一种燃料电池混合动力系统的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池混合动力系统的控制方法及系统，所述燃料电池混合动力系统包括锂电池和燃料电池，所述方法包括：在燃料电池+锂电池双动力模式下，若车辆运行状态发生变更，则维持燃料电池输出功率，并基于车辆电机动力系统的当前需求功率，调节锂电池当前输出功率；若该当前需求功率大于燃料电池的设定最小输出功率，则基于锂电池的当前荷电状态和车辆电机动力系统的当前需求功率，利用多目标自适应控制算法，计算燃料电池的期望输出功率；基于期望输出功率，在预设燃料电池输出调整时间内，平滑调节燃料电池的实际输出功率。本发明专利技术能够使燃料电池在不同运行工况下平稳运行，并能有效提高燃料使用效率，延长电堆使用寿命。

Control method and system for fuel cell hybrid power system

The present invention provides a control method and system of a fuel cell hybrid power system comprising a lithium battery and a fuel cell. The method comprises maintaining the fuel cell output power in the fuel cell + lithium battery dual power mode if the vehicle operation state changes, and based on the vehicle. If the current demand power is greater than the set minimum output power of the fuel cell, the fuel power is calculated by the multi-objective adaptive control algorithm based on the current state of charge of the lithium battery and the current demand power of the vehicle motor power system. The expected output power of the fuel cell; based on the expected output power, the actual output power of the fuel cell can be smoothly adjusted within the preset adjustment time of the fuel cell output. The invention can make the fuel cell run smoothly under different operating conditions, effectively improve the fuel utilization efficiency and prolong the service life of the stack.

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池混合动力系统的控制方法及系统
本专利技术涉及新能源驱动
，更具体地，涉及一种燃料电池混合动力系统的控制方法及系统。
技术介绍
环境污染、能源危机等问题已成为目前人类面对的重大挑战，随着新能源技术的不断发展，氢能凭借其清洁无污染、高转换效率及高能量密度等优势，逐渐成为各国研发的热点。同时，以景区观光车、高尔夫球车及摆渡车为首的各类小型车由于其工作环境的特殊化，使之对化石燃料之外的能源方式有较高的依赖性。传统小型车多以纯电动的动力形式为主，然而在实际应用中，出现充电时间长、续航里程短和电池劣化现象严重等问题，导致其在实际应用中多有不便。并且，电动车存在转嫁污染的问题，并不是严格意义上的绿色能源。燃料电池的发展，极大的改善了锂电池的缺陷，通过更换气瓶或加气的方式即可实现快速补充能量，高能量密度带来较高的续航里程，同时反应过程产物只有水，保证了清洁无污染排放。纯燃料电池动力系统由于化学反应存在一定滞后性，往往无法满足车辆系统动态响应的需要。增加锂电池储能系统作为整个车辆系统的辅助动力系统，可以有效地提高整个动力系统的动态响应，改善纯燃料电池动力系统瞬间输出动力不足等问题，同时改善燃料电池的工作环境，对延长燃料电池使用寿命，提高氢气能量利用率等方面有着显著的作用。传统的燃料电池+锂电池的混合动力系统控制方法中，根据车辆运行工况及电池荷电状态的不同，按照事先设定的动力分配形式和分配比例，将车辆电机需求功率在燃料电池和锂电池之间进行分配。但是，如景区观光车、高尔夫球车等一类小型车的工作环境不同于一般汽车，由于其满载载客量大、运行环境坡度变化大等特点，使得其运行工况变化范围较大。而传统的定参数控制难以满足工况的剧烈变化，使频繁的启停及过于剧烈的变载会导致燃料电池寿命的快速缩短和性能的下降，不利于燃料电池相关动力车辆的运行经济性。
技术实现思路
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术提供一种燃料电池混合动力系统的控制方法及系统，用以使得燃料电池可以在不同运行工况下平稳运行，并有效提高燃料使用效率，从而延长电堆使用寿命，有效改善燃料电池相关动力车辆的运行经济性。第一方面，本专利技术提供一种燃料电池混合动力系统的控制方法，所述燃料电池混合动力系统包括锂电池和燃料电池，所述方法包括：在燃料电池+锂电池双动力模式下，若检测到车辆运行状态发生变更，则保持燃料电池输出功率不变，并基于车辆电机动力系统的当前需求功率，调节锂电池当前输出功率；若所述车辆电机动力系统的当前需求功率大于燃料电池的设定最小输出功率，则基于锂电池在当前输出功率下的荷电状态，以及所述车辆电机动力系统的当前需求功率，利用多目标自适应控制算法，计算燃料电池的期望输出功率；基于所述期望输出功率，在预设燃料电池输出调整时间内，平滑调节燃料电池的实际输出功率。其中，所述多目标自适应控制算法具体为变权重参数控制算法；相应的，所述通过变权重参数控制，计算燃料电池的期望输出功率的步骤进一步包括：基于锂电池的实际荷电状态变化率，对应调整燃料电池+锂电池双动力模式下锂电池的权重参数；基于所述锂电池的权重参数、所述锂电池当前输出功率下的荷电状态以及所述车辆电机动力系统的当前需求功率，计算所述燃料电池的期望输出功率。其中，所述基于锂电池的实际荷电状态变化率，对应调整燃料电池+锂电池双动力模式下锂电池的权重参数的步骤进一步包括：判断所述锂电池的实际荷电状态变化率与设定最大荷电状态变化率和设定最小荷电状态变化率的大小关系；若所述实际荷电状态变化率小于所述设定最小荷电状态变化率，则相应减小锂电池的荷电状态权重参数；若所述实际荷电状态变化率大于所述设定最大荷电状态变化率，则相应增加锂电池的荷电状态权重参数；若所述实际荷电状态变化率大于所述设定最小荷电状态变化率且小于所述设定最大荷电状态变化率，则维持锂电池实际荷电状态权重参数。进一步的，所述方法还包括：基于锂电池的实际荷电状态，对应调节所述燃料电池和所述锂电池的混合动力运行模式，使所述燃料电池混合动力系统达到所述燃料电池+锂电池双动力模式。其中，所述基于锂电池的实际荷电状态，对应调节所述燃料电池和所述锂电池的混合动力运行模式的步骤进一步包括：设定锂电池的最大保护荷电状态和最小保护荷电状态，并比较锂电池的所述实际荷电状态与所述最大保护荷电状态和所述最小保护荷电状态的大小关系；若所述实际荷电状态小于所述最小保护荷电状态，则控制燃料电池以最大效率输出功率向锂电池充电，直至锂电池实际荷电状态大于所述最小保护荷电状态；若所述实际荷电状态大于所述最大保护荷电状态，则控制锂电池单独输出功率，直至锂电池实际荷电状态小于所述最大保护荷电状态；若所述实际荷电状态大于所述最小保护荷电状态且小于所述最大保护荷电状态，则在经过设定燃料电池启动时间后，以燃料电池最小保护输出功率进行输出。进一步的，所述方法还包括：若所述车辆电机动力系统的当前需求功率小于燃料电池的所述设定最小输出功率，则根据锂电池的实际荷电状态，控制燃料电池以设定最小输出功率输出电能，或者，控制锂电池单独输出功率，直至锂电池的所述实际荷电状态下降至锂电池设定最大保护荷电状态时，启动燃料电池，并控制燃料电池以所述设定最小输出功率输出电能。进一步的，所述方法还包括：在车辆制动能量再生阶段，检测所述车辆电机动力系统的实际母线电压，并在判断所述实际母线电压小于母线最大额定电压时，控制燃料电池以所述设定最小输出功率输出电能为锂电池充电，否则切断燃料电池供电。第二方面，本专利技术提供一种燃料电池混合动力系统的控制系统，所述燃料电池混合动力系统包括锂电池和燃料电池，所述控制系统包括：电参数单元，用于获取锂电池实际荷电状态、车辆电机动力系统的需求功率、锂电池设定荷电状态变化率参数、锂电池设定保护荷电状态、燃料电池设定输出功率、设定燃料电池启动时间以及实际母线电压和母线电压额定值；车辆运行状态单元，用于获取车辆当前运行状态以及车辆运行状态改变；数据处理单元，用于根据如上所述的燃料电池混合动力系统的控制方法，控制所述燃料电池混合动力系统。第三方面，本专利技术提供一种燃料电池混合动力系统的控制装置，包括：至少一个存储器、至少一个处理器、通信接口和总线；所述存储器、所述处理器和所述通信接口通过所述总线完成相互间的通信，所述通信接口用于所述控制装置与车辆电机动力系统和所述燃料电池混合动力系统之间的信息传输；所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的燃料电池混合动力系统的控制方法。第四方面，本专利技术提供一种汽车，包括至少一套燃料电池混合动力系统，以及如上所述的燃料电池混合动力系统的控制系统或者燃料电池混合动力系统的控制装置；其中，所述燃料电池混合动力系统包括锂电池和燃料电池。本专利技术提供的一种燃料电池混合动力系统的控制方法及系统，通过将锂电池组荷电状态和电机需求功率作为变量输入能量管理控制器，并通过权重系数控制，计算燃料电池电堆期望输出功率，同时结合车辆运行状态设定不同管理策略，使得系统在满足车辆安全稳定运行的前提下，能够使燃料电池在不同运行工况下平稳运行，并能有效提高燃料使用效率，延长燃料电池寿命及工作效率，提高系统经济性。附图说明图1为本专利技术实施例一种燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池混合动力系统的控制方法，所述燃料电池混合动力系统包括锂电池和燃料电池，其特征在于，所述方法包括：在燃料电池+锂电池双动力模式下，若检测到车辆运行状态发生变更，则保持燃料电池输出功率不变，并基于车辆电机动力系统的当前需求功率，调节锂电池当前输出功率；若所述车辆电机动力系统的当前需求功率大于燃料电池的设定最小输出功率，则基于锂电池在当前输出功率下的荷电状态，以及所述车辆电机动力系统的当前需求功率，利用多目标自适应控制算法，计算燃料电池的期望输出功率；基于所述期望输出功率，在预设燃料电池输出调整时间内，平滑调节燃料电池的实际输出功率。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池混合动力系统的控制方法，所述燃料电池混合动力系统包括锂电池和燃料电池，其特征在于，所述方法包括：在燃料电池+锂电池双动力模式下，若检测到车辆运行状态发生变更，则保持燃料电池输出功率不变，并基于车辆电机动力系统的当前需求功率，调节锂电池当前输出功率；若所述车辆电机动力系统的当前需求功率大于燃料电池的设定最小输出功率，则基于锂电池在当前输出功率下的荷电状态，以及所述车辆电机动力系统的当前需求功率，利用多目标自适应控制算法，计算燃料电池的期望输出功率；基于所述期望输出功率，在预设燃料电池输出调整时间内，平滑调节燃料电池的实际输出功率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多目标自适应控制算法具体为变权重参数控制算法；相应的，所述通过变权重参数控制，计算燃料电池的期望输出功率的步骤进一步包括：基于锂电池的实际荷电状态变化率，对应调整燃料电池+锂电池双动力模式下锂电池的权重参数；基于所述锂电池的权重参数、所述锂电池当前输出功率下的荷电状态以及所述车辆电机动力系统的当前需求功率，计算所述燃料电池的期望输出功率。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于锂电池的实际荷电状态变化率，对应调整燃料电池+锂电池双动力模式下锂电池的权重参数的步骤进一步包括：判断所述锂电池的实际荷电状态变化率与设定最大荷电状态变化率和设定最小荷电状态变化率的大小关系；若所述实际荷电状态变化率小于所述设定最小荷电状态变化率，则相应减小锂电池的荷电状态权重参数；若所述实际荷电状态变化率大于所述设定最大荷电状态变化率，则相应增加锂电池的荷电状态权重参数；若所述实际荷电状态变化率大于所述设定最小荷电状态变化率且小于所述设定最大荷电状态变化率，则维持锂电池实际荷电状态权重参数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：基于锂电池的实际荷电状态，对应调节所述燃料电池和所述锂电池的混合动力运行模式，使所述燃料电池混合动力系统达到所述燃料电池+锂电池双动力模式。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于锂电池的实际荷电状态，对应调节所述燃料电池和所述锂电池的混合动力运行模式的步骤进一步包括：设定锂电池的最大保护荷电状态和最小保护荷电状态，并比较锂电池的所述实际荷电状态与所述最大保护荷电状态和所述最小保护荷电状态的大小关系；若所述实际荷电状态小于所述最小...

【专利技术属性】
技术研发人员：万年坊，李克雷，张文超，刘韶庆，丁叁叁，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37