CN116901790A - 一种燃料电池的能量平衡控制方法、***及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池的能量平衡控制方法、***及车辆，涉及动力电池技术领域。本发明所述的燃料电池的能量平衡控制方法，包括：获取预设输入信号，根据所述预设输入信号确定燃料电池的SOC平衡控制阶段；根据所述预设输入信号和所述SOC平衡控制阶段识别工况控制模式；根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优，以确定所述燃料电池的目标功率及目标功率输出时长。本发明可以实现主动过充及过放能量控制，例如对过充和过放能量范围进行控制，实现了高效的燃料电池能量平衡控制，解决了现有燃料电池车配置大电堆功率及大电池容量的双重高成本问题，同时可以提高电池安全性和车辆驾驶性能。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池的能量平衡控制方法、***及车辆。
背景技术
在能源和环保形势日益严峻的今天，新能源汽车的开发得到了越来越广泛的重视，燃料电池以独特的节能环保优势被开发者大量研究，以氢燃料电池为例，其具备运行温度低、功率密度高、响应速度快和环境污染小等特点。
然而，氢燃料电池的功率跟随响应速度与传统发动机和燃料电池相比明显要低很多，导致匹配电堆的功率大小和燃料电池的容量与整车成本及整车性能存在尖锐的矛盾，如果匹配大功率的电堆，则需要比较大容量的燃料电池来容纳电堆功率响应慢带来的能量波动，如果匹配小功率的电堆，则仍需要一个很大容量的燃料电池来为整车提供能量，不利于节能减排和成本控制。
发明内容
本发明解决的问题是如何实现高效的燃料电池能量平衡控制。
为解决上述问题，本发明提供一种燃料电池的能量平衡控制方法、***及车辆。
第一方面，本发明提供一种燃料电池的能量平衡控制方法，包括：
获取预设输入信号，根据所述预设输入信号确定燃料电池的SOC平衡控制阶段；
根据所述预设输入信号和所述SOC平衡控制阶段识别工况控制模式；
根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优，以确定所述燃料电池的目标功率及目标功率输出时长。
可选地，所述预设输入信号包括当前SOC值、快速过充SOC阈值和快速过放SOC阈值，所述根据所述预设输入信号确定燃料电池的SOC平衡控制阶段包括：
若当前SOC值大于平衡SOC下限值且小于所述快速过充SOC阈值，则所述燃料电池进入电池快过充控制阶段；
当所述燃料电池处于所述电池快过充控制阶段时，若所述当前SOC值达到所述快速过充SOC阈值，则所述燃料电池进入电池慢过充控制阶段；
当所述燃料电池处于所述电池慢过充控制阶段时，若所述当前SOC值达到平衡SOC上限值，则所述燃料电池进入电池快过放控制阶段；
当所述燃料电池处于所述电池快过放控制阶段时，若所述当前SOC值达到所述快速过放SOC阈值，则所述燃料电池进入电池慢过放控制阶段。
可选地，所述预设输入信号包括油门信号和整车功率信号，所述根据所述预设输入信号和所述SOC平衡控制阶段识别工况控制模式包括：
根据所述油门信号、所述整车功率信号和所述SOC平衡控制阶段识别所述工况控制模式，其中，所述工况控制模式包括怠速模式、恒功率模式、急变功率模式、交变功率模式和低功率模式。
可选地，所述根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优包括：
根据所述工况控制模式估算所述燃料电池的能量变化值；
根据所述能量变化值、所述SOC平衡控制阶段和电池平衡截止能量估算所述燃料电池的充电剩余时间和放电剩余时间；
根据所述工况控制模式、所述充电剩余时间、所述放电剩余时间和所述燃料电池的电量进行目标功率寻优。
可选地，所述根据所述工况控制模式、所述充电剩余时间、所述放电剩余时间和所述燃料电池的电量进行目标功率寻优包括：
根据所述工况控制模式、所述充电剩余时间、所述放电剩余时间和所述燃料电池的电量确定当前目标功率；
根据所述当前目标功率估算目标功率响应时间；
根据所述目标功率响应时间确定所述目标功率及所述目标功率输出时长。
可选地，所述根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优还包括：确定寻优目标功率起始值及功率变化步长。
可选地，所述根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优还包括：对所述目标功率进行功率极值限制、变化梯度限制以及功率变化复位处理。
可选地，所述燃料电池的能量平衡控制方法还包括：估算整车附件功率、整车功率和所述燃料电池的功率，以估算所述燃料电池的能量波动值，将所述能量波动值作为所述燃料电池的能量平衡控制目标。
第二方面，本发明提供一种燃料电池的能量平衡控制***，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上燃料电池的能量平衡控制方法。
第三方面，本发明提供一种车辆，包括上述燃料电池的能量平衡控制***。
本发明在确定燃料电池的SOC平衡控制阶段以及识别工况控制模式后，通过SOC平衡控制阶段和工况控制模式进行目标功率寻优，从而确定燃料电池的目标功率及目标功率输出时长，作为燃料电池功率控制目标，从而可以实现主动过充及过放能量控制，例如对过充和过放能量范围进行控制，实现了高效的燃料电池能量平衡控制，解决了现有燃料电池车配置大电堆功率及大电池容量的双重高成本问题，同时可以提高电池安全性和车辆驾驶性能。
附图说明
图1为本发明实施例的燃料电池的能量平衡控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的燃料电池的能量平衡控制方法的框架示意图；
图3为本发明实施例的燃料电池目标功率寻优算法的框架示意图；
图4为本发明实施例的燃料电池的能量平衡控制方法的原理示意图。
具体实施方式
现有氢燃料电动车大部分会匹配一个较大容量的动力电池，这样将大大减少对动力电池平衡控制精度及控制性能的限制，从而大大减少功率平衡控制技术的难度。也可以将氢燃料电池做成一种类似混合动力中的微混(即配置一个容量很小的功率型动力电池，例如2kwh\4kwh)，即大功率的电堆匹配小容量的电池，这样在节能减排和成本都可以做到较好的平衡，但为达到此目的，平衡整车功率、电堆功率以及电池功率将成为最为关键的控制目标和技术难点。本发明为实现上述技术，提出一种燃料电池的能量平衡控制方法，即基于动力电池平衡SOC点主动过充及过放能量控制的能量平衡控制方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种燃料电池的能量平衡控制方法，包括：
获取预设输入信号，根据所述预设输入信号确定燃料电池的SOC平衡控制阶段。
具体地，首先获取预设输入信号，根据预设输入信号确定燃料电池的SOC平衡控制阶段(后文也称电池控制阶段)，其中，SOC平衡控制阶段包括但不限于：
(1)电池快过充控制阶段：该控制过程主动引导电池处于大电流过充控制，在计算电堆的目标功率主动朝着让电池快速过充的趋势变化；
(2)电池慢过充控制阶段：该控制过程主动引导电池处于小电流过充控制，在计算电堆的目标功率主动朝着让电池慢速过充的趋势变化，从而可以主动有效地控制电池截止过充能量值；
(3)电池快过放控制阶段：该控制过程主动引导电池处于大电流过放控制，在计算电堆的目标功率主动朝着让电池快速过放的趋势变化；
(4)电池慢过放控制阶段：该控制过程主动引导电池处于小电流过放控制，在计算电堆的目标功率主动朝着让电池慢速过放的趋势变化，从而可以主动有效地控制电池截止过放能量值。
其中，预设输入信号可以包括但不限于：电池SOC(StateofCharge，荷电状态)、电池能量、电池电流、电池电压、电池放电能力功率、电池充电能力功率、压缩机功率、DCDC功率、PTC(PositiveTemperatureCoefficient,翻译为正温度系数,在汽车中解释为汽车加热器)功率、整车驱动功率、整车回收功率、电堆总功率、电堆能力功率、油门信号、车速信号、驻车信号和挡位信号。
根据所述预设输入信号和所述SOC平衡控制阶段识别工况控制模式。
具体地，结合图2和图3所示，通过电池SOC平衡阶段控制模块判断当前电池SOC平衡所处的控制阶段，即SOC平衡控制阶段后，结合预设输入信号可以识别到当前工况所处的控制模式，即工况控制模式；由于具体燃料电池的目标功率计算需要考虑到当前工况的特点，不同的工况对于整车功率平衡以及燃料电池的目标功率计算产生了很大的影响，可以根据整车不同工况功率模型将工况控制模式分为怠速模式、恒功率模式、急变功率模式、交变功率模式和低功率模式。
根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优，以确定所述燃料电池的目标功率及目标功率输出时长。
具体地，结合图2和图3所示，在识别工况控制模式后，燃料电池目标功率及时长控制估算模块通过当前所处的SOC平衡控制阶段和识别到的工况控制模式，采用寻优的方式找到燃料电池的目标功率及目标功率的输出时长作为电池能量平衡燃料电池功率控制目标。由于燃料电池功率跟随的滞后性，燃料电池均无法精确给出整车各工况下的能量波动跟随，因此动力电池的作用就相当于蓄水池，可以通过电池过充或过放来实现整车的能量管理及平衡，本实施例可通过电池主动过充和过充的思路来反向计算燃料电池的目标功率及时长，从现有的燃料电池端的功率提供标定的方案，变成能平衡电池目标端反向精确推算出燃料电池的功率及时长的方案。
可选地，所述预设输入信号包括当前SOC值、快速过充SOC阈值和快速过放SOC阈值。
具体地，预设输入信号包括当前SOC值、快速过充SOC阈值和快速过放SOC阈值，可以根据电池当前SOC、能量、快充能量标定值、快放能量标定值以及当前工况控制模式综合判断当前电池SOC平衡所处的控制阶段，其中，电池SOC平衡阶段控制模块包括：(1)SOC平衡点及区间设置；(2)电池过充(放)阶段目标；(3)SOC平衡循环控制；(4)电池截止能量及平衡能量，电池SOC平衡阶段控制模块的预设输入信号包括但不限于放电能力功率、充电能力功率、电池SOC、电池能量、电池电流和工况控制模式，电池SOC平衡阶段控制模块的输出包括但不限于电池截止能量、电池平衡能量值和电池控制阶段。
为达到有效且主动性地控制动力电池的平衡区间，正常的做法是设置平衡SOC点及平衡区间，只要超过此区间限制就主动的减少或增加电堆的功率来进行补偿。但实际上电堆功率变化并不能像发动机或动力电池那样可以及时响应。为此，本案将电池设计的过充阶段和过放阶段进一步细分，过充阶段又分为快过充阶段和慢过充阶段，过放阶段又分为快过放阶段和慢过放阶段。
结合图4所示，电池平衡SOC上限值(例如65％)至电池SOC极限值100％之间的能量差Erc标定时，Erc值要考虑到整车急剧回收功率的大小、电堆最大响应梯度、电堆怠速最低功率以及整车最大回收时长；而平衡SOC下限值(例如60％)至电池SOC极限值0％之间的能量差Erd值要考虑到电池过放截止SOC点时整车急剧全油门驱动功率的大小、电堆最大响应梯度以及整车最大驱动时长等因素影响。结合图4所示，为有效控制住动力电池的SOC平衡区间，主动设置电池平衡的四个控制区域，并根据电池的实际能量及整车工况在四个区域进行交叉切换(其中，正常情况下这四个控制阶段是循环变换，但如果实际电池的能量触及到快速过充点或快速过放点应根据具体工况就近切入到相应的工况或跳过原来的循环切入的控制阶段)。
所述根据所述预设输入信号确定燃料电池的SOC平衡控制阶段包括：
若所述当前SOC值大于平衡SOC下限值且小于所述快速过充SOC阈值，则所述燃料电池进入电池快过充控制阶段。
具体地，结合图4所示，以平衡SOC下限值Elow为60％、快速过放SOC阈值Eslow为61.5％、电池平衡SOC线Esb为62.5％、快速过充SOC阈值Efast为63.5％以及平衡SOC上限值Eup为65％为例，若当前SOC值大于60％且小于63.5％(E0-E1-E2)，燃料电池进入电池快过充控制阶段(I)，此阶段过程主动引导电池处于大电流过充控制，设置最大及最小的过充功率作为目标，然后由当前工况下车辆功率平衡模型以及过充功率目标计算出燃料电池的目标功率以及相应的功率时长。
当所述燃料电池处于所述电池快过充控制阶段时，若所述当前SOC值达到所述快速过充SOC阈值，则所述燃料电池进入电池慢过充控制阶段。
具体地，结合图4所示，当燃料电池处于电池快过充控制阶段时，若当前SOC值达到63.5％(E2所示位置)，燃料电池进入电池慢过充控制阶段(II)，此阶段过程主动引导电池处于小电流过充控制，设置最大及最小的过充功率作为目标，然后由当前工况下车辆功率平衡模型以及过充功率目标计算出燃料电池的目标功率以及相应的功率时长；针对不同的工况下的SOC截止点需要作不同的修正才能保证电池不会超过此SOC平衡区间上限值，例如，当处于慢过充控制时，当工况进入到急减或交变回收时要对截止SOC作预判收缩(预留)以防止电池真实的SOC超过截止点的情形发生。
当所述燃料电池处于所述电池慢过充控制阶段时，若所述当前SOC值达到平衡SOC上限值，则所述燃料电池进入电池快过放控制阶段。
具体地，结合图4所示，当燃料电池处于电池慢过充控制阶段时，若当前SOC值达到65％(E5所示位置)，则燃料电池进入电池快过放控制阶段(III)，此阶段过程主动引导电池处于大电流过放控制，设置最大及最小过放功率作为目标，然后由当前工况下车辆功率平衡模型以及过放功率目标计算出燃料电池的目标功率以及相应的功率时长。
当所述燃料电池处于所述电池快过放控制阶段时，若所述当前SOC值达到所述快速过放SOC阈值，则所述燃料电池进入电池慢过放控制阶段。
具体地，结合图4所示，当燃料电池处于电池快过放控制阶段时，若当前SOC值达到61.5％(E7所示位置)，则燃料电池进入电池慢过放控制阶段(IV)，直至当前SOC值达到60％(E8所示位置)为止，此阶段过程主动引导电池处于小电流过放控制，设置最大及最小的过放功率作为目标，然后由当前工况下车辆功率平衡模型以及过放功率目标计算出燃料电池的目标功率以及相应的功率时长；针对不同的工况下的SOC过放截止点需要作不同的修正才能保证电池不会超过此SOC平衡区间下值，例如，当处于慢过放控制时，当工况进入到急加或交变驱动时要对截止SOC作预判收缩(预留)以防止电池真实SOC超过下限值的情形。
其中，实际电池功率按照图4虚线所示E0-E8’所示。
可选地，所述预设输入信号包括油门信号和整车功率信号，所述根据所述预设输入信号和所述SOC平衡控制阶段识别工况控制模式包括：
根据所述油门信号、所述整车功率信号和所述SOC平衡控制阶段识别所述工况控制模式，其中，所述工况控制模式包括怠速模式、恒功率模式、急变功率模式、交变功率模式和低功率模式。
具体地，结合图2和图3所示，可以通过油门、整车功率、控制阶段以及代表车辆工况的相关信息识别出工况控制模式。
其中，控制模式识别模块的输入包括但不限于：油门信号、电池端整车电功率、整车功率变化状态、附件总功率、附件功率变化状态、电堆净输出功率、电池放电能力功率、电池充电能力功率、电池SOC、电池实际能量和电池控制阶段，控制模式识别模块的输出为工况控制模式。
其中，工况控制模式包括：
(1)怠速控制模式(持续tA)：该模式主要是针对车辆静置状态下，电堆工作时，主动控制电池SOC平衡的一种控制模式；当整车附件功率小于电堆怠速最低开机功率时，直接充到SOC截止点停机。如整车附件功率大于电堆怠速最低开机功率时，电堆满足不停机主动循环控制电池平衡的前提条件。在此工况下，电堆根据附件功率的大小，按照电池设计的四个控制阶段依次进行循环控制，在控制时，电堆在每一个阶段可以设置一个较为固定的平稳功率来实现循环控制电池的主动过充和过放控制来实现多周期地怠速工况电池SOC平衡控制；怠速控制模式需同时满足以下条件：油门踏板开度为0，非巡航模式，请求扭矩为0，车辆状态为静止，N挡。
(2)恒功率控制模式(持续tB)：该模式主要是针对整车功率及附件功率处于一种较为平稳状态值(或波动非常小)下针对电池主动过充过放控制能量平衡的模式，例如定速巡航、车辆平缓的加减速；此模式下的驱动和附件功率较为平稳，其整车功率模型可以参照怠速控制的方式来实现，其电堆的功率在怠速功率的控制方式下，增加整车功率部分并作一部分预留功率控制即可满足要求。
(3)急变功率控制模式(持续tC+tD)：该模式主要针对整车附件功率或驱动功率急剧变大或变小情形的工况，例如车辆剧烈驾驶(不产生能量回馈)，根据此工况的特点需要针对电池和电堆的控制目标标定控制一些特殊性的参数值，使得既能够满足整车功率的需求，又对电池的能量平衡控制目标有保证；急变功率控制是针对驱动或附件功率进行急剧增加和急剧减少的情形，在此工况下，根据工况的特点需要在恒功率控制模式下增加一个功率预测估算，估算急剧变化后的整车功率点，同时由整车功率的变化差值适当修正电池此阶段的过充或过放功率目标，以此来抵消因为整车功率急剧变化带来的整车功率模型估算不准的情形。
(4)交变功率控制模式(持续tE+tF)：交变功率控制模式主要是考虑到整车的功率从驱动急剧变化到回收或从回收急剧变成驱动工况的一种模式，例如车辆剧烈驾驶(能量回馈能力较大)，该模式针对此工况的特点，对于电池过充或过放的标定预留会有所不同，同时对电堆的功率变化频率作不同的区分；交变功率控制其控制也是急变功率控制的一个特例。其与急变功率控制最大的不同是整车功率不仅急剧变化，而且整车功率变化由正值到负值，或整车功率由负值到正值的情形。其控制要求在急变功率的模式下识别功率符号变化前时及时调整电堆目标功率的变化梯度，使用最大变化梯度且根据Erc或Erd值使用合适的电堆最大目标功率和最小目标功率限制以适应此工况下的整车驱动和回收的需求。
(5)低功率控制模式(持续tG+tH+tI)：该模式是行车过程一种常用的控制模式，该工况整车功率较低，同时功率需求处于一种动态频繁变化的状态，例如长续航模式(限速限功率)。针对此工况的特点，在控制中目标功率的计算中，能量积分项的调节相对于其它模式来说权重要大一些，这样才能有效控制因为能量动态频繁变化带来累积效应而无法完全保证电池的平衡而设计；该模式是行车过程一种常用的控制模式，在整车车速及功率处于较低的水平，同时功率需求又处于一种动态频繁变化的状态。针对此工况的特点，在控制中目标功率的计算中，能量积分项的调节相对于其它模式来说权重要大一些，这样才能有效控制因为能量动态频繁变化带来累积效应而无法完全保证电池的平衡而设计。
可选地，所述根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优包括：
根据所述工况控制模式估算所述燃料电池的能量变化值。
具体地，结合图3所示，在控制模式识别模块识别工况控制模式后，电池变化能量估算模块确定当前工况控制模式下整车功率模型所估算电池的能量波动，即燃料电池的能量变化值。
其中，电池变化能量估算模块的输入包括但不限于：油门信号、电池端整车电功率、整车功率变化状态、附件总功率、附件功率变化状态、电堆净输出功率、电池放电能力功率、电池充电能力功率、电池SOC和电池实际能量。
根据所述能量变化值、所述SOC平衡控制阶段和电池平衡截止能量估算所述燃料电池的充电剩余时间和放电剩余时间。
具体地，结合图3所示，电池充(放)电剩余时间估算模块根据估算出来的电池变化能量值、电池控制阶段以及电池平衡截止能量计算出达到过充和过放截止的剩余时间，作为后面判断更改计算目标功率的判断条件之一。
根据所述工况控制模式、所述充电剩余时间、所述放电剩余时间和所述燃料电池的电量进行目标功率寻优。
具体地，结合图3所示，目标功率寻优判断控制模块通过当前目标功率、工况控制模式、充(放)电剩余时间、电池电量等相关信号，计算出用于寻优计算的目标功率序列开始值及功率寻优增加步长管理，并在寻优结束时，判断寻优是否结束等，从而实现目标功率寻优。
其中，目标功率寻优判断控制模块的输入包括但不限于：燃料电池目标功率(假定)、目标功率、功率时长、电池控制阶段、工况控制模式、充电剩余时间、放电剩余时间、电池变化能量、电池截止能量、电池平衡能量和电池SOC；目标功率寻优判断控制模块执行判断时主要考虑：电池充放电剩余时间、燃料电池功率响应梯度、电池控制阶段、工况控制模式、燃料电池目标功率时长、功率时长与剩余时间差、电池变化能量值、电池截止能量、电池平衡能量、电池实际SOC及估算SOC。
可选地，所述根据所述工况控制模式、所述充电剩余时间、所述放电剩余时间和所述燃料电池的电量进行目标功率寻优包括：
根据所述工况控制模式、所述充电剩余时间、所述放电剩余时间和所述燃料电池的电量确定当前目标功率。
具体地，结合图3所示，燃料电池目标功率模块用于根据电池充(放)电剩余时间估算模块提供的充电剩余时间和放电剩余时间以及前述的工况控制模式和电池控制阶段等确定当前目标功率，即燃料电池目标功率(假定)。
其中，燃料电池目标功率模块的其他输入包括但不限于：电堆净输出功率、电堆功率梯度、电池端整车电功率、附件总功率、电池能量及电池SOC；燃料电池目标功率模块进行估算时主要考虑：充(放)电剩余时间估算、电池控制阶段、当前工况控制模式、燃料电池实际功率、燃料电池功率变化梯度、电池端整车电功率及状态、整车附件功率及状态、电池实际能量及SOC以及目标功率相关信号(起始功率、功率步长等)。
根据所述当前目标功率估算目标功率响应时间。
具体地，结合图3所示，目标功率响应时间估算模块可以根据燃料电池目标功率(假定)估算目标功率响应时间。
其中，目标功率响应时间估算模块的其他输入包括但不限于：电池控制阶段、工况控制模式、电堆净输出功率和电堆功率变化梯度，目标功率响应时间估算模块进行估算时主要考虑：电池控制阶段、工况控制模式、电堆实际输出功率、电堆功率变化梯度、响应时间限制及复位。
根据所述目标功率响应时间确定所述目标功率及所述目标功率输出时长。
具体地，结合图3所示，目标功率时长计算模块根据目标功率响应时间估算模块提供的目标功率响应时间确定目标功率及目标功率输出时长。
其中，目标功率时长计算模块的其他输入包括但不限于：电池控制阶段、工况控制模式、电堆净输出功率、电池截止能量值和电池平衡能量值，目标功率时长计算模块进行计算时主要考虑：电池控制阶段、工况控制模式、电堆实际输出功率、功率响应时间、电池充(放)电截止能量、电池SOC及平衡能量值。
可选地，所述根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优还包括：确定寻优目标功率起始值及功率变化步长。
具体地，目标功率寻优判断控制模块需要确定寻优目标功率起始值及功率变化步长，即计算及标定寻优目标功率起始值及设定寻优功率变化步长。
可选地，所述根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优还包括：对所述目标功率进行功率极值限制、变化梯度限制以及功率变化复位处理。
具体地，结合图3所示，燃料电池目标功率输出模块用于寻优后的目标功率限制输出，包括：当前控制模式输出、其他情形的输出、功率极值限制、变化梯度限制以及功率变化复位处理等。当目标功率寻优判断找到新的最优目标功率时，则燃料电池目标功率输出模块输出的目标功率使用的寻优到的新功率，如未寻优到最优的目标功率时，则燃料电池目标功率输出模块输出的目标功率为上一步的目标功率。
可选地，所述燃料电池的能量平衡控制方法还包括：估算整车附件功率、整车功率和所述燃料电池的功率，以估算所述燃料电池的能量波动值，将所述能量波动值作为所述燃料电池的能量平衡控制目标。
具体地，结合图2和图4所示，整车附件功率估算模块的输入包括但不限于：压缩机功率、DCDC功率和PTC功率，整车附件功率估算模块的输出包括但不限于：附件功率变化状态、附件总功率以及附件最大功率(Ppmax)，作为整车功率平衡模型的输入信号之一(P0-P9)。
结合图2和图4所示，整车功率估算模块的输入包括但不限于：驱动/回收功率(D0-D9，在0功率线之上为驱动正功率，在0功率线之下为回收负功率)、驱动最大功率以及回收最大功率，整车功率估算模块的输出包括但不限于：电池端整车电功率、整车功率变化状态以及预测最大/最小功率，作为整车功率平衡模型的输入信号之一。
结合图2和图4所示，燃料电池功率估算模块的输入包括但不限于：电堆总功率、电堆净功率和电堆功率能力，燃料电池功率估算模块的输出包括但不限于：功率变化最小梯度、功率变化最大梯度和净输出功率，作为整车功率平衡模型的输入信号之一；其中，在图4中，电堆功率表示为F0-F9的曲线，电堆实际功率表示为F0’-F9’的曲线(受发电最大功率限制以及怠速最低功率限制)。
结合图2和图4所示，电池能量估算模块的输入包括但不限于：电池控制阶段、电池SOC和电池实际功率；电池能量估算模块的输出包括但不限于：估算SOC/实际SOC、能量变化方向、能量变化状态和电池实际能量；估算值作为电池能量平衡的控制目标，同时考虑到估算的准确性，可以利用电池实际的SOC进行动态的校正电池的能量估算。
结合图2所示，电池变化能量估算模块的输入包括但不限于：电池实际功率、电池控制阶段、附件功率变化状态、附件总功率、附件最大功率、电池端整车电功率、整车功率变化状态、预测最大/最小功率、功率变化最小梯度、功率变化最大梯度、净输出功率和最大功率能力；电池变化能量估算模块的输出包括但不限于：附件最大功率、整车实际充电能力、最小充放电能量、最大充放电能量、整车预测最大/最小功率、功率变化最小梯度、功率变化最大梯度和净输出功率。
本发明另一实施例提供一种燃料电池的能量平衡控制***，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上燃料电池的能量平衡控制方法。
本发明另一实施例提供一种车辆，包括上述燃料电池的能量平衡控制***。
虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃料电池的能量平衡控制方法，其特征在于，包括：
获取预设输入信号，根据所述预设输入信号确定燃料电池的SOC平衡控制阶段；
根据所述预设输入信号和所述SOC平衡控制阶段识别工况控制模式；
根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优，以确定所述燃料电池的目标功率及目标功率输出时长。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的能量平衡控制方法，其特征在于，所述预设输入信号包括当前SOC值、快速过充SOC阈值和快速过放SOC阈值，所述根据所述预设输入信号确定燃料电池的SOC平衡控制阶段包括：
若所述当前SOC值大于平衡SOC下限值且小于所述快速过充SOC阈值，则所述燃料电池进入电池快过充控制阶段；
当所述燃料电池处于所述电池快过充控制阶段时，若所述当前SOC值达到所述快速过充SOC阈值，则所述燃料电池进入电池慢过充控制阶段；
当所述燃料电池处于所述电池慢过充控制阶段时，若所述当前SOC值达到平衡SOC上限值，则所述燃料电池进入电池快过放控制阶段；
当所述燃料电池处于所述电池快过放控制阶段时，若所述当前SOC值达到所述快速过放SOC阈值，则所述燃料电池进入电池慢过放控制阶段。
3.根据权利要求1所述的燃料电池的能量平衡控制方法，其特征在于，所述预设输入信号包括油门信号和整车功率信号，所述根据所述预设输入信号和所述SOC平衡控制阶段识别工况控制模式包括：
根据所述油门信号、所述整车功率信号和所述SOC平衡控制阶段识别所述工况控制模式，其中，所述工况控制模式包括怠速模式、恒功率模式、急变功率模式、交变功率模式和低功率模式。
4.根据权利要求1所述的燃料电池的能量平衡控制方法，其特征在于，所述根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优包括：
根据所述工况控制模式估算所述燃料电池的能量变化值；
根据所述能量变化值、所述SOC平衡控制阶段和电池平衡截止能量估算所述燃料电池的充电剩余时间和放电剩余时间；
根据所述工况控制模式、所述充电剩余时间、所述放电剩余时间和所述燃料电池的电量进行目标功率寻优。
5.根据权利要求4所述的燃料电池的能量平衡控制方法，其特征在于，所述根据所述工况控制模式、所述充电剩余时间、所述放电剩余时间和所述燃料电池的电量进行目标功率寻优包括：
根据所述工况控制模式、所述充电剩余时间、所述放电剩余时间和所述燃料电池的电量确定当前目标功率；
根据所述当前目标功率估算目标功率响应时间；
根据所述目标功率响应时间确定所述目标功率及所述目标功率输出时长。
6.根据权利要求4所述的燃料电池的能量平衡控制方法，其特征在于，所述根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优还包括：确定寻优目标功率起始值及功率变化步长。
7.根据权利要求4所述的燃料电池的能量平衡控制方法，其特征在于，所述根据所述SOC平衡控制阶段和所述工况控制模式进行目标功率寻优还包括：对所述目标功率进行功率极值限制、变化梯度限制以及功率变化复位处理。
8.根据权利要求1所述的燃料电池的能量平衡控制方法，其特征在于，还包括：估算整车附件功率、整车功率和所述燃料电池的功率，以估算所述燃料电池的能量波动值，将所述能量波动值作为所述燃料电池的能量平衡控制目标。
9.一种燃料电池的能量平衡控制***，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1至8任一项所述的燃料电池的能量平衡控制方法。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的燃料电池的能量平衡控制***。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310676126.XA CN116901790A (zh) | 2023-06-08 | 2023-06-08 | 一种燃料电池的能量平衡控制方法、***及车辆 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN116901790A true CN116901790A (zh) | 2023-10-20 |
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-06-08 CN CN202310676126.XA patent/CN116901790A/zh active Pending
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