判断燃料电池动力系统中燃料电池子系统是否能够正常启动，若能正常启动，则根据设备或车辆需求功率P4(燃料电池子系统功率需求值)进行积分求均值后得到功率输出需求均值P1，确定设备或车辆状态，根据电池的剩余容量、燃料电池子系统中电堆加载特性及当前时刻设备或车辆的状态类型对功率输出需求均值P1进行补偿修正，最终得到燃料电池子系统的实际输出功率值，将实际输出功率值发送至燃料电池子系统中，产生电能，既保证了动力电池子系统工作在高效率区间，同时减少燃料电池子系统的功率波动。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，该模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

该作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

该集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法，其特征在于，所述燃料电池动力系统包括燃料电池子系统、动力电池子系统、供氢子系统和低压子系统，所述控制方法包括：

利用燃料电池子系统实时监测设备或车辆需求功率，通过计算确定燃料电池子系统输出功率需求值，根据功率输出需求值确定当前时刻设备或车辆的状态类型，所述设备或车辆系统当前时刻的状态类型包括怠速状态和运行状态；燃料电池动力系统对外输出接口处设置有电流传感器、电压传感器，用于监测设备或车辆需求功率P4，P4即燃料电池子系统功率需求值；

实时监测动力电池子系统中电池的剩余容量；所述动力电池子系统中电池容量设置有第一阈值X1、第二阈值Y1、第三阈值Y2和第四阈值X2；

当所述电池容量SOC处于第一阈值X1和第四阈值X2范围之间时，所述动力电池子系统中电池处于允许使用状态；

当所述电池容量SOC处于第二阈值Y1和第三阈值Y2范围之间时，所述动力电池子系统中电池处于最佳使用状态；

利用所述电池的剩余容量、燃料电池子系统中电堆加载特性及当前时刻设备或车辆的状态类型对所述功率输出需求值进行修正，得到燃料电池子系统的实际功率输出值，具体为：

对一段时间内设备或车辆需求功率P4进行积分求均值，得到功率输出需求均值P1；

根据当前时刻动力电池子系统中电池的剩余容量、燃料电池子系统中电堆加载特性及当前时刻设备或车辆的状态类型对所述功率输出需求均值进行补偿修正，得到燃料电池子系统的实际输出功率值；

当设备或车辆系统当前时刻的状态类型为怠速状态时：

在第一怠速状态下，SOC≤X1，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝min{Pbat_charge，Pfc_vhaige_max}，其中Pbat_charge为怠速时动力电池子系统中电池允许的最大持续充电功率，Pfc_vhaige_max为第一怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；

在第二怠速状态下，X1＜SOC≤Y1，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝min{Pbat_charge，Pfc_charge_avg}，其中Pfc_charge_avg为第二怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；

在第三怠速状态下，Y1＜SOC≤Y2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝min{Pbat_charge，Pfc_charge_min}，其中Pfc_charge_min为第三怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；

在第四怠速状态下，Y2＜SOC≤X2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝min{Pbat_charge，Pfc_charge_min_0}，其中Pfc_charge_min_0为第四怠速状态燃料电池子系统的输出功率值；

在第五怠速状态下，X2＜SOC≤90％，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0在0值附近；

当设备或车辆系统当前时刻的状态类型为运行状态时：

在第一运行状态下，SOC≤Y1，所述燃料电池子系统的功率输出需求值为P0＝min{Pbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_max}，其中，Pbat_inst_charge为运行状态时动力电池子系统中电池允许的最大瞬时充电功率，Pbat_inst_discharge为运行状态时动力电池子系统中电池允许的最大瞬时放电功率，Pcomp_charge_max为第一运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值；

在第二运行状态下，Y1＜SOC≤Y2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝min{Pbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_avg}，其中Pcomp_charge_avg为第二运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值；

在第三运行状态下，Y2＜SOC≤X2，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝min{Pbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_min}，其中Pcomp_charge_min为第三运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值；

在第四运行状态下，X2＜SOC≤90％，所述燃料电池子系统的功率输出需求值P0＝min{Pbat_inst_charge，Pbat_inst_discharge，P1+Pcomp_charge_min_0}，其中Pcomp_charge_min_0为第四运行状态燃料电池子系统补偿输出功率值；

将所述实际功率输出值发送至燃料电池子系统产生电能。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法，其特征在于，所述利用燃料电池子系统实时监测设备或车辆需求功率，通过计算确定燃料电池子系统输出功率需求值，根据功率输出需求值确定当前时刻设备或车辆的状态类型，之前还包括：

当燃料电池动力系统的上电使能开启，燃料电池动力系统进行低压上电；

采集所述燃料电池动力系统的CAN网络信号及零部件状态进行自检，判断燃料电池动力系统是否出现故障，若出现故障，则所述燃料电池动力系统进行低压下电；

根据所述剩余容量判断是否能保证燃料电池子系统启动，若能，则燃料电池子系统正常启动。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法，其特征在于，所述根据所述剩余容量判断是否能保证燃料电池系统启动的方法具体包括：

判断所述剩余容量是否大于5％，若大于5％，则对所述动力电池子系统中电池进行上电；

判断上电后的动力电池子系统中电池剩余容量是否在10％-90％之间，若在，则所述燃料电池子系统启动。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法，其特征在于，当所述设备或车辆系统当前时刻为怠速状态时，动态调节加热器、三通阀和散热风扇，消耗燃料电池子系统产生的电量；

当所述设备或车辆系统当前时刻为运行状态时，动力电池子系统和燃料电池子系统提供能量，实时监测动力电池子系统中电池剩余容量。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池动力系统功率自适应的控制方法，其特征在于，所述将所述实际功率输出值发送至燃料电池子系统产生电能之前还包括：

将所述实际输出功率值发送至燃料电池动力系统；

判断燃料电池动力系统是否有下电指令，若有下电指令，则所述燃料电池子系统的控制器进入延时停机状态；

所述燃料电池子系统待机，保持动力电池子系统高压在线；

判断所述动力电池子系统中电池是否高压下电完成，若完成，则所述燃料电池动力系统低压下电。

6.一种燃料电池动力系统功率自适应的控制系统，其特征在于，执行如权利要求1-5任一项所述的燃料电池动力系统功率自适应的控制方法，所述控制系统包括：

监测单元，用于实时监测所述动力电池子系统中电池的剩余容量以及设备或车辆需求功率；

启动单元，用于判断燃料电池动力系统中燃料电池子系统是否正常启动；所述燃料电池动力系统包括燃料电池子系统、动力电池子系统、供氢子系统和低压子系统；

功率输出单元，用于根据所述设备或车辆需求功率，计算确定燃料电池子系统输出功率需求值，根据功率输出需求值确定当前时刻设备或车辆的状态类型，并对所述功率输出需求值进行修正，得到所述燃料电池子系统的实际输出功率值；

电能产生单元，用于将所述实际输出功率值发送至燃料电池子系统产生电能。