CN116653709B - 一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法和系统 - Google Patents

一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法和系统，涉及燃料电池技术领域，基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围；当整车的目标功率值确定时，基于燃料电池的氢耗率特性和所述任一电池的期望功率值的范围查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值；基于整车的目标功率值、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值分配燃料电池、能量电池和功率电池的输出功率。实现在不同路况中，进行能量电池、功率电池和燃料电池之间的功率分配，以最低氢燃料消耗满足不同路况下整车的功率需求。

Description

一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法和系统
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法和系统。
背景技术
燃料电池，不像一般非充电电池一样用完就丢弃，也不像充电电池一样，用完须继续充电，燃料电池只需继续添加燃料以维持其电力，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。目前，燃料电池是以氢为燃料的燃料电池，燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生电能作为动力的新能源汽车。为应对此资源问题和环境问题，未来燃料电池汽车将成为主要的交通工具，而如何节约氢燃料一直是研发人员的研发方向。
现有技术中，基于行驶路况带来的功率复杂性，燃料电池汽车也配置了能量电池和功率电池，通过燃料电池对能量电池和功率电池进行充电，和燃料电池、能量电池和功率电池的共同作用满足整车的功率需求。但在不同路况中如何进行能量电池、功率电池和燃料电池之间的功率分配，以最低氢燃料消耗满足不同路况下整车的功率需求是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
（一）申请目的
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法和系统，用于解决现有技术中在不同路况中如何调整能量电池、功率电池和燃料电池之间的功率分配，以最低氢燃料消耗满足不同路况下整车的功率需求的技术问题。
（二）技术方案
本申请公开了一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法，包括如下步骤：
S1、基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，所述行驶路况包括上坡、平路拥堵路段、平路机非混行路段、平路交叉路口较多的路段和平路畅通路段；
S2、当整车的目标功率值确定时，基于燃料电池的氢耗率特性和所述任一电池的期望功率值的范围查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值；
S3、基于整车的目标功率值、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值分配燃料电池、能量电池和功率电池的输出功率。
在一种可能的实施方式中，所述基于燃料电池的氢耗率特性和所述任一电池的期望功率值的范围查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，包括：基于能量电池和功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数将能量电池和功率电池的不同的目标功率值等效为氢燃料消耗；基于所述等效为氢燃料消耗和燃料电池的氢耗率特性建立氢燃料总消耗表达式；基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型；基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，所述燃料电池的目标功率值不超过燃料电池的最大输出功率。
在一种可能的实施方式中，所述基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型，包括：通过从0到燃料电池最大输出功率范围内查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值；在查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值的同时，查找所述任一电池的不同的目标功率值，所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，基于所述任一电池的所述期望功率值的范围，当能量电池和功率电池中另一电池超出最大输出功率，则舍弃掉查找到的所述任一电池的目标功率值，继续查找下一所述任一电池的目标功率值，构建出基于氢燃料总消耗、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系曲面；所述基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，包括：找到该曲面的最小值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值。
在一种可能的实施方式中，所述行驶路况为上坡；所述任一电池为能量电池；所述基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，包括：采集油门开度和行驶速度，通过油门开度、行驶速度与能量电池的功率对应关系确定能量电池的期望功率值的范围的预测值；基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数；基于所述期望功率值的范围的预测值和期望功率值的范围的系数的积确定所述能量电池的期望功率值的范围。
在一种可能的实施方式中，所述基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数，包括：基于上坡的坡度与能量电池的氢燃料消耗与电能的转换系数对应关系确定期望功率值的范围的系数。
作为本申请的第二方面，还提供了一种多能量源的燃料电池系统能量管理的系统，包括：期望功率计算模块、氢燃料消耗查找模块和功率分配模块，其中，所述期望功率计算模块用于基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，所述行驶路况包括上坡、平路拥堵路段、平路机非混行路段、平路交叉路口较多的路段和平路畅通路段；所述氢燃料消耗查找模块用于当整车的目标功率值确定时，基于燃料电池的氢耗率特性和所述任一电池的期望功率值的范围查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值；所述功率分配模块用于基于整车的目标功率值、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值分配燃料电池、能量电池和功率电池的输出功率。
在一种可能的实施方式中，所述基于燃料电池的氢耗率特性和所述任一电池的期望功率值的范围查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，包括：基于能量电池和功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数将能量电池和功率电池的不同的目标功率值等效为氢燃料消耗；基于所述等效为氢燃料消耗和燃料电池的氢耗率特性建立氢燃料总消耗表达式；基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型；基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，所述燃料电池的目标功率值不超过燃料电池的最大输出功率。
在一种可能的实施方式中，所述基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型，包括：通过从0到燃料电池的最大输出功率范围内查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值；在查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值的同时，查找所述任一电池的不同的目标功率值，所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，基于所述任一电池的所述期望功率值的范围，当能量电池和功率电池中另一电池超出最大输出功率，则舍弃掉查找到的所述任一电池的目标功率值，继续查找下一所述任一电池的目标功率值，构建出基于氢燃料总消耗、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系曲面；所述基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，包括：找到该曲面的最小值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值。
在一种可能的实施方式中，所述行驶路况为上坡；所述任一电池为能量电池；所述基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，包括：采集油门开度和行驶速度，通过油门开度、行驶速度与能量电池的功率对应关系确定能量电池的期望功率值的范围的预测值；基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数；基于所述期望功率值的范围的预测值和期望功率值的范围的系数的积确定所述能量电池的期望功率值的范围。
在一种可能的实施方式中，所述基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数，包括：基于上坡的坡度与能量电池的氢燃料消耗与电能的转换系数对应关系确定期望功率值的范围的系数。
有益效果：通过基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围；当整车的目标功率值确定时，基于燃料电池的氢耗率特性和所述任一电池的期望功率值的范围查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值；基于整车的目标功率值、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值分配燃料电池、能量电池和功率电池的输出功率。实现在不同路况中，进行能量电池、功率电池和燃料电池之间的功率分配，以最低氢燃料消耗满足不同路况下整车的功率需求。
本申请的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本申请的实践中得到教导。本申请的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本申请，而不能理解为对本申请的保护范围的限制。
图1是本申请系统流程图；
图2是本申请系统结构图。
附图标记中：1、期望功率计算模块；2、氢燃料消耗查找模块；3、功率分配模块。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
如图1所示，本实施例提供了一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法，包括如下步骤：
S1、基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，所述行驶路况包括上坡、拥堵路段、机非混行路段、交叉路口较多的路段、盘山公路和畅通路段。
在一些实施例中，所述行驶路况包括上坡；所述任一电池为能量电池；所述基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，包括：采集油门开度和行驶速度，通过油门开度、行驶速度与能量电池的功率对应关系确定能量电池的期望功率值的范围的预测值；基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数；基于所述期望功率值的范围的预测值和期望功率值的范围的系数的积确定所述能量电池的期望功率值的范围。
在一些实施例中，行驶路况为平路拥堵路段、平路机非混行路段、平路交叉路口较多的路段和畅通路段的路况时，这样的行驶路况复杂，更多的去使用功率电池来快速提高功率输出，通过采集在单位时间内的变化频次和功率变化幅度，预测功率电池的期望功率值的范围。例如，车辆自身可以通过传感器感知自己目前在平路行驶，且通过导航或其他手段可知当前行驶在平路拥堵路段，在单位时间内的功率变化频次超过一定预设值且其中最大的功率变化幅度超过一定预设值，采集在单位时间内的功率变化频次和功率变化幅度，通过查询与在单位时间内的功率变化频次和功率变化幅度对应的功率电池期望功率范围表获取功率电池的期望功率值的范围。功率电池期望功率范围表中，在单位时间内，更高的功率变化频次和功率变化幅度，对应着功率电池更大的期望功率范围，以增大功率电池承担更多的输出功率，例如，功率变化频度为3次/分钟时，对应着功率电池期望功率范围-50kw~50kw；频度为1次/分钟时，对应着功率范围为-30kw~30kw。也可以通过增大功率电池期望功率范围减小能量电池的期望功率范围。
在一些实施例中，通过手机导航可知当前行驶路况畅通，采集在单位时间内的功率变化频次和功率变化幅度，通过查询与在单位时间内的功率变化频次和功率变化幅度对应的功率电池期望功率范围表获取功率电池的期望功率值的范围，更低的功率变化频次和功率变化幅度，对应着功率电池更小的期望功率范围，以降低功率电池在此工况下的负担，延长功率电池的寿命，提高系统效率。
S2、当整车的目标功率值确定时，基于燃料电池的氢耗率特性和所述任一电池的期望功率值的范围查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，其中氢耗率特性为燃料电池在不同的输出功率下，氢耗率多少的对应关系，燃料电池通过消耗氢燃料为整车提供能量。
在一些实施例中，所述基于燃料电池的氢耗率特性和所述任一电池的期望功率值的范围查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，包括：基于能量电池和功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数将能量电池和功率电池的不同的目标功率值等效为氢燃料消耗，例如，Q1=(P1+(P1/U1)2R1)/（f1×K），式中，Q1为能量电池的等效氢燃料消耗，P1为能量电池的目标功率值，R1为能量电池的内阻，U1为能量电池的输出电压，f1为能量电池的氢燃料消耗与电能的转换系数，K为1kg氢气所具有的热值，热值单位为kwh；同理Q2=(P2+(P2/U2)2R2)/（f2×K），式中，Q2为功率电池的等效氢燃料消耗，P2为功率电池的目标功率值，R2为功率电池的内阻，U2为功率电池的输出电压，f2为功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数，K为1kg氢气所具有的热值，热值单位为kwh；基于所述等效为氢燃料消耗和燃料电池的氢耗率特性建立氢燃料总消耗表达式，Q4=Q1+Q2+Q3，式中，Q4为氢燃料总消耗，Q1为能量电池的等效氢燃料消耗，Q2为功率电池的等效氢燃料消耗，Q3为燃料电池基于氢耗率特性的氢燃料消耗，其中Q3=P3/（f3×K），f3为燃料电池在输出功率为P3下的系统效率，P3为燃料电池的目标功率值，其中K为1kg氢气所具有的热值，热值单位为kwh，即燃料电池的目标功率值P3对应的氢燃料消耗Q3，当任一电池为能量电池时，功率电池的目标功率值等于整车的目标功率值减去燃料电池的目标功率值和能量电池的目标功率值，即P2=P4-P1-P3，式中，P4为整车的目标功率值，P1为能量电池的目标功率值，P3为燃料电池的目标功率值，P2为功率电池的目标功率值，当任一电池为功率电池时，能量电池的目标功率值等于整车的目标功率值减去燃料电池的目标功率值和功率电池的目标功率值，P1=P4-P2-P3，式中，P4为整车的目标功率值，P1为能量电池的目标功率值，P3为燃料电池的目标功率值，P2为功率电池的目标功率值；基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型；基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，所述燃料电池的目标功率值不超过燃料电池的最大输出功率，燃料电池的最大输出功率是燃料电池系统自身的特性，因此，最大输出功率会根据当前燃料电池所处的环境和状态而变化。
在一些实施例中，能量电池的当前内阻R1可基于能量电池的总线电压和能量电池的当前电流得出，能量电池的当前内阻R1根据公式U能=U-I能R1，对I能求导即为当前内阻R1，其中，U能为能量电池的总线电压，即输出电压，I能为能量电池的当前电流，R1为能量电池的内阻；U为电池理论开路电压；同理功率电池的当前内阻R2可基于功率电池的总线电压和功率电池的当前电流得出；基于能量电池的当前内阻和查表确定的能量电池的当前电阻确定能量电池的目标内阻R1，同理，基于功率电池的当前内阻和查表确定的功率电池的当前电阻确定功率电池的目标内阻R2；其中查表电阻基于实时能量电池和功率电池不同的电池温度下，能量电池或功率电池的荷电状态（SOC）与能量电池或功率电池的内阻对应表获取；获取所述当前电阻与所述查表电阻的差的绝对值，确定为偏差值；当所述偏差值大于预设偏差阈值，确定能量电池和功率电池的当前电阻为目标内阻R1和R2，当所述偏差值小于预设偏差阈值，确定所述查表电阻为目标内阻R1和R2，目标内阻即为上述中用于氢燃料消耗等效计算的内阻。这样获取的能量电池的内阻和功率电池的内阻能够很好的适应电池老化后的情况，使能量电池的内阻和功率电池的目标内阻准确，从而使氢燃料消耗等效计算准确。
在一些实施例中，所述基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型，包括：通过从0到燃料电池的最大输出功率范围内查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值；在查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值的同时，查找所述任一电池的不同的目标功率值，所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，基于所述任一电池的所述期望功率值的范围，当能量电池和功率电池中另一电池超出最大输出功率，则舍弃掉查找到的所述任一电池的目标功率值，继续查找下一所述任一电池的目标功率值，构建出基于氢燃料总消耗、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系曲面；所述基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，包括：找到该曲面的最小值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，而该曲面的最小值对应的燃料电池的目标功率值不超过燃料电池此时允许的最大输出功率。
在一些实施例中，所述基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数，包括：基于上坡的坡度与能量电池的氢燃料消耗与电能的转换系数对应关系确定期望功率值的范围的系数。在步骤S1中，基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数，而在步骤S2中，基于能量电池和功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数将能量电池和功率电池的不同的目标功率值等效为氢燃料消耗，也就是是说在上坡路况中可以通过将基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数转换为基于上坡的坡度与能量电池的氢燃料消耗与电能的转换系数对应关系确定期望功率值的范围的系数，不仅可以统一变量，还能在上坡路况下使能量电池承担更多的长时能量输出，使能量电池的期望功率值的范围表示更准确。
在一些实施例中，上述所述行驶路况包括需求功率变化频繁且幅度超过预设值时，期望给功率电池分配更多的期望功率值，也可以基于功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数，增大功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数以使功率电池承担更多的电池功率部分。
在一些实施例中，当能量电池和功率电池其中一个电池的温度较高时，可以降低该电池对应的氢燃料消耗与电能的转换系数，可以降低该电池承担的功率，以减轻其发热程度，提高电池寿命和可靠性。或者当某个电池劣化较多时，也可以降低该电池对应的氢燃料消耗与电能的转换系数，以降低对该电池的使用程度，延长其寿命。能量电池和功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数均可通过查询和电池温度相关的参数表，可以得到对应的氢燃料消耗与电能的转换系数。能量电池或功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数增大，能量电池或功率电池的等效氢燃料消耗就会减小，曲线的形状会变化，最低点的位置会变化。
S3、基于整车的目标功率值、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值分配燃料电池、能量电池和功率电池的输出功率。
在一些实施例中，当通过基于氢燃料总消耗、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系曲面找到该曲面的最小值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值时，通过整车的目标功率值等于燃料电池的目标功率值、能量电池的目标功率值和功率电池的目标功率值之和的关系来计算最后一个电池的未知目标功率值，这里燃料电池的目标功率值等于上述S2中氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值，能量电池的输出功率等于能量电池的目标功率值，功率电池的输出功率等于功率电池的目标功率值，例如当任一电池为能量电池时，通过整车的目标功率值等于燃料电池的目标功率值、能量电池的目标功率值和功率电池的目标功率值之和的关系来计算功率电池的目标功率值，当任一电池为功率电池时，通过整车的目标功率值等于燃料电池的目标功率值、能量电池的目标功率值和功率电池的目标功率值之和的关系来计算能量电池的目标功率值。将燃料电池的目标功率值、能量电池的目标功率值和功率电池的目标功率值用于控制实际输出功率。
通过基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，所述行驶路况包括上坡、平路拥堵路段、平路机非混行路段、平路交叉路口较多的路段和平路畅通路段；当整车的目标功率值确定时，基于燃料电池的氢耗率特性和所述任一电池的期望功率值的范围查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值；基于整车的目标功率值、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值分配燃料电池、能量电池和功率电池的输出功率。实现在不同路况中，进行能量电池、功率电池和燃料电池之间的功率分配，以最低氢燃料消耗满足不同路况下整车的功率需求。
如图2，本实施例还提供了一种多能量源的燃料电池系统能量管理的系统，包括：期望功率计算模块1、氢燃料消耗查找模块2和功率分配模块3，其中，所述期望功率计算模块1用于基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，所述行驶路况包括上坡、拥堵路段、机非混行路段、交叉路口较多的路段、盘山公路和畅通路段；所述氢燃料消耗查找模块2用于当整车的目标功率值确定时，基于燃料电池的氢耗率特性和所述任一电池的期望功率值的范围查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值；所述功率分配模块3用于基于整车的目标功率值、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值分配燃料电池、能量电池和功率电池的输出功率。
在一些实施例中，所述基于燃料电池的氢耗率特性和所述任一电池的期望功率值的范围查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，包括：基于能量电池和功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数将能量电池和功率电池的不同的目标功率值等效为氢燃料消耗；基于所述等效为氢燃料消耗和燃料电池的氢耗率特性建立氢燃料总消耗表达式；基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型；基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，所述燃料电池的目标功率值不超过燃料电池此时允许的最大输出功率。
在一些实施例中，所述基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型，包括：通过从0到燃料电池的最大输出功率范围内查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值；在查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值的同时，查找所述任一电池的不同的目标功率值，所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，基于所述任一电池的所述期望功率值的范围，当能量电池和功率电池中另一电池超出最大输出功率，则舍弃掉查找到的所述任一电池的目标功率值，继续查找下一所述任一电池的目标功率值，构建出基于氢燃料总消耗、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系曲面；所述基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，包括：找到该曲面的最小值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值。
在一些实施例中，所述行驶路况为上坡；所述任一电池为能量电池；所述基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，包括：采集油门开度和行驶速度，通过油门开度、行驶速度与能量电池的功率对应关系确定能量电池的期望功率值的范围的预测值；基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数；基于所述期望功率值的范围的预测值和期望功率值的范围的系数的积确定所述能量电池的期望功率值的范围。
在一些实施例中，所述基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数，包括：基于上坡的坡度与能量电池的氢燃料消耗与电能的转换系数对应关系确定期望功率值的范围的系数。
最后说明的是，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者等同替换，而不脱离本申请技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，所述行驶路况包括上坡、拥堵路段、机非混行路段、交叉路口较多的路段、盘山公路和畅通路段；其中，通过采集在单位时间内的变化频次和功率变化幅度，预测功率电池的期望功率值的范围；
S2、当整车的目标功率值确定时，基于能量电池和功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数将能量电池和功率电池的不同的目标功率值等效为氢燃料消耗；基于所述等效为氢燃料消耗和燃料电池的氢耗率特性建立氢燃料总消耗表达式；基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型；基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，所述燃料电池的目标功率值不超过燃料电池此时允许的最大输出功率；
S3、基于整车的目标功率值、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值分配燃料电池、能量电池和功率电池的输出功率。
2.根据权利要求1所述的一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法，其特征在于，所述基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型，包括：通过从0到燃料电池的最大输出功率范围内查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值；在查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值的同时，查找所述任一电池的不同的目标功率值，所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，基于所述任一电池的所述期望功率值的范围，当能量电池和功率电池中另一电池超出最大输出功率，则舍弃掉查找到的所述任一电池的目标功率值，继续查找下一所述任一电池的目标功率值，构建出基于氢燃料总消耗、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系曲面；所述基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，包括：找到该曲面的最小值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值。
3.根据权利要求1所述的一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法，其特征在于，所述行驶路况为上坡；所述任一电池为能量电池；所述基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，包括：采集油门开度和行驶速度，通过油门开度、行驶速度与能量电池的功率对应关系确定能量电池的期望功率值的范围的预测值；基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数；基于所述期望功率值的范围的预测值和期望功率值的范围的系数的积确定所述能量电池的期望功率值的范围。
4.根据权利要求3所述的一种多能量源的燃料电池系统能量管理的方法，其特征在于，所述基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数，包括：基于上坡的坡度与能量电池的氢燃料消耗与电能的转换系数对应关系确定期望功率值的范围的系数。
5.一种多能量源的燃料电池系统能量管理的系统，其特征在于，包括：期望功率计算模块、氢燃料消耗查找模块和功率分配模块，其中，所述期望功率计算模块用于基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，所述行驶路况包括上坡、拥堵路段、机非混行路段、交叉路口较多的路段、盘山公路和畅通路段；所述期望功率计算模块通过采集在单位时间内的变化频次和功率变化幅度，预测功率电池的期望功率值的范围；所述氢燃料消耗查找模块用于当整车的目标功率值确定时，基于能量电池和功率电池的氢燃料消耗与电能的转换系数将能量电池和功率电池的不同的目标功率值等效为氢燃料消耗；基于所述等效为氢燃料消耗和燃料电池的氢耗率特性建立氢燃料总消耗表达式；基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型；基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，所述燃料电池的目标功率值不超过燃料电池此时允许的最大输出功率；所述功率分配模块用于基于整车的目标功率值、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值分配燃料电池、能量电池和功率电池的输出功率。
6.根据权利要求5所述的一种多能量源的燃料电池系统能量管理的系统，其特征在于，所述基于氢燃料总消耗表达式、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值构建整车的目标功率值确定时氢燃料总消耗与燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系模型，包括：通过从0到燃料电池的最大输出功率范围内查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值；在查找燃料电池的每个目标功率值对应的氢燃料消耗值的同时，查找所述任一电池的不同的目标功率值，所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，基于所述任一电池的所述期望功率值的范围，当能量电池和功率电池中另一电池超出最大输出功率，则舍弃掉查找到的所述任一电池的目标功率值，继续查找下一所述任一电池的目标功率值，构建出基于氢燃料总消耗、燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值的关系曲面；所述基于关系模型查找氢燃料消耗最低值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值，且所述任一电池的目标功率值不超过所述期望功率值的范围，包括：找到该曲面的最小值对应的燃料电池的目标功率值和所述任一电池的目标功率值。
7.根据权利要求5所述的一种多能量源的燃料电池系统能量管理的系统，其特征在于，所述行驶路况为上坡；所述任一电池为能量电池；所述基于行驶路况预测能量电池和功率电池中任一电池的期望功率值的范围，包括：采集油门开度和行驶速度，通过油门开度、行驶速度与能量电池的功率对应关系确定能量电池的期望功率值的范围的预测值；基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数；基于所述期望功率值的范围的预测值和期望功率值的范围的系数的积确定所述能量电池的期望功率值的范围。
8.根据权利要求7所述的一种多能量源的燃料电池系统能量管理的系统，其特征在于，所述基于上坡的坡度与能量电池的功率对应关系确定期望功率值的范围的系数，包括：基于上坡的坡度与能量电池的氢燃料消耗与电能的转换系数对应关系确定期望功率值的范围的系数。
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