CN113183831B - 一种三能量源新能源汽车的能量管理方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三能量源新能源汽车的能量管理方法和电子设备，获取整车回馈功率和电机功率，控制燃料电池输出功率，当整车回馈功率达到一定值时，燃料电池输出怠速功率；当整车回馈功率低于一定值时，获取动力电池SOC值，根据动力电池SOC值确定与动力电池SOC值对应的第一燃料电池功率，当油门踏板开度在阈值范围之间时，输出与油门踏板开度对应的第二燃料电池功率，确定第一燃料电池功率和第二燃料电池功率之间的最大值作为燃料电池输出功率；控制超级电容输出功率，电机功率与燃料电池输出功率和超级电容输出功率的差值为动力电池功率。通过合理调节三能源间的能量流和功率大小，提高了氢燃料电池的输出功率平滑度，有效延长氢燃料电池寿命。

Description

一种三能量源新能源汽车的能量管理方法和电子设备

技术领域

本发明属于新能源汽车电池能量控制技术领域，具体涉及一种三能量源新能源汽车的能量管理方法和电子设备。

背景技术

随着国家“碳达峰、碳中和”目标的制定，各行业对新能源的应用研究也越来越广泛和深入，汽车作为重要的能源消耗载体自然也不例外。目前在汽车上应用的新能源主要有动力电池、氢燃料电池、超级电容等，这些新能源都各有较为明显的缺点，如动力电池受温度影响较大且充放电倍率不高、氢燃料电池动态响应慢且无法回收能量、超级电容能量密度低等，某一个单一能量源很难满足汽车对动力性和经济性的要求，所以对上述新能源的组合使用成为了一种必然选择。如何充分发挥各能量源的优势，规避劣势，制定一套合适的三能源能量管理***就变得尤为关键。

发明内容

本发明解决的一个主要问题是如何合理地实时控制由三种能量源提供动力的新能源汽车中的能量源的功率，使得有效保障整车续驶里程，且有效保障整车动力性。

根据本发明的一个方面，本发明公开一种三能量源新能源汽车的能量管理方法，包括：

获取整车回馈功率和电机功率；

当所述整车回馈功率达到第一阈值时，燃料电池输出怠速功率；

当所述整车回馈功率低于第一阈值时，获取动力电池SOC值，燃料电池输出与所述动力电池SOC值对应的第一燃料电池功率；

当油门踏板开度在阈值范围之间时，输出与油门踏板开度对应的第二燃料电池功率；

确定所述第一燃料电池功率和所述第二燃料电池功率之间的最大值作为燃料电池输出功率；

进一步地，同时控制控制超级电容输出功率：当所述超级电容以所述第一功率充放电模式工作时获取超级电容输出功率，或，当所述超级电容以所述第二功率充放电模式工作时，所述超级电容输出功率为预设值；

所述电机功率与所述燃料电池输出功率以及所述超级电容输出功率的差值即为动力电池功率。

进一步地，所述第一阈值为60kw。

进一步地，所述根据所述动力电池SOC值确定与所述动力电池SOC值对应的第一燃料电池功率包括：

采用分段式功率点模式，通过仿真实验或实车试验确定第一燃料电池功率的功率分段点；

根据所述功率分段点，控制所述第一燃料电池功率。

进一步地，所述阈值范围为60％～90％。

进一步地，所述第一功率充放电模式的激活条件为：

所述超级电容SOC值大于SOC下限阈值且整车剩余需求功率大于整车驱动功率下限阈值时激活，或，所述超级电容SOC值小于SOC上限阈值且所述整车剩余需求功率小于整车回馈功率下限阈值时激活。

进一步地，所述超级电容以所述第一功率充放电模式获取所述超级电容输出功率包括：

计算整车回馈功率与所述燃料电池功率的差值，所述差值为整车剩余需求功率，将所述整车剩余需求功率作为所述超级电容输出功率。

进一步地，所述超级电容SOC超过所述SOC上限阈值时停止充电；

所述超级电容SOC超过所述SOC下限阈值时停止放电。

进一步地，所述当所述超级电容以所述第二功率充放电模式工作时，所述超级电容输出功率为预设值包括：

预设所述超级电容输出功率为10kw，用于防止所述超级电容在所述第二功率充放电模式中工作时对动力电池造成功率冲击。

根据本发明的另一个方面，还公开一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在所述处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被所述处理器运行时，完成如前任一项所述的一种三能量源新能源汽车的能量管理方法。

由于整车功率由动力电池、氢燃料电池、超级电容联合提供，因此只需要实时控制其中两个能量源的功率，另一个能量源的功率即可自动跟随变动。具体来讲，氢燃料电池能量密度高，可有效保障整车续驶里程；超级电容功率密度大，可有效保障整车动力性，因此本发明采用的是实时主动控制氢燃料电池和超级电容的输出功率，被动控制动力电池的方式来管理氢燃料电池汽车的能量***。

本发明公开的三能量源新能源汽车的能量管理方法和***控制超级电容SOC值一直保持在70％高位，整车随时可以响应电机最大功率的输出，确保了整车动力性，通过实时调节三能源间的能量流和功率大小，大大提高了氢燃料电池的输出功率平滑度，有效延长了氢燃料电池寿命。

附图说明

本发明构成说明书的一部分附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明实施例中燃料电池输出功率波动示意图。

图2为本发明实施例中超级电容输出功率波动示意图。

具体实施方式

下面将结合附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

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讨论。

实施例一公开一种三能量源氢能源汽车的能量管理方法，包括：获取整车回馈功率P_reg和电机功率P_mot，在一些实施例中P_reg设置为60kw；当整车回馈功率达到60kw时，燃料电池输出怠速功率；

当整车回馈功率低于60kw时，通过以下方法控制燃料电池输出功率P_fc：

首先获取动力电池SOC值，此时燃料电池输出与动力电池SOC值对应的燃料电池功率P₁,为了减少燃料电池输出功率的变动频率，采用分段式功率点模式，通过实车实验对燃料电池输出功率进行标定，本实施例中将燃料电池输出功率划分为9个功率点[5,10,15,20,25,30,40,50,60]。

油门踏板开度较大时请求燃料电池输出功率为较大的功率P₂，以保证整车大功率需求时燃料电池可以快速响应，本发明实施例中从油门踏板开度为60％时开始请求，此时对应的燃料电池输出最大功率为45KW，当油门踏板开度为90％及以上时请求燃料电池输出功率的最大功率为60KW，即燃料电池输出功率在油门开度为60％～90％之间按线性递增。

确定燃料电池功率P₁和燃料电池功率P₂之间的最大值作为燃料电池输出功率。

超级电容输出功率P_sc的控制方法为：

设定超级电容工作模式为大功率充放电模式和小功率充放电模式；

当超级电容以大功率充放电模式工作时获取超级电容输出功率，或者当超级电容以小功率充放电模式工作时，超级电容输出功率为一个预设值；

电机功率与燃料电池输出功率以及超级电容输出功率的差值即为动力电池的输出功率。

在一些实施例中，超级电容两种充放电工作模式(大功率充放电模式和小功率充放电模式)的激活条件为：

其中，大功率充放电模式的激活条件为：

(1)超级电容SOC值大于控制下限值SOC_low，且整车剩余需求功率P₃大于驱动功率下限值P_dlow时激活，本实施例中SOC_low设置为30％，P_dlow设置为40KW；

(2)超级电容SOC小于控制上限值SOC_high，且整车剩余需求功率P₃小于回馈功率下限值P_rlow，本发明SOC_high设置为85％，P_rlow设置为-40KW；

以上两个条件只要满足任意一条，大功率充放电工作模式即可激活，否则超级电容以小功率充放电模式进行工作。

超级电容在大功率充放电模式下工作时可以进行峰值功率的充放电，实际充放电功率跟随整车剩余需求功率P₃，本实施例中超级电容的峰值充放电功率均为120KW。

本实施例中，超级电容在小功率充放电模式下充电功率被限制在Pcharge，放电功率被限制在Pdischarge，本发明实施例中Pcharge设置为10KW，Pdischarge设置为20KW。

本实施例中，超级电容的SOC值超过上限值SOC_high时不允许充电，其超过下限值SOC_low时不允许放电。

在确定燃料电池功率P_fc和超级电容功率P_sc后，动力电池功率P_bat也就间接可知了，即：

P_bat＝P_mot-P_fc-P_sc，

经过验证，燃料电池输出功率平滑度、超级电容工作机制均符合预期，三能源的能量管理***能够正常稳定工作：

如图1所示，燃料电池功率按设定的功率点进行工作，变载幅度非常小，这里用平滑度S来衡量燃料电池输出功率的波动幅度，其中平滑度的计算公式如下：

其中，P₀为燃料电池最大输出净功率，S为平滑度，t为时间，由图1可以看出，经过一个完整的WTVC工况后，燃料电池平滑度S仅为1.17。

如图2所示，超级电容SOC也一直维持在高位，只是在整车需求功率大时才进行大功率充放电，符合本发明三能量源汽车能量***管理的策略目标。

在一些实施例中，还公开一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，计算机指令被处理器运行时，完成如前述任意一项实施例所述的一种三能量源新能源汽车的能量管理方法。

本发明的控制方法采用实时主动控制燃料电池和超级电容，被动控制动力电池的方式确保了整车动力性、大大提高了氢燃料电池的输出功率平滑度，有效延长了氢燃料电池寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种三能量源新能源汽车的能量管理方法，其特征在于，包括：

获取整车回馈功率和电机功率；

控制燃料电池输出功率：

当所述整车回馈功率达到第一阈值时，燃料电池输出怠速功率；

当所述整车回馈功率低于第一阈值时，获取动力电池SOC值，根据所述动力电池SOC值确定与所述动力电池SOC值对应的第一燃料电池功率；

当油门踏板开度在阈值范围之间时，输出与油门踏板开度对应的第二燃料电池功率；

确定所述第一燃料电池功率和所述第二燃料电池功率之间的最大值作为燃料电池输出功率；

还包括：

同时控制超级电容输出功率：当所述超级电容以第一功率充放电模式工作时获取超级电容输出功率，或，当所述超级电容以第二功率充放电模式工作时所述超级电容输出功率为预设值；

所述第一功率充放电模式的激活条件为：

所述超级电容SOC值大于SOC下限阈值且整车剩余需求功率大于整车驱动功率下限阈值时激活，或，所述超级电容SOC值小于SOC上限阈值且所述整车剩余需求功率小于整车回馈功率下限阈值时激活；

所述超级电容以所述第一功率充放电模式获取所述超级电容输出功率包括：

计算整车回馈功率与所述燃料电池功率的差值，所述差值为整车剩余需求功率，将所述整车剩余需求功率作为所述超级电容输出功率；

所述当所述超级电容以所述第二功率充放电模式工作时，所述超级电容输出功率为预设值包括：

所述超级电容输出功率为10kw，用于防止所述超级电容在所述第二功率充放电模式中工作时对动力电池造成功率冲击。

2.根据权利要求1所述的一种三能量源新能源汽车的能量管理方法，其特征在于，所述第一阈值为60kw。

3.根据权利要求1所述的一种三能量源新能源汽车的能量管理方法，其特征在于，所述根据所述动力电池SOC值确定与所述动力电池SOC值对应的第一燃料电池功率包括：

采用分段式功率点模式，通过仿真实验或实车试验确定第一燃料电池功率的功率分段点；

根据所述功率分段点，控制所述第一燃料电池功率。

4.根据权利要求1所述的一种三能量源新能源汽车的能量管理方法，其特征在于，所述阈值范围为60％～90％。

5.根据权利要求1所述的一种三能量源新能源汽车的能量管理方法，其特征在于，

所述超级电容SOC超过所述SOC上限阈值时停止充电；

所述超级电容SOC超过所述SOC下限阈值时停止放电。

6.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在所述处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被所述处理器运行时，完成如权利要求1-5任一项所述的一种三能量源新能源汽车的能量管理方法。