CN111605440A - 一种车用燃料电池运行功率控制***及方法 - Google Patents

一种车用燃料电池运行功率控制***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种车用燃料电池运行功率控制***及方法，所述***包括：燃料电池管理单元、整车控制器、动力电池管理单元和电机控制器，所述动力电池管理单元、电机控制器和燃料电池管理单元分别与整车控制器连接；本发明的整车控制器根据电机母线电压、电机母线电流控制燃料电池在一定程度上跟随整车电机功率；监控SOC并动态调整燃料电池运行功率，保证动力电池不过充、不过放，使得SOC维持在一个最佳寿命工作区间，延长动力电池寿命。

Description

一种车用燃料电池运行功率控制***及方法
技术领域
本发明属于汽车电池技术领域，具体涉及一种车用燃料电池运行功率控制***及方法。
背景技术
随着燃料电池车型的不断推广，燃料电池的控制策略也在不断发展完善。SOC(“state of charge”)在电池行业，SOC指的是荷电状态。一般维持动力电池SOC处于最佳工作区间(一般处于“30—85”范围内)，能够提高电池的使用寿命。过去通常采用燃料电池恒功率运行的控制策略，无法满足不同工况下整车放电功率不断变化的需求，会存在一直给动力电池充电或动力电池一直在放电的情形，长期下去会严重影响动力电池的寿命。
目前的燃料电池功率控制***仅通过控制器自主控制其运行功率的策略，缺乏与动力电池等整车部件的深入交互，更没有考虑整车的功率需求变化，无法很好地实现与整车部件协同工作。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种车用燃料电池运行功率控制***及方法，以解决上述技术问题。
第一方面，本发明提供一种车用燃料电池运行功率控制***，包括：燃料电池管理单元、整车控制器、动力电池管理单元和电机控制器，所述动力电池管理单元、电机控制器和燃料电池管理单元分别与整车控制器连接；
所述动力电池管理单元用于输出SOC信号；
所述电机控制器用于输出电机母线电压和电机母线电流；
所述燃料电池管理单元用于输出燃料电池的故障信号，并能控制燃料电池运行功率；
所述整车控制器用于获取车速信号和燃料电池开启信号，接收所述动力电池管理单元、所述电机控制器和燃料电池管理单元发送的信号，计算汽车的电机功率，并且发送控制信号给燃料电池和动力电池。
进一步的，
所述动力电池管理单元还用于输出动力故障信号；
所述整车控制器还用于根据所述动力电池故障信号发送燃料电池停机信号；
所述整车控制器还用于根据所述燃料电池故障信号发送燃料电池停机信号。
进一步的，
所述动力电池管理单元还用于输出动力电池允许充电功率；
所述燃料电池管理单元还用于输出燃料电池的最大允许功率；
所述整车控制器还用于发送信号调整燃料电池运行功率低于动力电池允许充电功率和燃料电池的最大允许功率。
第二方面，本发明提供一种车用燃料电池运行功率控制方法，包括：
整车控制器采集燃料电池开启信号并监控动力电池的SOC值；
调节SOC值在安全范围之间；
获取汽车的车速，根据车速判断汽车的运行状态：
若汽车处于行驶状态，则利用电机母线电压和电机母线电流计算电机功率，并控制燃料电池运行功率主动跟随电机功率。
进一步的，所述调节SOC值在安全范围之间，包括：
获取SOC的安全范围，将SOC值与所述安全范围进行对比：
若SOC低于所述安全范围，则控制燃料电池提高运行功率；
若SOC高于所述安全范围，则控制燃料电池降低运行功率。
进一步的，所述方法还包括：
调整燃料电池运行功率低于动力电池允许充电功率和燃料电池的最大允许功率。
进一步的，所述方法还包括：
监控动力电池是否发生故障：若是，则控制燃料电池停机。
进一步的，所述方法还包括：
监控燃料电池的是否发生故障：若是，则控制燃料电池停机。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的一种车用燃料电池运行功率控制***及方法，整车控制器根据电机母线电压、电机母线电流计算得到整车电机功率，控制燃料电池在一定程度上跟随整车电机功率，使得整车可以很好地适应各种工况；实时监控SOC并动态调整燃料电池运行功率，保证动力电池不过充、不过放，使得SOC维持在一个最佳寿命工作区间，延长动力电池寿命；同时根据燃料电池效率，不断调节燃料电池运行功率，提高整体效率，避免燃料电池频繁启停，延长燃料电池的寿命；同时考虑动力电池允许充电功率、燃料电池最大允许功率，控制燃料电池运行功率不超过上述任何限值，进一步保护动力电池和燃料电池。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
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简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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是本发明一个实施例的***的结构示意图。
图2是本发明一个实施例的方法的示意性流程框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种车用燃料电池运行功率控制***，一种车用燃料电池运行功率控制***，包括：燃料电池管理单元、整车控制器、动力电池管理单元和电机控制器，所述动力电池管理单元、电机控制器和燃料电池管理单元分别与整车控制器连接；
整车上电后，整车控制器采集燃料电池开启信号，并监控动力电池SOC，决策是否需要控制燃料电池开启，所述整车控制器用获取车速信号，若车速大于零，则汽车处于行车状态，否则汽车处于停车状态。根据汽车状态做出如下操作：
当汽车处于停车状态时，所述动力电池管理单元输出SOC信号，整车控制器根据SOC信号控制燃料电池运行功率的大小，进一步根据燃料电池效率实时调整；SOC低时，增加燃料电池运行功率，为动力电池补电；SOC高时，降低燃料电池运行功率，避免动力电池SOC快速升高导致燃料电池强制关机，避免燃料电池频繁启停，保护燃料电池，延长使用寿命；本实施例可以维持动力电池SOC稳定在最佳寿命工作区间，保护动力电池。同时，依据燃料电池效率动态调整燃料电池运行功率，提高运行过程中的整体效率；
当汽车处于行车状态时，行车时，整车控制器根据电机母线电压、电机母线电流，控制燃料电池运行功率一定程度主动跟随电机功率，然后根据电池SOC、燃料电池的效率对燃料电池运行功率进行动态优化调整。当SOC较低时，较大程度考虑燃料电池效率，控制燃料电池运行功率比电机功率变大一些，跟随度稍低一些，使得燃料电池在提供整车功率时，还为动力电池缓慢充电，防止SOC继续下降产生过放等问题，避免造成动力电池的损伤。在SOC处于最佳寿命工作区间时，兼顾燃料电池效率，控制燃料电池整体工作在高效率区，实现燃料电池运行功率抵消整车电机功率，保持动力电池SOC基本稳定；当SOC较高时，结合燃料电池效率，控制燃料电池运行功率比电机功率降低一些，由动力电池补充一部分电量，既可以防止电池SOC继续升高，出现过充，又能够避免动力电池SOC很高时燃料电池停机问题，消除频繁启停，实现对动力电池和燃料电池的进一步保护。
不论停车还是行车，在控制燃料电池运行的过程中，整车控制器实时采集动力电池允许充电功率、燃料电池最大允许功率，控制燃料电池运行功率既不超过燃料电池最大允许功率，又不超过“动力电池允许充电功率”，保护燃料电池，并消除低温等动力电池状态较差情况下，对动力电池盲目充电的问题，保护动力电池、防止过充；同时实时监控动力电池故障、燃料电池故障，一旦出现故障启动报警、降功率、停机等分级故障处理机制，进一步保护动力电池和燃料电池。
图2是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。其中，图2执行主体可以为一种车用燃料电池运行功率控制***。
如图1所示，该方法100包括：
步骤110，整车控制器采集燃料电池开启信号并监控动力电池的SOC值；
步骤120，调节SOC值在安全范围之间；
步骤130，获取汽车的车速，根据车速判断汽车的运行状态：若汽车处于行驶状态，则利用电机母线电压和电机母线电流计算电机功率，并控制燃料电池运行功率主动跟随电机功率。
可选地，作为本发明一个实施例，所述调节SOC值在安全范围之间，包括：
获取SOC的安全范围，将SOC值与所述安全范围进行对比：
若SOC低于所述安全范围，则控制燃料电池提高运行功率；
若SOC高于所述安全范围，则控制燃料电池降低运行功率。
可选地，作为本发明一个实施例，所述方法还包括：
调整燃料电池运行功率低于动力电池允许充电功率和燃料电池的最大允许功率。
可选地，作为本发明一个实施例，所述方法还包括：
监控动力电池是否发生故障：若是，则控制燃料电池停机。
可选地，作为本发明一个实施例，所述方法还包括：
监控燃料电池的是否发生故障：若是，则控制燃料电池停机。
为了便于对本发明的理解，下面以本发明车用燃料电池运行功率控制方法的原理，结合实施例中对车用燃料电池管理的过程，对本发明提供的一种车用燃料电池运行功率控制方法做进一步的描述。
具体的，所述车用燃料电池运行功率控制方法包括：
S1、整车控制器采集燃料电池开启信号并监控动力电池的SOC值；
首先判断燃料电池是否需要开启状态，本实施例中燃料电池开启信号为汽车操作面板的一个开关按钮，所述开关按钮与整车控制器连接，默认情况下开关按钮为开启状态，司机可以选择关闭)，并监控动力电池的SOC值；
S2、调节SOC值在安全范围之间；
动力电池的SOC值的大小与燃料电池的运行功率有关，不管汽车处于哪种状态，都需要对SOC值进行动态调整，使其处于安全范围内，所述安全范围根据整车动力电池电量不同，会进行标定调整，燃料电池在开启之前SOC应该小于K，K处于75—85范围内，同时根据燃料电池最大允许功率和动力电池的充电允许功率，进行燃料电池运行功率的动态修正。
S3、获取汽车的车速，根据车速判断汽车的运行状态：若汽车处于行驶状态，则利用电机母线电压和电机母线电流计算电机功率，并控制燃料电池运行功率主动跟随电机功率；
此时根据车速区分停车控制和行车控制；如果车速等于0，则为停车控制，否则为行车控制。进入行车控制状态时，除了进行SOC动态调整，还实时采集电机母线电压和电机母线电流，根据电机母线电压和电机母线电流计算得到电机功率，然后控制燃料电池运行功率主动跟随电机功率，控制燃料电池运行功率比电机功率提高一些，使得燃料电池为整车提供能量的同时为动力电池补充电能，防止SOC继续下降；同时根据燃料电池最大允许功率和动力电池的充电允许功率，进行燃料电池运行功率的动态修正。综上所述在汽车行车状态时，燃料电池运行功率的大小需要根据SOC值、电机功率、燃料电池最大允许功率和动力电池的充电允许功率进行动态调整。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种车用燃料电池运行功率控制***，其特征在于，包括：燃料电池管理单元、整车控制器、动力电池管理单元和电机控制器，所述动力电池管理单元、电机控制器和燃料电池管理单元分别与整车控制器连接；
所述动力电池管理单元用于输出SOC信号；
所述电机控制器用于输出电机母线电压和电机母线电流；
所述燃料电池管理单元用于输出燃料电池的故障信号，并能控制燃料电池运行功率；
所述整车控制器用于获取车速信号和燃料电池开启信号，接收所述动力电池管理单元、所述电机控制器和燃料电池管理单元发送的信号，计算汽车的电机功率，并且发送控制信号给燃料电池和动力电池。
2.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池运行功率控制***，其特征在于，
所述动力电池管理单元还用于输出动力故障信号；
所述整车控制器还用于根据所述动力电池故障信号发送燃料电池停机信号；
所述整车控制器还用于根据所述燃料电池故障信号发送燃料电池停机信号。
3.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池运行功率控制***，其特征在于，
所述动力电池管理单元还用于输出动力电池允许充电功率；
所述燃料电池管理单元还用于输出燃料电池的最大允许功率；
所述整车控制器还用于发送信号调整燃料电池运行功率低于动力电池允许充电功率和燃料电池的最大允许功率。
4.一种车用燃料电池运行功率控制方法，其特征在于，包括：
整车控制器采集燃料电池开启信号并监控动力电池的SOC值；
调节SOC值在安全范围之间；
获取汽车的车速，根据车速判断汽车的运行状态：
若汽车处于行驶状态，则利用电机母线电压和电机母线电流计算电机功率，并控制燃料电池运行功率主动跟随电机功率。
5.根据权利要求4所述的一种车用燃料电池运行功率控制方法，其特征在于，所述调节SOC值在安全范围之间，包括：
获取SOC的安全范围，将SOC值与所述安全范围进行对比：
若SOC低于所述安全范围，则控制燃料电池提高运行功率；
若SOC高于所述安全范围，则控制燃料电池降低运行功率。
6.根据权利要求4所述的一种车用燃料电池运行功率控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
调整燃料电池运行功率低于动力电池允许充电功率和燃料电池的最大允许功率。
7.根据权利要求4所述的一种车用燃料电池运行功率控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
监控动力电池是否发生故障：若是，则控制燃料电池停机。
8.根据权利要求4所述的一种车用燃料电池运行功率控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
监控燃料电池的是否发生故障：若是，则控制燃料电池停机。
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