一种用于燃料电池车辆的功率控制方法及系统与流程

本技术涉及新能源与车辆控制，尤其涉及一种用于燃料电池车辆的功率控制方法及系统。

背景技术：

1、燃料电池车辆是近些年来较为热门的一种新能源车辆技术，它具有零排放、无污染、能量效率高等特点。在增程式全功率型的燃料电池车辆中，燃料电池作为车辆的主要辅助来源，常常还会搭配一个小电量的锂电池或镍氢电池作为辅助动力源。

2、由于增程式全功率型燃料电池车辆的辅助电池的电量往往只有几度电(大多数都不超过5度电)，故其充放电功率较为有限。目前，燃料电池系统存在一个比较明显的缺陷，就是其输出功率的变化率较慢，即功率增加或减少不能突变，这导致了全功率型燃料电池车辆在急加速/急减速等剧烈工况下的功率控制变得异常困难。以急减速工况为例，此时整车的功率请求由一个较大值突变成一个较小值，燃料电池需要快速将其输出功率降低才能及时响应整车的功率请求。然而，由于燃料电池的输出功率不能突变，多出来的这部分功率只能由辅助电池进行吸收，当辅助电池的最大允许充电功率仍然低于燃料电池输出功率与整车需求功率的差值时，便会导致辅助电池过流、整车急减速失效或燃料电池堵死等故障。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本技术提供一种用于燃料电池车辆的功率控制方法及系统，消除因燃料电池的输出功率不能突变所导致的潜在的整车故障，提高燃料电池车辆运行的稳定性与安全性。

2、第一方面，本技术提供一种用于燃料电池车辆的功率控制方法，包括：

3、根据目标车辆的实时需求功率确定燃料电池的目标输出功率；

4、根据所述燃料电池的目标输出功率、所述燃料电池的实时输出功率、所述燃料电池可达到的功率下限和/或上限以及所述辅助电池的最大充电功率与最大放电功率，确定所述目标车辆的电驱系统运行功率的功率范围；

5、将所述燃料电池的实时输出功率调整至所述燃料电池的目标输出功率；

6、在所述燃料电池的功率调整过程中，将所述电驱系统运行功率控制在所述功率范围内。

7、本技术提供一种用于燃料电池车辆的功率控制方法，通过分析燃料电池车辆的实时需求功率与燃料电池和辅助电池的实时状态，确定燃料电池在下一时刻的目标输出功率。同时，考虑到燃料电池的输出功率的变化率较慢的特点，根据燃料电池的最大输出功率变化率和辅助电池的最大充放电功率，确定电驱系统运行功率的功率范围。在调整燃料电池的实时输出功率的同时，将电驱系统运行功率控制在所述功率范围内，使得电驱系统运行功率的变化与燃料电池的实时输出功率的变化相匹配，减轻辅助电池的充放电压力，避免因电驱系统运行功率变化过于剧烈所导致的辅助电池过流、整车急减速失效或燃料电池堵死等故障，提高燃料电池车辆运行的稳定性与安全性。

8、在一种可能实现的方式中，若所述燃料电池的目标输出功率小于或等于所述燃料电池的实时输出功率，则所述根据所述燃料电池的目标输出功率、所述燃料电池的实时输出功率、所述燃料电池可达到的功率下限和/或上限以及所述辅助电池的最大充电功率与最大放电功率，确定所述目标车辆的电驱系统运行功率的功率范围，具体公式为：

9、max(ptarget,p下限)-phvpart-pbat_char_max≤pvcureqmcu

10、≤max(ptarget,p下限)-phvpart+pbat_dis_max

11、其中，ptarget为所述燃料电池的目标输出功率，p下限为所述燃料电池可达到的功率下限，phvpart为所述目标车辆的高压附件需求功率，pbat_char_max为所述辅助电池的最大充电功率，pvcureqmcu为所述目标车辆的电驱系统运行功率，pbat_dis_max为所述辅助电池的最大放电功率。

12、在本技术实施例中，当所述燃料电池的目标输出功率小于或等于所述燃料电池的实时输出功率时，需要降低燃料电池的实时输出功率。由于燃料电池的功率输出具有滞后性，在vcu(车辆控制单元)向fcu(燃料电池控制单元)发出功率请求后，如果功率变化幅值较大，燃料电池往往需要较长时间才能调整达到目标输出功率，因此在这个过程中需要对电驱系统的运行功率进行限制，避免电驱系统的运行功率超出燃料电池与辅助电池组成的安全功率范围。如果vcu向fcu请求的目标输出功率增幅很陡，则控制mcu(电动机控制单元)的功率上限，使实际运行的总功率低于(辅助电池允许最大放电功率)+(燃料电池功率采样周期内可达到的功率下限与目标输出功率之间的最大值)，即保障整车的动力性，又可使燃料电池与辅助电池运行在安全功率范围内，避免燃料电池或辅助电池发生故障。同理，如果vcu向fcu请求的目标输出功率降幅很陡，则控制mcu的功率下限，使实际运行的总功率高于(燃料电池功率采样周期内可达到的功率下限和目标输出功率之间的最大值)-(辅助电池最大允许充电功率)，有效提高了燃料电池车辆运行的稳定性与安全性。

13、进一步的，所述燃料电池可达到的功率下限的具体计算公式为：

14、p下限＝pfc-△pfc×△t

15、其中，pfc为所述燃料电池的实时输出功率，△pfc为所述燃料电池的最大输出功率变化率，△t为车辆控制系统的采样间隔时间。

16、在一种可能实现的方式中，若所述燃料电池的目标输出功率大于所述燃料电池的实时输出功率，则所述根据所述燃料电池的目标输出功率、所述燃料电池的实时输出功率、所述燃料电池可达到的功率下限和/或上限以及和所述辅助电池的最大充电功率与最大放电功率，确定所述目标车辆的电驱系统运行功率的功率范围，具体公式为：

17、min(ptarget,p上限)-phvpart-pbat_char_max≤pvcureqmcu

18、≤min(ptarget,p上限)-phvpart+pbat_dis_max

19、其中，ptarget为所述燃料电池的目标输出功率，p上限为所述燃料电池可达到的功率上限，phvpart为所述目标车辆的高压附件需求功率，pbat_char_max为所述辅助电池的最大充电功率，pvcureqmcu为所述目标车辆的电驱系统运行功率，pbat_dis_max为所述辅助电池的最大放电功率。

20、进一步的，所述燃料电池可达到的功率上限的具体计算公式为：

21、p上限＝pfc+△pfc×△t

22、其中，pfc为所述燃料电池的实时输出功率，△pfc为所述燃料电池的最大输出功率变化率，△t为车辆控制系统的采样间隔时间。

23、在本技术实施例中，当所述燃料电池的目标输出功率大于所述燃料电池的实时输出功率时，需要提高燃料电池的实时输出功率。同理，在燃料电池的功率调整过程中需要对电驱系统的运行功率进行限制，避免电驱系统的运行功率超出燃料电池与辅助电池组成的安全功率范围，有效提高了燃料电池车辆运行的稳定性与安全性。

24、进一步的，所述目标车辆的实时需求功率是根据所述目标车辆的实时运行数据计算获得，包括：

25、根据所述目标车辆的油门踏板开度、电机当前扭矩以及电机当前转速计算所述目标车辆的驱动需求功率；

26、根据所述目标车辆的高压附件的当前的输入电压、输入电流值以及车辆状态计算所述目标车辆的高压附件需求功率；

27、根据所述驱动需求功率和所述高压附件需求功率，确定所述目标车辆的实时需求功率。

28、本技术实施例提供一种计算实时需求功率的方法，通过对燃料电池车辆当前时刻下的驱动需求功率和高压附件需求功率进行实时监控和计算，实现对目标车辆的实时需求功率的计算，为后续的功率控制提供数据基础。

29、进一步的，所述燃料电池的实时输出功率是根据所述目标车辆的实时运行数据计算获得，包括：通过所述目标车辆的燃料电池控制器获取所述燃料电池的实时输出功率，或采集所述燃料电池的实时输出电压和实时输出电流，进而根据所述实时输出电压和所述实时输出电流计算所述燃料电池的实时输出功率。

30、在一种可能实现的方式中，当所述辅助电池的实时荷电量低于预设期望值时，所述根据目标车辆的实时需求功率确定燃料电池的目标输出功率，包括：

31、当所述实时需求功率小于或等于所述燃料电池的最高能量效率点对应的输出功率时，确定所述燃料电池的目标输出功率为所述燃料电池的最高能量效率点对应的输出功率。

32、在一种可能实现的方式中，当所述辅助电池的实时荷电量低于预设期望值时，所述根据目标车辆的实时需求功率确定燃料电池的目标输出功率，包括：

33、当所述实时需求功率大于所述燃料电池的最高能量效率点对应的输出功率时，确定所述燃料电池的目标输出功率为所述实时需求功率与所述辅助电池的计划充电功率之和，其中，所述计划充电功率根据所述辅助电池的实时荷电量与所述预设期望值之差确定。

34、进一步的，所述当所述实时需求功率大于所述燃料电池的最高能量效率点对应的输出功率时，确定所述燃料电池的目标输出功率为所述实时需求功率与所述辅助电池的计划充电功率之和，具体公式为：

35、ptarget＝p+pbat_char_max×(s0c-socexp)/△s0c

36、其中，ptarget为所述燃料电池的目标输出功率，p为所述实时需求功率，pbat_char_max为所述辅助电池的最大充电功率，s0c为所述辅助电池的实时荷电量，socexp为所述预设期望值，△s0c为辅助电池允许充电的最大soc限值与允许放电的最低soc限值的差值。

37、进一步的，所述功率控制方法还包括：当所述燃料电池的实时输出功率调整至所述燃料电池的目标输出功率时，根据所述燃料电池的目标输出功率与所述实时需求功率之间的差值，对所述辅助电池进行充电。

38、本技术实施例进一步考虑了辅助电池低电量的情况，由于燃料电池的功率输出具有滞后性，燃料电池的实时输出功率与电驱系统运行功率之间的差异需要依靠辅助电池进行功率补偿。而当辅助电池的实时荷电量低于预设期望值时，辅助电池的功率补偿可能随时失效，影响车辆的稳定运行。此时在确定目标输出功率时不仅需要考虑燃料电池的实时输出功率与电驱系统运行功率之间的供需平衡，还要考虑到及时通过燃料电池多余的输出功率为辅助电池充电。因此，在本技术实施例中，首先将实时需求功率与所述燃料电池的最高能量效率点对应的输出功率进行对比，当实时需求功率小于或等于燃料电池的最高能量效率点对应的输出功率时，可以控制燃料电池在最高能量效率点对应的输出功率进行输出，一方面可以在最高能量效率下满足整车的供电需求，另一方面多余的输出功率也可同时为辅助电池充电。实时需求功率大于燃料电池的最高能量效率点对应的输出功率时，此时燃料电池不再以最高效率点作为首要考虑因素，转而以辅助电池的最适宜电量(或电池的健康度)作为首要考虑因素，一方面为整车行驶和高压电器供电，另一方面根据电池电量与期望值的偏离度线性为辅助电池充电。在保证燃料电池车辆正常运行的同时，逐步恢复辅助电池的电量，提高车辆运行的稳定性与安全性。

39、第二方面，相应的，本技术实施例提供一种用于燃料电池车辆的功率控制系统，包括电池目标功率确定模块、电驱功率范围确定模块、电池功率调整模块以及电驱功率控制模块；

40、其中，所述电池目标功率确定模块用于根据目标车辆的实时需求功率确定燃料电池的目标输出功率；

41、所述电驱功率范围确定模块用于根据所述燃料电池的目标输出功率、所述燃料电池的实时输出功率、所述燃料电池可达到的功率下限和/或上限以及所述辅助电池的最大充电功率与最大放电功率，确定所述目标车辆的电驱系统运行功率的功率范围；

42、所述电池功率调整模块用于将所述燃料电池的实时输出功率调整至所述燃料电池的目标输出功率；

43、所述电驱功率控制模块用于在所述燃料电池的功率调整过程中，将所述电驱系统运行功率控制在所述功率范围内。