CN117227582A - 燃料电池车辆的电池控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池车辆的电池控制系统和方法，包括电池、燃料电池和控制器。电池提供车辆的驱动能量。燃料电池提供车辆的驱动能量或给电池充电。控制器估计燃料电池的劣化度、基于燃料电池的劣化度来推导电池的SOC值的变化率，并且根据推导的电池的SOC值的变化率来改变电池的充电控制因子或放电控制因子。

Description

燃料电池车辆的电池控制系统和方法
技术领域
本公开一般涉及燃料电池车辆的电池控制系统和方法，更具体地，涉及这样的燃料电池车辆电池控制系统和方法，其能够基于燃料电池的劣化度(degree ofdeterioration)来推导电池的荷电状态(SOC)值的变化率，并且根据推导的电池SOC值的变化率来改变电池的充电控制因子或放电控制因子，防止电池过充电或过放电。
背景技术
近来，由于内燃机(ICE)车辆的环境问题，环保型车辆诸如电动车辆(EV)的普及正在扩大。通常，EV是指使用利用电能致动的电机的驱动力推进的车辆。
这样的EV可包括混合动力电动车辆(HEV)(其除常规ICE之外，还从使用充入车辆高压电池中的电能的电机产生驱动力)和燃料电池电动车辆(FCEV)(其从使用由燃料电池产生的电能的电机产生驱动力)等。
设置在燃料电池车辆中的燃料电池是通过从外部来源接收氢气和空气，通过燃料电池堆内的电化学反应产生电能的装置。燃料电池具有约-1V至约1.2V的输出电压。
这样的燃料电池具有环保的优点，但存在难以快速供电以应对车辆功率变化的问题。
由此，为了应对车辆的输出功率的变化，燃料电池车辆通常搭载高压电池(在下文中称为“电池”)，用于提供电机的驱动力。
换句话说，燃料电池车辆中的燃料电池相当于主动力源，其通过由电化学反应产生电能来为燃料电池车辆提供驱动能量，而电池相当于辅助动力源，其与作为主动力源的燃料电池一起提供燃料电池车辆的驱动能量。
此外，由燃料电池产生的电能被配置成供应给车辆的负载或电池，以驱动负载或给电池充电。当车辆的负载快速增加时(例如，当需要高输出功率时)，充入电池中的电能从电池中放电，以补充燃料电池车辆的驱动能量。
同时，设置在燃料电池车辆中的电池可储存在车辆滑动(或滑行行驶)或减速行驶期间产生的再生制动能量。
此处，滑行是指当驾驶员在车辆行驶期间既未踩下加速踏板也未踩下制动踏板时，车辆根据当前速度靠惯性移动的状态，而减速行驶是指在车辆行驶期间由驾驶员踩下制动踏板，车辆在快速减速时移动的状态。
此外，在再生制动中，当车辆滑动或制动踏板被踩下时，已供应至电机的功率被切断，但通过由于移动车辆的惯性的车轮旋转，由电机产生反电动势。当反电动势施加到电机时，在电机中出现反向转矩(即，再生制动转矩)，产生车辆的制动力。
这样的再生制动回收原本被浪费的能量，从而达到提高燃料效率的效果。再生制动应用于大多数商用车辆。燃料电池车辆中的再生制动能量用于给电池充电。
同时，电池当过充电时有爆炸的危险。当过放电时，高电压电池内部的内部电极(即，阴极和阳极)可能会由于硫酸盐化而永久损坏，使得电池无法再使用。
对此，为了确保燃料电池车辆中电池的耐久性，通过设定电池的SOC值的下限和上限来管理电池，使得其SOC保持在合适的水平。
换句话说，在预定情况下，诸如当电池的SOC值达到上限时(在下文中称当“电池过充电”时)，或者当电池的SOC值达到下限时(在下文中称“电池过放电”时)，电池的充电或放电受到限制。
当电池过充电时，电池不能再储存再生制动能量，并且由此再生制动中断。此时，车辆空载并且加速，由此车辆的行驶质量下降。随着再生制动中断，燃料效率会降低，这是有问题的。
在电池的过放电中，当车辆的负载快速增加，例如，需要瞬时高功率时，无法从电池获得所需的输出功率量。在这种情况下，应仅使用燃料电池的输出功率来提供燃料电池车辆的驱动能量，由此车辆的电机可能无法提供足够的瞬时所需的电压，从而使车辆的加速性能下降。
因此，急需提供能够防止如上所述电池的充电或放电受到限制的特殊情况的技术。
包括在本公开的此背景中的信息仅用于增强对本公开的一般背景的理解，并且不可被视为承认或以任何形式暗示此信息形成本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本公开的各个方面旨在提供一种燃料电池车辆的电池控制系统和方法，其能够基于燃料电池的劣化度来推导电池的SOC值的变化率，并且根据推导的电池的SOC值的变化率来改变电池的充电控制因子或放电控制因子，防止电池过充电或过放电。
为了获得上述目的中的至少一个，根据本公开的示例性实施方式提供一种燃料电池车辆的电池控制系统。电池控制系统可包括：电池，其提供车辆的驱动能量；燃料电池，其提供车辆的驱动能量或给电池充电；和控制器，其被配置成估计燃料电池的劣化度、基于燃料电池的劣化度来推导电池的SOC值的变化率，并且根据推导的电池的SOC值的变化率来改变电池的充电控制因子或放电控制因子。
控制器可基于燃料电池的操作时间或燃料电池的I-V特性曲线来估计燃料电池的劣化度。
控制器可被配置成基于燃料电池的I-V特性曲线来确定燃料电池的劣化度。燃料电池的劣化度可为基于在预定参考电流下测量的燃料电池的电压来估计的。
预定参考电流可为在具有新鲜状态的燃料电池的上限电压下测量的电流。
控制器可将基于燃料电池的操作时间或燃料电池的I-V特性曲线估计的燃料电池的劣化度划分为多个劣化区间，并且在每个劣化区间推导电池的SOC值的变化率。
控制器可基于燃料电池的劣化度来推导电池的SOC值的第一变化率，在车辆行驶时测量电池的当前SOC值，并且根据在车辆行驶期间测量的电池的当前SOC值与预定参考值之间的差来推导电池的SOC值的第二变化率。
控制器可基于推导的电池的SOC值的第一变化率和推导的电池的SOC值的第二变化率来推导电池的SOC值的第三变化率。
控制器可根据电池的SOC值的第一变化率来改变电池的充电控制因子，并且根据电池的SOC值的第三变化率来改变电池的放电控制因子。
电池的充电控制因子可为燃料电池的上限电压，并且电池的放电控制因子可为电池的输出量。
控制器可通过调整电池的输出和燃料电池的输出的比率或者调整电池的上限电压来改变电池的输出量。
根据本公开的示例性实施方式，提供一种燃料电池车辆的电池控制方法。电池控制方法可包括：由控制器估计燃料电池的劣化度；由控制器基于燃料电池的劣化度来推导电池的SOC值的变化率；和由控制器根据推导的电池的SOC值的变化率来改变电池的充电控制因子或放电控制因子。
在估计燃料电池的劣化度时，控制器可基于燃料电池的操作时间和燃料电池的I-V特性曲线来估计燃料电池的劣化度。
推导电池的SOC值的变化率可包括：由控制器基于燃料电池的劣化度来推导电池的SOC值的第一变化率；由控制器在车辆行驶时测量电池的当前SOC值，并且由控制器根据在车辆行驶时测量的电池的当前SOC值与预定参考值之间的差来推导电池的SOC值的第二变化率；和由控制器基于电池的SOC值的第一变化率和电池的SOC值的第二变化率推导电池的SOC值的第三变化率。
在改变电池的充电控制因子或放电控制因子时，控制器根据电池的SOC值的第一变化率来改变电池的充电控制因子，并且根据电池的SOC值的第三变化率来改变电池的放电控制因子。
在改变电池的充电控制因子或放电控制因子时，控制器可改变燃料电池的上限电压或改变电池的输出量。
根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统和方法具有以下效果。
第一，可以基于燃料电池的劣化度来推导电池的SOC值的变化率，并且根据推导的电池的SOC值的变化率来改变电池的充电控制因子或放电控制因子，防止电池过充电或过放电。
第二，可以将电池的SOC值的变化率的原因分为燃料电池的劣化度或车辆的行驶模式，并且响应于相应的情况改变电池的充电控制因子或放电控制因子，稳定地调整电池的SOC值。
第三，可以通过稳定地调整电池的SOC值来防止电池过充电或过放电，防止因停止再生制动而导致的车辆的燃料效率降低和加速性能降低的问题。
本公开的方法和设备具有其它特征和优点，这些特征和优点将在并入本文的附图和以下具体实施方式中显而易见或更详细地阐述，附图和具体实施方式一起用于解释本公开的某些原理。
附图说明
图1为示出根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统的框图；
图2为示出根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制方法的流程图；
图3为示出燃料电池的I-V特性曲线的图表；
图4为示出基于燃料电池的I-V特性曲线估计的燃料电池的劣化度的图表；
图5为示出基于燃料电池的I-V特性曲线估计并且划分为多个劣化区间的燃料电池的劣化度的表格；
图6为示出基于燃料电池的操作时间估计并且划分为多个劣化区间的燃料电池的劣化度的表格；
图7为示出在图5和图6中划分的各个劣化区间中分别推导的电池的SOC值的变化率的表格；
图8为示出根据在车辆行驶期间测量的电池的当前SOC值推导的电池的SOC值的第二变化率的表格；
图9为示出电池的充电控制因子的变化的表格；和
图10为示出电池的放电控制因子的变化的表格。
可以理解，附图不一定按比例绘制，而是呈现示出本公开的基本原理的各种特征的略微简化的表示。如本文包括的本公开的具体设计特征，包括例如具体尺寸、取向、位置和形状，将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。
在附图中，贯穿附图的若干图，附图标记是指本公开的相同或等同部分。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的各种实施方式，其示例在附图中说明并且在下文中描述。虽然将结合本公开的示例性实施方式来描述本公开，但是应当理解，本说明书并不旨在将本公开限制于本公开的那些示例性实施方式。另一方面，本公开旨在不仅覆盖本公开的示例性实施方式，而且覆盖各种替代、修改、等同物和其它实施方式，它们可包括在由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内。
在本说明书中，将另外理解术语“包含”、“包括”、“具有”等。当在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
此外，应当理解，尽管本文可使用序数术语诸如“第一”和“第二”来描述各种元件，但这些元件不可受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。
在本公开的描述中，当确定相关技术的详细描述将模糊本公开的要点时，将省略其详细描述。此外，附图仅旨在能够容易地理解本文公开的示例性实施方式，并且由此本文公开的技术思想不受附图限制，并且应当理解为包括包含在本公开的思想和技术范围内的所有改变、等同方式和替代方式。
根据本公开的示例性实施方式的控制器300可包括：与另一个控制器300或传感器通信以控制所承担功能的通信装置；存储操作系统、逻辑命令、输入/输出信息等的存储器；以及执行控制所承担功能所需的判断、计算、确定等的一个或多个处理器。
在下文中，将参考附图详细描述包括公开内容的若干实施方式的配置和操作原理。在所有附图中，相同或类似的组成元件被提供相同的附图标记，并且将省略其重复描述。
图1为示出根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统的框图，图2为示出根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制方法的流程图，图3为示出燃料电池200的I-V特性曲线的图表，图4为示出基于燃料电池200的I-V特性曲线估计的燃料电池200的劣化度的图表，图5为示出基于燃料电池200的I-V特性曲线估计并且划分为多个劣化区间的燃料电池200的劣化度的表格，图6为示出基于燃料电池200的操作时间估计并且划分为多个劣化区间的燃料电池200的劣化度的表格，图7为示出在图5和图6中划分的各个劣化区间中分别推导的电池100的SOC值的变化率的表格，图8为示出根据在车辆行驶期间测量的电池的当前SOC值推导的电池100的SOC值的第二变化率的表格，图9为示出电池100的充电控制因子的变化的表格，并且图10为示出电池100的放电控制因子的变化的表格。
参考图1，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统包括：电池100，其提供车辆的驱动能量；燃料电池200，其提供车辆的驱动能量或给电池100充电；以及控制器300，其被配置成估计燃料电池200的劣化度、基于燃料电池200的劣化度来推导电池100的荷电状态(SOC)值的变化率，并且根据推导的电池100的SOC值的变化率来改变电池100的充电控制因子或放电控制因子。
在根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统中，“电池100的SOC值”意指通过将电池100的当前可用容量除以电池100的总容量而表达为百分比(％)的值，并且通常缩写为SOC。当电池100的SOC值为100％时，这指示电池100充满电的状态。相反，当电池100的SOC值为0％时，这指示电池100完全耗尽的状态。
如图1所示，燃料电池车辆可包括向车辆的电机500提供驱动能量的燃料电池200、通过从燃料电池200接收功率来控制供应给车辆的负载600的功率的高压接线盒400等作为基本部件，并且可另外包括作为辅助动力源的电池100。
此处，车辆的负载600可被解释为包括需要被供电的高压部件，诸如车辆加热器、空调和冷却风扇。
如上文背景部分所述，在燃料电池车辆中，通常，通过设定电池100的SOC值的上限和下限，将电池100的SOC值管理为保持在合适的水平，以获得电池100的耐久性。
换句话说，当电池100过充电(即，电池100的SOC值已达到上限)时，电池100的充电受到限制。由此，再生制动停止，并且车辆的燃料效率降低。当电池100过放电(即，电池100的SOC值已达到下限)时，电池100的放电受到限制。由此，存在车辆的加速性能降低的问题。
由此，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统旨在由控制器300估计燃料电池200的劣化度、基于燃料电池200的劣化度来推导电池100的SOC值的变化率，并且根据推导的电池100的SOC值的变化率来改变电池100的充电控制因子或放电控制因子，以防止如上所述的电池100的充电或放电受到限制的特殊情况，防止车辆的燃料效率降低或加速性能降低的问题。
此处，估计燃料电池200的劣化度并且改变电池100的充电控制因子或放电控制因子的具体操作原理将在后面描述，首先描述“电池100的SOC值的变化率”。
如上所述，在燃料电池车辆中，设定电池100的SOC值的上限和下限，以将电池100的SOC值管理在适当的水平。在这种情况下，可将电池100的SOC值的上限和下限的中间值设为目标SOC，并且可对电池100的SOC值进行控制以保持目标SOC。
对此，通过将电池100的SOC值偏离目标值的程度量化为特定值，并且根据量化值改变电池100的充电控制因子或放电控制因子，可防止电池100的充电或放电受到限制的情况。
换句话说，根据本公开的示例性实施方式，“电池100的SOC值的变化率”可理解为通过将电池100的SOC值偏离目标值的程度量化而获得的特定值。
此外，在本说明书的以下描述中，为了更好地理解本公开，电池100的SOC值的变化率将根据图7、图8、图9和图10所示的等级(Level)来表达。
例如，电池100的SOC值与目标值相同的情况将表示为“0级”，电池100的SOC值大于目标值的情况将通过依次表达递增的正整数表示为“+1级”、“+2级”和“+3级”，并且电池100的SOC值小于目标值的情况将通过依次表达递减的负整数表示为“-1级”、“-2级”和“-3级”。
当电池100的SOC值的变化率对应于正整数时，控制器300可改变充电控制因子使得电池100的充电比例减小，并且改变放电控制因子使得电池100的放电比例增大。
相反，当电池100的SOC值的变化率对应于负整数时，控制器300可改变充电控制因子使得电池100的充电比例增大，并且改变放电控制因子使得电池100的放电比例减小。
换句话说，电池100的充电控制因子或放电控制因子可根据基于燃料电池200的劣化度如上推导的电池100的SOC值的变化率而改变，防止电池100的充电或放电受到限制的情况。
同时，如上所述，“电池100的SOC值的变化率”意指通过将电池100的SOC值偏离目标值的程度量化而获得的特定值。电池100的SOC值偏离目标值的程度可根据燃料电池200的劣化度而变化。
燃料电池200的劣化度为与燃料电池200的性能直接相关的因子。燃料电池200的劣化度越低，可确定燃料电池200的性能越高。当燃料电池200具有高性能时，燃料电池200可产生过量的电能以满足车辆所需的输出。当电池100被以当前方式产生的过量的电能充电时，电池100的SOC值可增加。
相反，当燃料电池200由于燃料电池200的高劣化度而具有低性能时，燃料电池200可能无法产生足够量的电能以满足车辆所需的输出。在这种情况下，电池100可放电以补充电能的不足部分，从而降低电池100的SOC值。
换句话说，电池100的SOC值可由于燃料电池200的劣化度而增加或降低，增加电池100的SOC值的变化率。
由此，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统旨在基于燃料电池200的劣化度来推导电池100的SOC值的变化率，并且根据推导的电池100的SOC值的变化率来改变电池100的充电控制因子或放电控制因子，以防止电池100过充电或过放电，防止因停止再生制动而导致的车辆的燃料效率降低或加速性能降低的问题。
在下文中，将描述估计燃料电池200的劣化度的具体操作原理。
图3为示出燃料电池200的I-V特性曲线的图表，并且图4为示出基于燃料电池200的I-V特性曲线估计的燃料电池200的劣化度的图表。
参考图3和图4，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统的控制器300可基于燃料电池200的操作时间或燃料电池200的I-V特性曲线来估计燃料电池200的劣化度。
当燃料电池200长时间使用时，燃料电池200的内部部件由于各种原因，诸如空气中的污染物、运行时反应气体供应不足、操作和停止的周期性重复、电解质膜的退化和不完善的运行条件而劣化。
换句话说，燃料电池200的劣化度通常可与燃料电池200的操作时间成比例。由此，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统基于燃料电池200的操作时间来估计燃料电池200的劣化度。
例如，当燃料电池200的操作时间相对较短时，可估计燃料电池200的劣化度较低。当燃料电池200的操作时间相对较长时，可估计燃料电池200的劣化较高。在这方面，在图6中，基于燃料电池200的操作时间估计的燃料电池200的劣化度被表达为被划分为燃料电池200的多个劣化区间。此处，被划分为多个劣化区间的燃料电池200的劣化度将在后面描述。
此外，可基于燃料电池200的I-V特性曲线确定燃料电池200的劣化度。“燃料电池200的I-V特性曲线”是指燃料电池200的性能曲线，并且将参考图3进行描述。
图3示出未劣化的燃料电池的电流-电压趋势曲线A和已劣化的燃料电池的电流-电压趋势曲线B。换句话说，在“燃料电池200的I-V特性曲线”中，I代表燃料电池200的电流，V代表燃料电池200的电压。
此外，未劣化的燃料电池指示具有新鲜状态或寿命初始(Beginning of Life，BOL)状态的初始燃料电池。劣化燃料电池可理解为随着劣化导致其寿命结束(End ofLife，EOL)而需要更换的燃料电池，或者处于寿命中期(Middle of Life，MOL)状态的逐渐从BOL状态转变为EOL状态的燃料电池。
参考图3，当电流相同时，可以理解，未劣化的燃料电池的电流-电压趋势曲线A位于已劣化的燃料电池的电流-电压趋势曲线B上方。
换句话说，与相同电流相比，劣化燃料电池的输出电压降低，从而出现电压降。由此，当通过将特定电流值设定为参考电流来测量输出电压时，可根据燃料电池200的输出电压降低的程度来估计燃料电池200的劣化度。
根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统的控制器300基于燃料电池200的I-V特性曲线来估计燃料电池200的劣化度。此处，可基于在预定参考电流下测量的燃料电池200的电压来估计燃料电池200的劣化度。在这种情况下，预定参考电流可表征为在新鲜状态的燃料电池200的上限电压下测量的电流。
在详细描述这个特征之前，为了更好地理解本公开，将描述燃料电池200的上限电压。
燃料电池车辆不仅可通过设定电池100的SOC值的上限和下限来将电池100的SOC值管理在合适的水平，而且可限制燃料电池200的输出电压，以获得燃料电池200的耐久性。
对燃料电池200的输出电压设定上限防止燃料电池200的输出电压过高。当燃料电池200的输出电压高于上限电压时，产生的过量功率用于给电池100充电。因此，燃料电池200的输出电压可保持不超过上限电压。
然而，在电池100的过充电时，由燃料电池200产生的电能会不再能储存在电池100中。由此，燃料电池200的输出电压会过高，从而使燃料电池200的耐久性和性能下降。例如，燃料电池200可劣化。
为了防止这种情况，可根据电池100的SOC值对燃料电池200的上限电压进行不同的控制。
例如，当电池100的SOC值接近上限时，燃料电池200的上限电压可增加，以降低用于电池100的充电的过量发电量。相反，当电池100的SOC值接近下限时，燃料电池200的上限电压可降低，增加用于电池100的充电的过量发电量。
随着用于电池100的充电的过量发电量以这种方式增加或降低，可调整电池100的SOC值。
同时，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统，基于在上述上限电压下测量的燃料电池200的输出电流来估计燃料电池200的劣化度。将参考图3和图4详细描述此特征。
在图3和图4中，C可指示燃料电池200的上限电压。在图3中，D可指示在高功率行驶的情况下燃料电池200的输出电流。在图4中，E可理解为指示在新鲜状态的燃料电池200的上限电压下测量的燃料电池200的输出电流。换句话说，根据本公开的示例性实施方式，预定参考电流可理解为对应于图4中的E。
同时，对应于大于图3中的D的输出电流的区域(即，图3中的D右侧的区域)，可以理解，未劣化的燃料电池200的输出电压与已劣化的燃料电池200的输出电压之间的差随着燃料电池200的输出电流的增加而减小。
换句话说，未劣化的燃料电池的电流-电压趋势曲线A与已劣化的燃料电池的电流-电压趋势曲线B之间的差随着推进燃料电池车辆的输出功率的增加而减小。由此，基于燃料电池200的I-V特性曲线，不容易区分燃料电池200的劣化度。因此，难以估计燃料电池200的劣化度。
相反，当图4中的E设定为参考电流时，可以理解，不仅未劣化的燃料电池的电流-电压趋势曲线A与已劣化的燃料电池的电流-电压趋势曲线B之间的差相对较大，而且即使在燃料电池200的输出电流大于E的情况下，未劣化的燃料电池的电流-电压趋势曲线A与已劣化的燃料电池的电流-电压趋势曲线B之间的差也或多或少地增加。
由此，与前述情况(即，基于图3中的D右侧的区域进行确定的情况)相比，当图4中的E设定为参考电流时，可更容易地基于燃料电池200的I-V特性曲线来区分燃料电池200的劣化度。
此外，在新鲜状态的燃料电池200的上限电压下测量的燃料电池200的输出电流是可通过多次实验预先推导的值。燃料电池200的输出电流可被处理成数据以储存在控制器300的内部存储器中，并且具有可容易地用作参考电流的优点。
接下来，将详细描述基于由控制器300估计的燃料电池200的劣化度来推导电池100的SOC值的变化率的操作原理。
图5为示出基于燃料电池200的I-V特性曲线估计并且划分为多个劣化区间的燃料电池200的劣化度的表格，图6为示出基于燃料电池200的操作时间估计并且划分为多个劣化区间的燃料电池200的劣化度的表格，图7为示出在图5和图6中划分的各个劣化区间中分别推导的电池100的SOC值的变化率的表格。
参考图5、图6和图7，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统的控制器300可将基于燃料电池200的操作时间或燃料电池200的I-V特性曲线估计的燃料电池200的劣化度划分为多个劣化区间，并且对于多个劣化区间中每一个，相应地推导电池100的SOC值的变化率。
在图5中，基于燃料电池200的I-V特性曲线，燃料电池200的输出电压包括四个劣化区间，包括“大于a”、“a～b”、“b～c”和“小于c”。在各个劣化区间中估计的燃料电池200的劣化度被表示为“F、G、H和I”。
此处，“a、b和c”与图4中说明的“a、b和c”相同。可以理解，从在新鲜状态的燃料电池200的上限电压下测量的燃料电池200的输出电流测量的输出电压包括四个劣化区间。
此外，在图6中，燃料电池200的操作时间包括四个劣化区间，包括“小于500(h)”、“500～1000(h)”、“1000～2000(h)”和“大于200(h)”，并且在各个劣化区间中估计的燃料电池200的劣化度被表示为“F、G、H和I”。
此外，在图7中，将图5中估计的燃料电池200的劣化度设为纵轴(通过FC I-V曲线估计)，并且将图6中估计的燃料电池200的劣化度设为横轴(通过FC操作时间估计)。此外，将电池100的SOC值的变化率(电池SOC的变化率)表示为等级。
此处，通过在燃料电池200的劣化度较小时，对电池100的SOC值的变化率赋予较大的正权重，表达为例如“+1级”、“+2级”和“+3级”。当燃料电池200的劣化度更大时，对电池100的SOC值的变化率赋予较大的负权重，表达为例如“-1级”、“-2级”和“-3级”。此外，当图5和图6中估计的燃料电池200的所有劣化度都为“H”时，电池100的SOC值与作为上限和下限的中间值的目标值(目标SOC)相同。在这种情况下，将电池100的SOC值的变化率表达为“0级”。
电池100的SOC值的变化率可通过将以这种方式基于燃料电池200的操作时间估计的燃料电池200的劣化度和以这种方式基于燃料电池200的I-V曲线估计的燃料电池200的劣化度划分为多个劣化区间，并且根据在各个劣化区间中估计的燃料电池200的劣化度赋予权重而推导。
作为参考，图5、图6和图7中被划分为多个劣化区间的各个劣化区间和各种数值仅是为了更好地理解本公开而进行的说明，并且可理解的是本公开的范围不受此限制。
同时，图8示出根据在车辆行驶期间测量的电池的当前SOC值推导的电池100的SOC值的第二变化率。
参考图8，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统的控制器300可基于燃料电池200的劣化度来推导电池100的SOC值的第一变化率，在车辆行驶期间测量电池100的当前SOC值，并且根据在车辆行驶期间测量的电池100的当前SOC值与预定参考值之间的差来推导电池100的SOC值的第二变化率。此外，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统的控制器300可基于以上推导的电池100的SOC值的第一变化率和第二变化率推导电池100的SOC值的第三变化率。
对电池100的SOC值的变化率有影响的因子不仅包括上述燃料电池200的劣化度，还包括“车辆的行驶模式”。
此处，车辆的行驶模式可理解为在各种情况下例如，不频繁使用车辆的空调系统(例如，空调或加热器)的情况下，车辆频繁重复行驶和停止的情况下，以及例如当车辆长时间下坡行驶时频繁执行再生制动的情况下的行驶模式。
在类似行驶模式的情况下，电池100的放电状态相对降低，或者给电池100充电的电能相对增加，从而增加电池100的SOC值。相反，在与行驶模式相反的情况下，电池100的放电状态相对增加，或者给电池100充电的电能相对降低，从而降低电池100的SOC值。
换句话说，当车辆在类似上述行驶模式的情况下长时间行驶时，电池100的SOC值的变化率增加。
然而，行驶模式必然根据车辆驾驶员而不同，并且由此，难以定量测量对电池100的SOC值的变化率的影响。
同时，当在车辆行驶期间测量电池100的当前SOC值时，可实时推导电池100的SOC值的变化率。此外，在车辆行驶期间实时推导的电池100的SOC值的变化率包括燃料电池200的劣化度和根据车辆的行驶模式的影响。
由此，可通过从在车辆行驶期间实时推导的电池100的SOC值的变化率中减去基于燃料电池200的劣化度来推导的电池100的SOC值的变化率来推导根据车辆的行驶模式的电池100的SOC值的变化率。
为此，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统的控制器300被配置成基于燃料电池200的劣化度来推导电池100的SOC值的第一变化率、根据在车辆行驶期间测量的电池100的当前SOC值推导电池100的SOC值的第二变化率，并且通过从电池100的SOC值的第二变化率中减去电池100的SOC值的第一变化率来推导电池100的SOC值的第三变化率。
换句话说，根据本公开的示例性实施方式，可以理解，“电池100的SOC值的第一变化率”意指基于燃料电池200的劣化度来推导的电池100的SOC值的变化率，“电池100的SOC值的第二变化率”意指在车辆行驶期间实时推导的电池100的SOC值的变化率，并且“电池100的SOC值的第三变化率”意指根据车辆的行驶模式的电池100的SOC值的变化率。
此处，电池100的SOC值的第二变化率可通过控制器300在车辆行驶期间测量电池100的当前SOC值，并且根据在车辆行驶期间测量的电池100的当前SOC值与预定参考值之间的差来推导。
此外，“预定参考值”可理解为目标值(目标SOC)，即电池100的SOC值的上限和下限的中间值。
因此，根据车辆的行驶模式的电池100的SOC值的变化率(即，电池100的SOC值的第三变化率)可通过从如上所述的电池100的SOC值的第二变化率中减去电池100的SOC值的第一变化率来推导。
因此，可以明确区分对电池100的SOC值的变化率有影响的因子，并且由此根据这些因子对影响进行不同的控制，从而更有效地防止电池100的过充电或过放电。
图9为示出电池100的充电控制因子的变化的表格，图10为示出电池100的放电控制因子的变化的表格。
参考图9和图10，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统的控制器300可根据电池100的SOC值的第一变化率来改变电池100的充电控制因子，并且根据电池100的SOC值的第三变化率来改变电池100的放电控制因子。
此处，电池100的充电控制因子可表征为燃料电池200的上限电压，并且电池100的放电控制因子可表征为电池100的输出量。
换句话说，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统的控制器300可根据电池100的SOC值的第一变化率来改变燃料电池200的上限电压，并且根据电池100的SOC值的第三变化率来改变电池100的输出量。
此处，可通过调整电池100的的输出与燃料电池200的输出的比率或调整电池100的上限电压来改变电池100的输出量。
如上所述，“电池100的SOC值的第一变化率”意指基于燃料电池200的劣化度来推导的电池100的SOC值的变化率，并且“电池100的SOC值的第三变化率”意指根据车辆的行驶模式的电池100的SOC值的变化率。
换句话说，根据本公开的示例性实施方式，当基于燃料电池200的劣化度来推导电池100的SOC值的变化率时，控制器300可通过改变燃料电池200的上限电压来改变电池100的输出量。当电池100的SOC值的变化率基于车辆的行驶模式时，控制器300可通过调整电池100的输出与燃料电池200的输出的比率或调整电池100的上限电压来改变电池100的输出量。在下文中，将参考图9和图10更详细地描述这些特征。
当在图9中的J方向上执行控制时，燃料电池200的劣化度相对较低，并且电池100的SOC值相对较高。由此，可以理解，执行控制以通过增加燃料电池200的上限电压来降低给电池100充电的电能。
相反，当在图9中的K方向上执行控制时，燃料电池200的劣化度相对较高，并且电池100的SOC值相对较低。由此，可以理解，执行控制以通过降低燃料电池200的上限电压来增加给电池100充电的电能。
当在图10中的L方向上执行控制时，车辆的行驶模式对应于增加电池100的SOC值的行驶情况，并且电池100的放电状态相对较小。由此，可以理解，执行控制以通过增加电池100的输出量来增加从电池100放电的电能。
相反，当在图10中的M方向上执行控制时，车辆的行驶模式对应于降低电池100的SOC值的行驶情况，并且电池100的放电状态相对较大。由此，可以理解，执行控制以通过降低电池100的输出量来降低从电池100放电的电能。
同时，设置在燃料电池车辆中的电池100用作辅助动力源。在图10中，示出通过调整电池100的输出与燃料电池200的输出的比率来改变电池100的输出量。
然而，这仅仅是为了更好地理解本公开而说明的，并且可以理解的是本公开的范围不受此限制。换句话说，可替代地，可通过调整电池100的上限电压来改变电池100的输出量。
因此，通过以这种方式改变电池100的充电控制因子或放电控制因子，可以防止电池100过充电或过放电。
图2为示出根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制方法的流程图。
参考图2，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制方法包括：由控制器估计燃料电池的劣化度的步骤S100；由控制器基于燃料电池的劣化度来推导电池的SOC值的变化率的步骤S210、S220和S230；以及由控制器根据推导的电池的SOC值的变化率来改变电池的充电控制因子或放电控制因子的步骤S310和S320。
在根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制方法中，估计燃料电池的劣化度的步骤S100可由控制器基于燃料电池的操作时间和燃料电池的I-V特性曲线来确定燃料电池的劣化度。
此外，在根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制方法中，推导电池的SOC值的变化率的步骤S210、S220和S230可包括：由控制器基于燃料电池的劣化度来推导电池的SOC值的第一变化率的步骤S210；由控制器在车辆行驶时测量电池的当前SOC值，并且由控制器根据在车辆行驶期间测量的电池的当前SOC值与预定参考值之间的差来推导电池的SOC值的第二变化率的步骤S220；以及由控制器基于电池的SOC值的第一变化率和电池的SOC值的第二变化率来推导电池的SOC值的第三变化率的步骤S230。
同时，在根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制方法中，改变电池的充电控制因子或放电控制因子的步骤S310和S320可由控制器根据步骤S310中电池的SOC值的第一变化率来改变电池的充电控制因子，并且由控制器根据步骤S320中电池的SOC值的第三变化率来改变电池的放电控制因子。
此外，在根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制方法中，改变电池的充电控制因子或放电控制因子的步骤S310和S320可由控制器在步骤S310中改变燃料电池的上限电压，或在步骤S320中改变电池的输出量。
在根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的上述电池控制方法的步骤中的每一步中，由控制器300执行的具体控制方法和具体操作原理与以上根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统中所述的相同，并且将省略其重复描述。
如以上所阐述的，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的电池控制系统和方法可基于燃料电池200的劣化度来推导电池100的SOC值的变化率，根据推导的电池100的SOC值的变化率来改变电池100的充电控制因子或放电控制因子，将电池100的SOC值的变化率的原因分为燃料电池200的劣化度或车辆的行驶模式，并且响应于相应的情况改变电池100的充电控制因子或放电控制因子。由此，具有能够稳定地调整电池100的SOC值的效果。
因此，能够防止电池100过充电或过放电，防止因停止再生制动而导致的车辆的燃料效率降低和加速性能降低的问题。
此外，与控制装置相关的术语，诸如“控制器”、“控制设备”、“控制单元”、“控制装置”、“控制模块”或“服务器”等，是指包括存储器和处理器的硬件装置，该处理器被配置成执行被解释为算法结构的一个或多个步骤。存储器储存算法步骤，并且处理器执行算法步骤以执行根据本公开的各种示例性实施方式的方法的一个或多个过程。根据本公开的示例性实施方式的控制装置可通过被配置成储存用于控制车辆的各种部件的操作的算法或者关于用于执行算法的软件命令的数据的非易失性存储器以及被配置成使用储存在存储器中的数据来执行上述操作的处理器来实现。存储器和处理器可为单独的芯片。替代地，存储器和处理器可集成在单个芯片中。处理器可被实现为一个或多个处理器。处理器可包括各种逻辑电路和操作电路，可根据从存储器提供的程序处理数据，并且可根据处理结果产生控制信号。
控制装置可为由预定程序操作的至少一个微处理器，预定程序可包括用于执行包括在本公开的上述各种示例性实施方式中的方法的一系列命令。
上述发明也可体现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质为可储存随后可由计算机系统读取的数据以及储存和执行随后可由计算机系统读取的程序指令的任何数据储存装置。计算机可读记录介质的示例包括硬盘驱动器(HDD)、固态盘(SSD)、硅盘驱动器(SDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据储存装置等，以及作为载波的实现(例如，通过互联网的传输)。程序指令的示例包括诸如由编译器生成的机器语言代码以及可由计算机使用解释器等执行的高级语言代码。
在本公开的各种示例性实施方式中，上述各操作可由控制装置执行，并且控制装置可由多个控制装置或集成的单个控制装置配置。
在本公开的各种示例性实施方式中，控制装置可以硬件或软件的形式实现，或可以硬件和软件的组合实现。
此外，包括在说明书中的术语诸如“单元”、“模块”等意指用于处理至少一个功能或操作的单元，其可通过硬件、软件或其组合来实现。
为了方便解释和准确限定所附权利要求，术语“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“上部的”、“下部的”、“前部”、“后部”、“后”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“内”、“外”、“向前”以及“向后”用于参考图中显示的此类特征的位置描述示例性实施方式的特征。另外应当理解，术语“连接”或其派生词既是指直接连接也是指间接连接。
出于说明和描述的目的，已经呈现本公开的特定示例性实施方式的前述描述。它们并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的精确形式，并且显然鉴于上述教导可以进行许多修改和变化。选择和描述示例性实施方式是为了解释本公开的某些原理以及其实际应用，以使得本领域的其他技术人员能够制造和利用本公开的各种示例性实施方式以及其各种替代和修改。本公开的范围旨在由所附权利要求以及其等同物来限定。

Claims (17)

1.一种燃料电池车辆的电池控制系统，所述电池控制系统包括：
电池，其提供所述车辆的驱动能量；
燃料电池，其提供所述车辆的驱动能量或给所述电池充电；和
控制器，其被配置成估计所述燃料电池的劣化度、基于所述燃料电池的劣化度推导所述电池的荷电状态SOC值的变化率，且根据推导的所述电池的SOC值的变化率改变所述电池的充电控制因子或放电控制因子。
2.根据权利要求1所述的电池控制系统，其中，所述控制器被配置成基于所述燃料电池的操作时间或所述燃料电池的I-V特性曲线来估计所述燃料电池的劣化度。
3.根据权利要求2所述的电池控制系统，其中，所述控制器被配置成基于所述燃料电池的I-V特性曲线来确定所述燃料电池的劣化度，其中，所述燃料电池的劣化度是基于在预定参考电流下测量的所述燃料电池的电压来估计的。
4.根据权利要求3所述的电池控制系统，其中，所述预定参考电流是在包括新鲜状态的所述燃料电池的上限电压下测量的电流。
5.根据权利要求2所述的电池控制系统，其中，所述控制器被配置成将基于所述燃料电池的操作时间或所述燃料电池的I-V特性曲线估计的所述燃料电池的劣化度划分为多个劣化区间，并且在每个劣化区间推导所述电池的SOC值的变化率。
6.根据权利要求1所述的电池控制系统，其中，所述控制器被配置成基于所述燃料电池的劣化度来推导所述电池的SOC值的第一变化率，在所述车辆行驶时测量所述电池的当前SOC值，并且根据在所述车辆行驶期间测量的所述电池的当前SOC值与预定参考值之间的差来推导所述电池的SOC值的第二变化率。
7.根据权利要求6所述的电池控制系统，其中，所述控制器被配置成基于推导的所述电池的SOC值的第一变化率和推导的所述电池的SOC值的第二变化率来推导所述电池的SOC值的第三变化率。
8.根据权利要求7所述的电池控制系统，其中，所述控制器被配置成根据所述电池的SOC值的第一变化率来改变所述电池的充电控制因子，并且根据所述电池的SOC值的第三变化率来改变所述电池的放电控制因子。
9.根据权利要求1所述的电池控制系统，其中，所述电池的充电控制因子是所述燃料电池的上限电压，并且所述电池的放电控制因子是所述电池的输出量。
10.根据权利要求9所述的电池控制系统，其中，所述控制器被配置成通过调整所述电池的输出与所述燃料电池的输出的比率或者调整所述电池的上限电压来改变所述电池的输出量。
11.一种燃料电池车辆的电池控制方法，所述电池控制方法被配置成控制根据权利要求1所述的电池控制系统并且包括以下步骤：
由所述控制器估计所述燃料电池的劣化度；
由所述控制器基于所述燃料电池的劣化度来推导所述电池的SOC值的变化率；以及
由所述控制器根据推导的所述电池的SOC值的变化率来改变所述电池的充电控制因子或放电控制因子。
12.根据权利要求11所述的电池控制方法，其中，在估计所述燃料电池的所述劣化度时，所述控制器被配置成基于所述燃料电池的操作时间和所述燃料电池的I-V特性曲线来估计所述燃料电池的劣化度。
13.根据权利要求11所述的电池控制方法，其中，推导所述电池的SOC值的变化率包括：
由所述控制器基于所述燃料电池的劣化度来推导所述电池的SOC值的第一变化率；
由所述控制器在所述车辆行驶时测量所述电池的当前SOC值，并由所述控制器根据在所述车辆行驶时测量的所述电池的当前SOC值与预定参考值之间的差来推导所述电池的SOC值的第二变化率；以及
由所述控制器基于所述电池的SOC值的第一变化率和所述电池的SOC值的第二变化率推导所述电池的所述SOC值的第三变化率。
14.根据权利要求13所述的电池控制方法，其中，在改变所述电池的充电控制因子或放电控制因子时，所述控制器被配置成根据所述电池的SOC值的第一变化率来改变所述电池的充电控制因子，并且根据所述电池的SOC值的第三变化率来改变所述电池的放电控制因子。
15.根据权利要求13所述的电池控制方法，其中，所述预定参考电流是在包括新鲜状态的所述燃料电池的上限电压下测量的电流。
16.根据权利要求11所述的电池控制方法，其中，在改变所述电池的充电控制因子或放电控制因子时，所述控制器被配置成改变所述燃料电池的上限电压或改变所述电池的输出量。
17.根据权利要求16所述的电池控制方法，其中，所述控制器被配置成通过调整所述电池的输出与所述燃料电池的输出的比率或者调整所述电池的上限电压来改变所述电池的输出量。
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