具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法技术方案

具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法，属于混合动力车辆技术领域。解决了现有的燃料电池混合动力系统电池由于频繁充放电导致的容量衰减问题以及制动能量利用率低的问题。本发明专利技术有效的回收动力系统在刹车或减速阶段的制动能量；此外，采用低通滤波器对驱动阶段功率分配，能够通过控制使动力电池在低频域工作，能够有效的降低动力电池容量衰减程度。本发明专利技术适用于电动汽车的储能与能量分配。

Energy distribution method of fuel cell hybrid power system with elastic energy storage mechanism

The invention relates to an energy distribution method of a fuel cell hybrid power system with an elastic energy storage mechanism, belonging to the technical field of hybrid vehicles. The utility model solves the problem of capacity attenuation caused by frequent charging and discharging of the existing fuel cell hybrid power system battery, and the low utilization rate of braking energy. The present invention effective recovery of power system in the braking energy brake or deceleration stage; in addition, the drive stage power allocation using low pass filter, can make the battery through the control work in the low frequency domain, can effectively reduce the battery capacity attenuation degree. The invention is applicable to the energy storage and energy distribution of an electric vehicle.

【技术实现步骤摘要】
具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法
本专利技术属于燃料电池汽车系统设计与控制

技术介绍
燃料电池混合动力汽车被认为是具有广阔应用前景的新能源汽车动力系统，在经济型以及排放方面具有较大的技术优势。燃料电池混合动力系统以其无污染，控制操作方便，安全性可靠性高等技术有点已经得到广泛关注。由于燃料电池混合动力系统的动力电池存在容量衰减问题，使得动力系统纯电续驶里程受限，进而使得系统运行成本逐渐增加；此外，在动力系统运行在制动或减速阶段时存在制动能量，目前制动能量仅由动力电池回收，当电池剩余容量达到上限时，制动能量需要靠机械装置损耗，导致能量利用率下降。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有的燃料电池混合动力系统电池由于频繁充放电导致的容量衰减问题以及制动能量利用率低的问题，提出了一种具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法。本专利技术所述的具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法，基于具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统实现，所述具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统包括燃料电池系统1、燃料电池控制器2、单向DC/DC转换器3、动力电池4、电池管理系统5、逆变器6、驱动电机7、离合器8、弹性储能机构9、变速器10和整车控制单元11；燃料电池系统1的电流信号输出端与单向DC/DC转换器3的电流信号输入端连接，单向DC/DC转换器3的电流输出端与逆变器6的电流信号输入端连接，逆变器6的电流信号输入端同时与动力电池4的电流信号输出端连接；逆变器6的电流信号输出端连接驱动电机7的驱动信号输入端，驱动电机7的输出轴与变速器10的输入轴同轴连接，变速器10通过差速器12驱动汽车车轮；弹性储能机构9的轴承通过离合器8与变速器10传动连接，整车控制单元11控制离合器8的开启或闭合；整车控制单元11的充放电控制信号输出端连接燃料电池控制器2的充放电控制信号输入端，整车控制单元11的电池状态信号输入端连接燃料电池控制器2的电池状态信号输出端；燃料电池控制器2的放电功率控制信号输出端连接燃料电池系统1的放电功率控制信号输入端，燃料电池控制器2的燃料电池状态信号输入端连接燃料电池系统1的电池状态信号输出端；整车控制单元11的转换控制信号输出与转换状态输入端连接单向DC/DC转换器3的转换控制信号输入与转换状态输出端连接；整车控制单元11的放电功率控制信号输出端连接电池管理系统5的放电功率控制信号输入端，整车控制单元11的动力电池状态信号输入端连接电池管理系统5的动力电池状态信号输出端；电池管理系统5的电能输出控制信号输出端连接动力电池4输出开关控制信号输入端，电池管理系统5的电池状态信号输入端连接动力电池4电能状态输出端；驱动电机7的转速和转矩信号输出端连接整车控制单元11的电机状态信号输入端；整车控制单元11的逆变器转换控制信号输出端连接逆变器6的电流转换控制信号输入端；整车控制单元11的储能机构功率输出控制信号输出与储能机构储能状态输入端连接弹性储能机构9的输出控制输入与储能状态输出端；整车控制单元11的变速器状态输入与变速器功率控制信号输出端连接变速器10的状态信号输出与功率控制信号输入端；整车控制单元11与燃料电池控制器2、单向DC/DC转换器3、电池管理系统5、逆变器6、驱动电机7、弹性储能机构9和变速器10之间均通过CAN总线连接；具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法的具体步骤为：步骤一、采用整车控制单元11获得弹性储能机构9的储能状态Q、通过电池管理系统5获得动力电池4的剩余电量、通过燃料电池控制器2获得燃料电池系统1的工作状态、通过车载传感器获得车速、油门踏板开度和制动踏板开度信号；整车控制单元11利用车速、油门踏板开度和制动踏板开度信号计算汽车动力系统需求总功率Pdem，其中，Q为弹性储能机构实时储能值与最大储能值之比；步骤二、利用步骤一计算获得的汽车动力系统需求总功率Pdem，结合动力电池4的剩余电量和弹性储能机构9的储能状态，整车控制单元11采用基于频域分配算法分别向燃料电池控制器2、电池管理系统5及弹性储能机构9发送功率输出控制信号；步骤三、燃料电池控制器2向燃料电池系统1发送控制信号，控制燃料电池系统1输出电能；电池管理系统5向动力电池4发送输出功率控制信号，动力电池4输出电能；弹性储能机构9接收控制信号并输出功率信号；实现对具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量控制。进一步地，步骤二中所述的整车控制单元11采用基于频域分配算法分别向燃料电池控制器2、电池管理系统5及弹性储能机构9发送功率输出控制信号的具体方法为：步骤二一、判断汽车动力系统需求总功率Pdem是否大于0，若是，则执行步骤二二，否则执行步骤二三；步骤二二、判定动力电池剩余电量是否小于电池电量的最小阀值a，若是，则执行步骤二四，否则执行步骤二五；其中，a为动力电池最大电量的20％，步骤二三、判定弹性储能机构9的储能状态Q是否小于或等于1，若是，则整车控制单元11控制离合器8闭合，弹性储能机构9回收汽车的制动能量，否则，整车控制单元11控制离合器8分离，汽车的制动能量通过机械机构释放；步骤二四、采用低通滤波器对汽车动力系统需求总功率Pdem进行滤波，经低通滤波器后输出的低频功率信号发送给动力电池管理系统5，动力电池管理系统5控制动力电池4输出与低频功率相等的功率信号，再利用汽车动力系统需求总功率Pdem减去经低通滤波器后输出的低频功率，获得汽车动力系统需求的高频功率信号，整车控制单元11控制离合器8闭合，控制弹性储能机构9输出汽车动力系统需求的高频功率；步骤二五、整车控制单元11通过燃料电池控制器2控制燃料电池系统1输出恒定功率为动力电池4充电。本专利技术的具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统，在原有燃料电池混合动力系统基础上增加了弹性储能机构，按照本专利技术的控制方法进行切换，可以有效的回收动力系统在刹车或减速阶段的制动能量；此外，采用低通滤波器对驱动阶段功率分配，能够通过控制使动力电池在低频域工作，能够有效的降低动力电池容量衰减程度，实现燃料电池混合动力汽车的最优控制。附图说明图1为本专利技术所述的基于具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的原理框图；图2为变速装置的结构示意图；图3为弹性储能器的结构示意图；图4为拉力传感器安装结构示意图；图5为制动器的结构示意图；图6为本专利技术所述方法流程图。具体实施方式具体实施方式一、结合图1和图6说明本实施方式，本实施方式所述的具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法，基于具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统实现，所述具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统它包括燃料电池系统1、燃料电池控制器2、单向DC/DC转换器3、动力电池4、电池管理系统5、逆变器6、驱动电机7、离合器8、弹性储能机构9、变速器10和整车控制单元11；燃料电池系统1的电流信号输出端与单向DC/DC转换器3的电流信号输入端连接，单向DC/DC转换器3的电流输出端与逆变器6的电流信号输入端连接，逆变器6的电流信号输入端同时与动力电池4的电流信号输出端连接；逆变器6的电流信号输出端连接驱动电机7的驱动信号输入端，驱动电机7的输出轴与变速器10的输入轴同轴连接，变速本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法，基于具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统实现，所述具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统包括燃料电池系统(1)、燃料电池控制器(2)、单向DC/DC转换器(3)、动力电池(4)、电池管理系统(5)、逆变器(6)、驱动电机(7)、离合器(8)、弹性储能机构(9)、变速器(10)和整车控制单元(11)；燃料电池系统(1)的电流信号输出端与单向DC/DC转换器(3)的电流信号输入端连接，单向DC/DC转换器(3)的电流输出端与逆变器(6)的电流信号输入端连接，逆变器(6)的电流信号输入端同时与动力电池(4)的电流信号输出端连接；逆变器(6)的电流信号输出端连接驱动电机(7)的驱动信号输入端，驱动电机(7)的输出轴与变速器(10)的输入轴同轴连接，变速器(10)通过差速器(12)驱动汽车车轮；弹性储能机构(9)的轴承通过离合器(8)与变速器(10)传动连接，整车控制单元(11)控制离合器(8)的开启或闭合；整车控制单元(11)的充放电控制信号输出端连接燃料电池控制器(2)的充放电控制信号输入端，整车控制单元(11)的电池状态信号输入端连接燃料电池控制器(2)的电池状态信号输出端；燃料电池控制器(2)的放电功率控制信号输出端连接燃料电池系统(1)的放电功率控制信号输入端，燃料电池控制器(2)的燃料电池状态信号输入端连接燃料电池系统(1)的电池状态信号输出端；整车控制单元(11)的转换控制信号输出与转换状态输入端连接单向DC/DC转换器(3)的转换控制信号输入与转换状态输出端连接；整车控制单元(11)的放电功率控制信号输出端连接电池管理系统(5)的放电功率控制信号输入端，整车控制单元(11)的动力电池状态信号输入端连接电池管理系统(5)的动力电池状态信号输出端；电池管理系统(5)的电能输出控制信号输出端连接动力电池(4)输出开关控制信号输入端，电池管理系统(5)的电池状态信号输入端连接动力电池(4)电能状态输出端；驱动电机(7)的转速和转矩信号输出端连接整车控制单元(11)的电机状态信号输入端；整车控制单元(11)的逆变器转换控制信号输出端连接逆变器(6)的电流转换控制信号输入端；整车控制单元(11)的储能机构功率输出控制信号输出与储能机构储能状态输入端连接弹性储能机构(9)的输出控制输入与储能状态输出端；整车控制单元(11)的变速器状态输入与变速器功率控制信号输出端连接变速器(10)的状态信号输出与功率控制信号输入端；整车控制单元(11)与燃料电池控制器(2)、单向DC/DC转换器(3)、电池管理系统(5)、逆变器(6)、驱动电机(7)、弹性储能机构(9)和变速器(10)之间均通过CAN总线连接；其特征在于，具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法的具体步骤为：步骤一、采用整车控制单元(11)获得弹性储能机构(9)的储能状态Q、通过电池管理系统(5)获得动力电池(4)的剩余电量、通过燃料电池控制器(2)获得燃料电池系统(1)的工作状态、通过车载传感器获得车速、油门踏板开度和制动踏板开度信号；整车控制单元(11)利用车速、油门踏板开度和制动踏板开度信号计算汽车动力系统需求总功率Pdem，其中，Q为弹性储能机构实时储能值与最大储能值之比；步骤二、利用步骤一计算获得的汽车动力系统需求总功率Pdem，结合动力电池(4)的剩余电量和弹性储能机构(9)的储能状态，整车控制单元(11)采用基于频域分配算法分别向燃料电池控制器(2)、电池管理系统(5)及弹性储能机构(9)发送功率输出控制信号；步骤三、燃料电池控制器(2)向燃料电池系统(1)发送控制信号，控制燃料电池系统(1)输出电能；电池管理系统(5)向动力电池(4)发送输出功率控制信号，动力电池(4)输出电能；弹性储能机构(9)接收控制信号并输出功率信号；实现对具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量控制。...

【技术特征摘要】
1.具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法，基于具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统实现，所述具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统包括燃料电池系统(1)、燃料电池控制器(2)、单向DC/DC转换器(3)、动力电池(4)、电池管理系统(5)、逆变器(6)、驱动电机(7)、离合器(8)、弹性储能机构(9)、变速器(10)和整车控制单元(11)；燃料电池系统(1)的电流信号输出端与单向DC/DC转换器(3)的电流信号输入端连接，单向DC/DC转换器(3)的电流输出端与逆变器(6)的电流信号输入端连接，逆变器(6)的电流信号输入端同时与动力电池(4)的电流信号输出端连接；逆变器(6)的电流信号输出端连接驱动电机(7)的驱动信号输入端，驱动电机(7)的输出轴与变速器(10)的输入轴同轴连接，变速器(10)通过差速器(12)驱动汽车车轮；弹性储能机构(9)的轴承通过离合器(8)与变速器(10)传动连接，整车控制单元(11)控制离合器(8)的开启或闭合；整车控制单元(11)的充放电控制信号输出端连接燃料电池控制器(2)的充放电控制信号输入端，整车控制单元(11)的电池状态信号输入端连接燃料电池控制器(2)的电池状态信号输出端；燃料电池控制器(2)的放电功率控制信号输出端连接燃料电池系统(1)的放电功率控制信号输入端，燃料电池控制器(2)的燃料电池状态信号输入端连接燃料电池系统(1)的电池状态信号输出端；整车控制单元(11)的转换控制信号输出与转换状态输入端连接单向DC/DC转换器(3)的转换控制信号输入与转换状态输出端连接；整车控制单元(11)的放电功率控制信号输出端连接电池管理系统(5)的放电功率控制信号输入端，整车控制单元(11)的动力电池状态信号输入端连接电池管理系统(5)的动力电池状态信号输出端；电池管理系统(5)的电能输出控制信号输出端连接动力电池(4)输出开关控制信号输入端，电池管理系统(5)的电池状态信号输入端连接动力电池(4)电能状态输出端；驱动电机(7)的转速和转矩信号输出端连接整车控制单元(11)的电机状态信号输入端；整车控制单元(11)的逆变器转换控制信号输出端连接逆变器(6)的电流转换控制信号输入端；整车控制单元(11)的储能机构功率输出控制信号输出与储能机构储能状态输入端连接弹性储能机构(9)的输出控制输入与储能状态输出端；整车控制单元(11)的变速器状态输入与变速器功率控制信号输出端连接变速器(10)的状态信号输出与功率控制信号输入端；整车控制单元(11)与燃料电池控制器(2)、单向DC/DC转换器(3)、电池管理系统(5)、逆变器(6)、驱动电机(7)、弹性储能机构(9)和变速器(10)之间均通过CAN总线连接；其特征在于，具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法的具体步骤为：步骤一、采用整车控制单元(11)获得弹性储能机构(9)的储能状态Q、通过电池管理系统(5)获得动力电池(4)的剩余电量、通过燃料电池控制器(2)获得燃料电池系统(1)的工作状态、通过车载传感器获得车速、油门踏板开度和制动踏板开度信号；整车控制单元(11)利用车速、油门踏板开度和制动踏板开度信号计算汽车动力系统需求总功率Pdem，其中，Q为弹性储能机构实时储能值与最大储能值之比；步骤二、利用步骤一计算获得的汽车动力系统需求总功率Pdem，结合动力电池(4)的剩余电量和弹性储能机构(9)的储能状态，整车控制单元(11)采用基于频域分配算法分别向燃料电池控制器(2)、电池管理系统(5)及弹性储能机构(9)发送功率输出控制信号；步骤三、燃料电池控制器(2)向燃料电池系统(1)发送控制信号，控制燃料电池系统(1)输出电能；电池管理系统(5)向动力电池(4)发送输出功率控制信号，动力电池(4)输出电能；弹性储能机构(9)接收控制信号并输出功率信号；实现对具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量控制。2.根据权利要求1所述的具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统的能量分配方法，其特征在于，弹性储能机构(9)包括变速装置和弹性储能箱；所述变速装置包括一号箱体、一号传动轴(911)、储能齿轮(912)、释能齿轮(913)、二号传动轴(914)、一号开关管组(916)、一号电磁铁(917)、一号永磁铁(918)、换挡叉(919)和中间齿轮(920)；储能齿轮(912)和释能齿轮(913)均套接在一号传动轴(911)的上，且储能齿轮(912)位于释能齿轮(913)的上侧，中间齿轮(920)为一个轴承上套接有两个齿轮构成，且两个齿轮分别位于所述轴承的上、下两端；储能齿轮(912)与中间齿轮(92...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜玖玉，欧阳明高，李建秋，高明明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11