一种燃料电池车辆的动力系统、能量控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于燃料电池车辆技术领域，具体涉及一种燃料电池车辆的动力系统、能量控制方法及装置。该方法首先根据上一控制周期内整车的需求功率和储能装置的荷电状态，预测得到当前控制周期内燃料电池的平均功率；然后在当前控制周期内，参照所述燃料电池的平均功率控制燃料电池工作，使燃料电池输出功率保持不变。本发明专利技术中燃料电池的输出功率不再是实时变化的，而是在一个控制周期内保持不变，同时，为了满足整车的动力需求，将储能装置作为削峰填谷的能量池，既保证了整车的需求功率的跟随，又防止燃料电池因输出功率的动态变化导致膜穿孔、催化剂剥落等情况，保证了燃料电池的使用寿命，提高了燃料电池的可靠性，保证了整车的驾驶安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池车辆的动力系统、能量控制方法及装置
本专利技术属于燃料电池车辆
，具体涉及一种燃料电池车辆的动力系统、能量控制方法及装置。
技术介绍
随着全球污染的日益加剧，以及石油资源的日渐枯竭，降低污染物排放、减少石油的消耗已迫在眉睫。近年来，新能源车辆迅速发展，燃料电池车辆作为绿色交通的典型代表，正逐渐受到人们的关注。燃料电池是一种采用电化学反应的方式将燃料中的化学能转化为电能的发电装置，具有环境友好、安全可靠和易于操作等优点，广泛应用于备用电源、分布式电站和汽车动力等多个领域。一般的燃料电池车辆不会仅使用燃料电池作为动力源，这是因为其响应速度慢且能量无法回收，故其动力源一般还会包括储能装置，储能装置可为动力电池，也可为超级电容。由于其动力源的多样性，便需要合理分配能量，在保证燃料电池和动力电池使用寿命的同时，并保证能耗较低，这是燃料电池车辆研究的重点。为了解决上述问题，申请公布号为CN110040038A的中国专利技术专利公开了一种氢-电混合燃料电池客车能量管理控制方法及系统，该方法根据采集的数据计算整车驱动电机的需求功率，并根据整车驱动电机的需求功率、燃料电池极化曲线和动力电池SOC值确定燃料电池功率点，根据该值控制燃料电池的输出功率。虽说该方法可使燃料电池工作在最佳效率区域，保证整车能耗较低，但是由于整车的需求功率是不断变化的，这也必然导致燃料电池的输出功率也是跟随需求功率而实时变化的。当燃料电池的输出功率动态变化时，其内部容易出现局部亏气、压力不均、干湿交替等现象。长期以往，将导致膜穿孔、催化剂剥落等后果，影响燃料电池使用寿命。
技术实现思路
本专利技术提供了一种燃料电池车辆的动力系统、能量控制方法及装置，用以解决现有技术中的由于燃料电池的输出功率是实时变化的造成影响燃料电池寿命的问题。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案包括：本专利技术提供了一种燃料电池车辆的能量控制方法，包括如下步骤：1)根据上一控制周期内整车的需求功率和储能装置的荷电状态，预测得到当前控制周期内燃料电池的平均功率；2)在当前控制周期内，参照所述燃料电池的平均功率控制燃料电池工作，使燃料电池输出功率保持不变。上述技术方案的有益效果为：本专利技术基于上一控制周期内整车的需求功率和储能装置的荷电状态预测当前控制周期内燃料电池的平均功率，从而在当前控制周期内，使燃料电池一直参照该燃料电池的平均功率控制燃料电池工作，使当前控制周期内燃料电池输出的功率不变。也就是说，本专利技术中燃料电池的输出功率不再是实时变化的，而是在一个控制周期内保持不变，同时，为了满足整车的动力需求，将储能装置作为削峰填谷的能量池，既保证了整车的需求功率的跟随，又防止燃料电池因输出功率的动态变化导致膜穿孔、催化剂剥落等情况，保证了燃料电池的使用寿命，提高了燃料电池的可靠性，保证了整车的驾驶安全性。作为方法的进一步改进，若当前控制周期为第一个控制周期，所述燃料电池的平均功率为历史最优功率，所述历史最优功率根据整车常用工况、与整车常用工况匹配的燃料电池的最佳工作区间、以及储能装置的初始荷电状态确定。作为方法的进一步改进，为了节省燃料电池燃料的同时满足整车的功率需求，步骤1)后，还包括判断所述当前控制周期内燃料电池的平均功率是否小于等于设定怠速功率的步骤：若当前控制周期内燃料电池的平均功率小于等于设定怠速功率，参数所述设定怠速功率控制燃料电池工作。作为方法的进一步改进，为了节省燃料电池燃料，还包括判断整车是否处于怠速状态的步骤：若整车处于怠速状态，则参照设定怠速功率控制燃料电池工作。作为方法的进一步改进，为了简单且准确判断出整车是否处于怠速状态，判断整车处于怠速状态的条件包括：整车车速持续小于设定怠速速度，整车车速持续小于设定怠速速度的持续时间小于所述控制周期。作为方法的进一步改进，所述控制周期的长短与燃料电池的变载能力有关，且燃料电池的变载能力越高，所述控制周期越短。作为方法的进一步改进，所述控制周期为10分钟。本专利技术还提供了一种燃料电池车辆的能量控制装置，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现上述燃料电池车辆的能量控制方法，并达到与方法相同的效果。本专利技术还提供了一种燃料电池车辆的动力系统，包括燃料电池和储能装置，还包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现上述燃料电池车辆的能量控制方法，并达到与方法相同的效果。作为动力系统的进一步改进，所述储能装置为动力电池。附图说明图1是本专利技术的动力系统实施例中燃料电池车辆的动力系统的结构图；图2是本专利技术的动力系统实施例中燃料电池车辆的能量控制方法的流程图；图3是本专利技术的动力系统实施例中整车需求功率和燃料电池的平均功率的关系图；图4是本专利技术的动力系统实施例中第二种实施方式的燃料电池车辆的能量控制方法的流程示意图；图5是本专利技术的动力系统实施例中第三种实施方式的燃料电池车辆的能量控制方法的流程示意图；图6是本专利技术的动力系统实施例中第四种实施方式的燃料电池车辆的能量控制方法的流程示意图；图7是本专利技术的动力系统实施例中第五种实施方式的燃料电池车辆的能量控制方法的流程示意图；图8是本专利技术的装置实施例中燃料电池车辆的能量控制装置的结构图。具体实施方式动力系统实施例：本实施例提供了一种燃料电池车辆的动力系统，如图1所示，该燃料电池系统包括燃料电池和动力电池，燃料电池和动力电池均与电机控制器相连，以输出动力给电机控制器。该系统还包括整车控制器VCU(未画出)，整车控制器VCU包括存储器和处理器，以构成燃料电池车辆的动力装置，处理器用于执行存储在存储器中的指令可实现一种燃料电池车辆的能量控制方法。燃料电池变载都需要一定的时间，本实施例中燃料电池变载大约需要30s，这段时间为功率调整阶段，而本专利技术方法的控制周期与燃料电池的变载能力有关，为了功率调整阶段燃料电池的响应性，功率调整阶段时间小于控制周期的5％，故本实施例中控制周期设为10min。下面以当前控制周期为第10min至第20min为例，结合图2，对该方法进行详细说明。首先，根据上一控制周期内的整车需求功率、以及动力电池的荷电状态，预测得到当前控制周内的平均功率，即根据前10min内的整车需求功率、以及动力电池的荷电状态，预测得到第10min至第20min内燃料电池的平均功率。需说明的是，在第10min开始的时间前几十秒为燃料电池功率调整阶段，在这段时间内进行数据的计算、处理、以及功率调整。。其中，具体的预测方法为：式中，P平均为预测得到的当前控制周内的平均功率；P2为燃料电池输出功率；P1为根据动力电池的荷电状态对动力电池的输出功率进行修正后得到的修正的动力电池的输出功率，且动力电池的输出功率与修正后的动力电池的输出功率呈正相关关系，动力电池的荷电状态与修正后的动力电池的输出功率呈负相关关系；t1为10min。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池车辆的能量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)根据上一控制周期内整车的需求功率和储能装置的荷电状态，预测得到当前控制周期内燃料电池的平均功率；/n2)在当前控制周期内，参照所述燃料电池的平均功率控制燃料电池工作，使燃料电池输出功率保持不变。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池车辆的能量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据上一控制周期内整车的需求功率和储能装置的荷电状态，预测得到当前控制周期内燃料电池的平均功率；
2)在当前控制周期内，参照所述燃料电池的平均功率控制燃料电池工作，使燃料电池输出功率保持不变。


2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆的能量控制方法，其特征在于，若当前控制周期为第一个控制周期，所述燃料电池的平均功率为历史最优功率，所述历史最优功率根据整车常用工况、与整车常用工况匹配的燃料电池的最佳工作区间、以及储能装置的初始荷电状态确定。


3.根据权利要求1所述的燃料电池车辆的能量控制方法，其特征在于，步骤1)后，还包括判断所述当前控制周期内燃料电池的平均功率是否小于等于设定怠速功率的步骤：若当前控制周期内燃料电池的平均功率小于等于设定怠速功率，参数所述设定怠速功率控制燃料电池工作。


4.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆的能量控制方法，其特征在于，还包括判断整车是否处于怠速状态的步骤：若整车处于怠速状态，则参照设定怠速功率控制燃料电池工作。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨学青，李高鹏，陈慧勇，张龙海，赵金宝，宁莉娜，史维龙，
申请(专利权)人：郑州宇通客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41