[发明专利]一种功率跟随型燃料电池整车能量管理控制方法

摘要

本发明公开了一种功率跟随型燃料电池整车能量管理控制方法，属于燃料电池混合动力汽车技术领域，针对目前的燃料电池整车能量管理控制方法无法根据动力电池SOC和驾驶员功率需求控制动力电池和燃料电池在最优效率区间之内进行工作，影响电池寿命和经济性的问题。本发明充分利用了燃料电池和动力电池的特性，根据整车功率需求和动力电池实时荷电状态来对应控制燃料电池的实际输出功率，保证二者均工作在最优区间，在动力电池不同荷电状态区间对燃料电池功率进行滤波和斜率限制保证了整个工况中动力电池的多充或多放和避免燃料电池输出功率的大幅值频繁波动，也增加了燃料电池的耐久性。

主权项

1.一种功率跟随型燃料电池整车能量管理控制方法，包括以下步骤：(1)实时采集车辆总成信息，所述车辆总成信息包括动力电池荷电状态SOC_actual、动力电池电流I_bat、动力电池电压U_bat、动力电池许用充电功率为P_{bat_charge}、动力电池许用放电功率为P_{bat_discharge}、燃料电池系统功率P_FC、电机转速n_TM、电机效率η_TM、电机许用扭矩能力T_{Motor_available}、车辆高压附件功率P_acc、车速V，加速踏板开度(2)根据加速踏板开度车速V、电机许用扭矩能力T_{Motor_available}计算驾驶员需求扭矩T_req；针对匹配的电机特性，给出每个车速V下对应的电机许用扭矩能力T_{Motor_available}；驾驶员需求扭矩：(3)根据驾驶员需求扭矩T_req、电机转速n_TM、电机效率η_TM计算驾驶员需求功率P_req，(4)根据驾驶员需求功率和车辆高压附件功率计算车辆需求功率P_vehP_veh＝P_req+P_acc(5)根据匹配的动力电池的特性参数，考虑最优充放电效率和耐久性，根据动力电池台架试验设置最优控制目标SOC_target，在此SOC下工作动力电池的效率最佳和寿命最长；计算期望动力电池输出功率P_bat，其中，Q_bat、t_int为设定值，分别为动力电池可用能量和最优SOC目标期望时间；所述SOC_target可根据车辆的实时车速进行调整，SOC较高将SOC_target调低，SOC较低时将SOC_target调高；所述P_bat符号为正时，计算值为动力电池期望放电功率；P_bat符号为负时，计算值为动力电池期望充电功率；(6)根据匹配的动力电池的特性，得出动力电池的电压最佳工作区、充电电压上限和放电电压下限，由两个电压限值对应得出动力电池允许使用的SOC区间上限值为SOC_{available_max}，动力电池允许使用的SOC区间下限值为SOC_{available_min}；根据燃料电池的特性参数，设定燃料电池的最优效率工作点为P_{FC_Optimal}，燃料电池的最小功率工作点为P_{FC_min}，燃料电池的额定功率点为P_{FC_max}；对于动力电池荷电状态SOC和车辆需求功率P_veh，满足：SOC≤SOC_{available_min}时，动力电池容量处于极低荷电状态，为了避免动力电池SOC持续走低导致过度放电，限制驾驶员需求功率，整车控制器发送给燃料电池控制系统的功率请求输出为燃料电池的额定功率和整车需求功率加上动力电池许用充电功率取小值，即P_FC＝min{P_{FC_max},P_veh+P_{bat_charge}}；SOC_{available_min}＜SOC＜SOC_target时，动力电池容量处于较低荷电状态，整车控制器请求燃料电池控制系统输出为整车需求功率加上动力电池期望充电功率和整车需求功率加上动力电池许用充电功率取小值，即P_FC＝min{P_veh+P_bat,P_veh+P_{bat_charge}}；SOC＝SOC_target时，整车控制器请求燃料电池系统输出为整车需求功率，即P_FC＝P_veh；SOC_target＜SOC＜SOC_{available_max}时，动力电池容量处于较高荷电状态，整车控制器请求燃料电池控制系统输出为燃料电池最小功率和整车需求功率减去动力电池许用放电功率取大值，即P_FC＝max{P_veh‑P_{bat_discharge},P_{FC_min}}；SOC≥SOC_{available_max}时，动力电池容量处于极高荷电状态，为了避免动力电池SOC过高造成过充，整车控制器请求燃料电池系统停机；所述极高荷电状态、较高荷电状态、较低荷电状态、极低荷电状态是由动力电池控制单元计算并发送动力电池的实时电量到车辆CAN网络，HCU采集后根据电量处于的不同区间进行判断；7)根据燃料电池的特性，对步骤6所计算的燃料电池功率请求值进行修正，当燃料电池功率请求值处于燃料电池高效率区间时，不对其进行修正处理，当燃料电池功率请求值处于燃料电池低效率区间时，将燃料电池功率请求值偏移至高效区边界值；同时，当动力电池荷电状态低于最优控制目标SOC时，设置对动力电池的最小充电功率；当动力电池荷电状态高于最优控制目标SOC时，设置对动力电池的最小放电功率；所述燃料电池高效率区间、低效率区间是由燃料电池模型仿真并结合发动机台架测试，设定燃料电池系统效率高于或等于50％的功率区间为高效率区间，设定燃料电池系统效率低于于50％的功率区间为低效率区间；8)对计算出的燃料电池功率请求进行滤波和斜率限制。