CN112757916A - 一种氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制方法，当超级电容的剩余电量SOC不在其总电量的30％～80％或镍氢电池的剩余电量SOC不在其总电量的40％～60％时，利用能量管理单元调整氢燃料电池的输出功率，使超级电容的剩余电量SOC始终保持在60％附近或镍氢电池的剩余电量SOC始终保持在50％附近。本发明提供的控制方法通过对能量单元的SOC、最大输出功率、最大充电功率等主要参数进行控制，来响应整车功率输出，保证整车动力性和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电池汽车技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制方法。
背景技术
燃料电池汽车作为一种新能源驱动汽车，具有节能无污染、效率高、噪声低等优点。然而燃料电池***存在启动时间长、受温度影响大、怠速存在功率输出等问题，使其不能作为动力单元单独应用于汽车上，需要一套辅助能源来解决该问题。辅助能源一般包括锂离子电池、超级电容、镍氢电池等。当多种能源应用于一个动力***上时，需要解决能量管理和功率平衡的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种针对于由燃料电池、超级电容、镍氢电池三种能量单元组成的动力***的能量平衡的控制方法。
本发明提供一种氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，汽车上电启动后，整车控制器判断超级电容的剩余电量SOC是否大于等于其总电量的A1％，若不大于等于其总电量的A1％，则计算超级电容的可加载功率，然后到步骤S5；若超级电容的剩余电量SOC大于等于其总电量的A1％且小于等于总电量的A2％，则到步骤S2；若超级电容的剩余电量SOC大于其总电量的A2％且小于等于其总电量的A3％，则到步骤S6；若超级电容的剩余电量SOC大于其总电量的A3％且小于等于总电量的A4％，则到步骤S7；超级电容的可加载功率为超级电容在当前状态下可提供的最大功率；
步骤S2，整车控制器判断镍氢电池的剩余电量SOC是否大于等于其总电量的B1％，若镍氢电池的剩余电量SOC大于等于其总电量的B1％且小于等于总电量的B2％，则设定超级电容双向DCDC的输出电压，到步骤S3；若不大于等于其总电量的B1％，则计算镍氢电池的可加载功率，到步骤S5；若镍氢电池的剩余电量SOC大于其总电量的B2％且小于等于其总电量的B3％，则到步骤S6；若镍氢电池的剩余电量SOC大于其总电量的B3％且小于等于总电量的B4％，则到步骤S7；镍氢电池的可加载功率为镍氢电池在当前状态下可提供的最大功率；
步骤S3，计算整车的实时功率需求；
步骤S4，根据整车的实时功率需求设置氢燃料电池单向DCDC的输出功率，整车控制器实时控制氢燃料电池单向DCDC的输出功率；
步骤S5，能量管理单元提升氢燃料电池的输出功率，给超级电容和镍氢电池进行充电；
步骤S6，能量管理单元降低氢燃料电池的输出功率，使超级电容和镍氢电池充分放电；
步骤S7，整车控制器关闭氢燃料电池，以避免超级电容或镍氢电池过充。
进一步地，A1的取值为30，A2的取值为60，A3的取值为80，A4的取值为100，B1的取值为40，B2的取值为50，B3的取值为60，B4的取值为100。
进一步地，步骤S3中，整车的实时功率需求的计算过程为：
S3.1,计算整车实时需求扭矩T，整车实时需求扭矩T的计算公式为：
T＝f(AP,BP,V)
式中，AP为油门踏板，BP为制动踏板，V为车速，f为油门踏板AP、制动踏板BP、车速V的相关函数；
S3.2，计算整车实时需求功率P，整车实时需求功率P的计算公式为：
P＝9550*T/N
式中，N为电机转速，需要注意的是，在实时功率需求计算的过程中忽略了整车辅助***功率。
进一步地，所述超级电容双向DCDC、氢燃料电池单向DCDC、镍氢电池和能量管理单元均与整车控制器连接。
进一步地，所述氢燃料电池的功率为40kw,超级电容的电量为0.6kwh,镍氢电池的电量为1.2kwh。
进一步地，所述超级电容双向DCDC的输出电压工作范围为345-355V，额定电压为350V。
功率平衡是指动力***的各动力源在各种工况下均能维持在正常工作范围内，如充放电功率不超过允许的最大限值、SOC范围不超过设定的窗口范围。在整车有驱动功率需求时，由双向DCDC稳住母线电压，优先由超级电容往外放电。随着放电过程的进行，超级电容SOC会逐步降低，此时通过慢慢降低双向DCDC的输出电压来降低整车母线电压，此时超级电容和镍氢电池会一起往外放电，同时两者SOC均会持续降低。此时为了防止SOC过低，超出设定的窗口范围，能量管理单元会逐步提升燃料电池的输出功率，来给超级电容和镍氢电池进行充电。这是一个动态的调整过程，最终实现动力***的功率平衡。整车有回馈功率需求时，控制流程与此相反。
本发明提供的控制方法的原理为：超级电容的剩余电量SOC不在其总电量的30％～80％或镍氢电池的剩余电量SOC不在其总电量的40％～60％时，利用能量管理单元调整氢燃料电池的输出功率，使超级电容的剩余电量SOC保持在60％附近或镍氢电池的剩余电量SOC始终保持在50％附近。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1、本发明针对一种由燃料电池、超级电容、镍氢电池组成的车用组合动力***在整车工况发生变化时，对多种能量管理和功率平衡提出控制流程和策略，使车用组合动力***可以满足整车功率需求，同时保证每个动力***部件处于合理技术状态之内；
2、本发明针对每一种动力单元的功率特性、能量特性，提出一种最优化的控制方法，通过对能量单元的SOC、最大输出功率、最大充电功率等主要参数进行控制，来响应整车功率输出，保证整车动力性和经济性；
3、本发明提供的控制方法利用超级电容及其双向DCDC和镍氢电池提供功率不足的部分或者吸收多余的功率，使整个动力******达到功率平衡。
附图说明
图1是本发明一种氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制***的结构示意图。
图2是本发明一种氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
参考图1，本发明的实施例提供了一种氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制***，包括氢燃料电池1、氢燃料电池单向DCDC2、超级电容3、超级电容双向DCDC4、镍氢电池5、整车控制器6和能量管理单元7，超级电容3及超级电容双向DCDC4设定为电压源，氢燃料电池1及氢燃料电池单向DCDC2设定为电流源，镍氢电池5作为母线稳压功率单元使用，超级电容双向DCDC4、氢燃料电池单向DCDC2和镍氢电池5均与能量管理单元7连接，超级电容双向DCDC4、氢燃料电池单向DCDC2、镍氢电池5和能量管理单元7均与整车控制器6连接，由整车控制器6统一控制；本实施例中，氢燃料电池1的功率为40kw,超级电容3的电量为0.6kwh,镍氢电池5的电量为1.2kwh；整个控制***的超级电容双向DCDC4输出电压(即母线电压)工作区间为345-355V，额定电压点设定为350V。通过设定特定的母线电压区间，可以保证整车驱动电机的功率可靠输出，使驱动电机处于最优效率区间，提高整车经济性。
请参考图2，本发明的实施例提供了一种氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，汽车上电启动后，整车控制器6判断超级电容3的剩余电量SOC是否大于等于其总电量的30％，若不大于等于其总电量的30％，则计算超级电容3的可加载功率，然后到步骤S5；若超级电容3的剩余电量SOC大于等于其总电量的30％且小于等于总电量的60％，则到步骤S2；若超级电容3的剩余电量SOC大于其总电量的60％且小于等于其总电量的80％，则到步骤S6；若超级电容3的剩余电量SOC大于其总电量的80％且小于等于总电量的100％，则到步骤S7；超级电容3的可加载功率为超级电容3在当前状态下可提供的最大功率；
步骤S2，整车控制器6判断镍氢电池5的剩余电量SOC是大于等于其总电量的40％，若镍氢电池5的剩余电量SOC大于等于其总电量的40％且小于等于总电量的50％，则设定超级电容双向DCDC4的输出电压，到步骤S3；若不大于等于其总电量的40％，则计算镍氢电池5的可加载功率，到步骤S5；若镍氢电池5的剩余电量SOC大于其总电量的50％且小于等于其总电量的60％，则到步骤S6；若镍氢电池5的剩余电量SOC大于其总电量的60％且小于等于总电量的100％，则到步骤S7；镍氢电池5的可加载功率为镍氢电池5在当前状态下可提供的最大功率；超级电容双向DCDC4的输出电压工作范围为345-355V，额定电压为350V；
步骤S3，计算整车的实时功率需求；整车的实时功率需求的计算过程为：
S3.1,计算整车实时需求扭矩T，整车实时需求扭矩T的计算公式为：
T＝f(AP,BP,V)
式中，AP为油门踏板，BP为制动踏板，V为车速，f为油门踏板AP、制动踏板BP、车速V的相关函数；
S3.2，计算整车实时需求功率P，整车实时需求功率P的计算公式为：
P＝9550*T/N
式中，N为电机转速，需要注意的是，在实时功率需求计算的过程中忽略了整车辅助***功率；
步骤S4，根据整车的实时功率需求设置氢燃料电池单向DCDC2的输出功率，整车控制器6实时控制氢燃料电池单向DCDC2的输出功率；
步骤S5，能量管理单元7提升氢燃料电池1的输出功率，给超级电容3和镍氢电池5进行充电，以实现功率平衡；
步骤S6，能量管理单元7降低氢燃料电池1的输出功率，使超级电容和镍氢电池充分放电；
步骤S7，整车控制器6会强制关闭氢燃料电池1，以避免超级电容3或镍氢电池5过充。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，汽车上电启动后，整车控制器判断超级电容的剩余电量SOC是否大于等于其总电量的A1％，若不大于等于其总电量的A1％，则计算超级电容的可加载功率，然后到步骤S5；若超级电容的剩余电量SOC大于等于其总电量的A1％且小于等于总电量的A2％，则到步骤S2；若超级电容的剩余电量SOC大于其总电量的A2％且小于等于其总电量的A3％，则到步骤S6；若超级电容的剩余电量SOC大于其总电量的A3％且小于等于总电量的A4％，则到步骤S7；超级电容的可加载功率为超级电容在当前状态下可提供的最大功率；
S2，整车控制器判断镍氢电池的剩余电量SOC是否大于等于其总电量的B1％，若镍氢电池的剩余电量SOC大于等于其总电量的B1％且小于等于总电量的B2％，则设定超级电容双向DCDC的输出电压，到步骤S3；若不大于等于其总电量的B1％，则计算镍氢电池的可加载功率，到步骤S5；若镍氢电池的剩余电量SOC大于其总电量的B2％且小于等于其总电量的B3％，则到步骤S6；若镍氢电池的剩余电量SOC大于其总电量的B3％且小于等于总电量的B4％，则到步骤S7；镍氢电池的可加载功率为镍氢电池在当前状态下可提供的最大功率；
S3，计算整车的实时功率需求；
S4，根据整车的实时功率需求设置氢燃料电池单向DCDC的输出功率，整车控制器实时控制氢燃料电池单向DCDC的输出功率；
S5，能量管理单元提升氢燃料电池的输出功率，给超级电容和镍氢电池进行充电；
S6，能量管理单元降低氢燃料电池的输出功率，使超级电容和镍氢电池充分放电；
S7，整车控制器关闭氢燃料电池。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制方法，其特征在于，步骤S3中，整车的实时功率需求的计算过程为：
S3.1,计算整车实时需求扭矩，整车实时需求扭矩的计算公式为：
T＝f(AP,BP,V)
式中，T为整车实时需求扭矩，AP为油门踏板，BP为制动踏板，V为车速，f为油门踏板、制动踏板、车速的相关函数；
S3.2，计算整车实时需求功率，整车实时需求功率的计算公式为：
P＝9550*T/N
式中，P为整车实时需求功率，N为电机转速。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制方法，其特征在于，所述超级电容双向DCDC、氢燃料电池单向DCDC、镍氢电池和能量管理单元均与整车控制器连接。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制方法，其特征在于，所述氢燃料电池的功率为40kw,超级电容的电量为0.6kwh,镍氢电池的电量为1.2kwh。
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车多能源动力***能量平衡的控制方法，其特征在于，所述超级电容双向DCDC的输出电压工作范围为345-355V，额定电压为350V。
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Denomination of invention: A Control Method for Energy Balance in Multi energy Power Systems of Hydrogen Fuel Cell Vehicles Granted publication date: 20230718 Pledgee: Jinan Luneng Kaiyuan Group Co.,Ltd. Pledgor: Grove Hydrogen Energy Technology Group Co.,Ltd. Registration number: Y2024980009137 |
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