一种双堆燃料电池系统整车能量控制方法与流程

1.本发明涉及燃料电池系统，特别涉及一种双堆燃料电池系统整车能量控制方法。


背景技术：

2.近年来，日益严重的环境和能源问题，氢能与燃料电池的研究和应用引起了越来越广泛的关注。氢能无污染、零碳排放，符合目前碳中和/碳达峰的政策，而直接将氢的化学能转化为电能的氢燃料电池，装车后能够实现无污染、长续航、短燃料加载时间等，被认为是最适合长途运行车辆的车载动力源。
3.燃料电池单电池的输出电压和功率都较低，而且有波动，为了实现大功率、高电压输出，需要多节单电池串联，但由于组装工艺、水、热控制等方面的原因，导致目前单堆功率较低。专利号为cn 112201814 a的专利公布了一种高效双电堆燃料电池发动机装置及方法。系统包括氢系统、稳压腔、第一电堆、第二电堆等，计算整车需求功率、第一电堆及第二电堆的运行时间来保证燃料电池系统运行在高效点。通过双堆的灵活控制，可以在增加燃料电池发动机的额定功率的同时，降低怠速功率。但目前基本选用功率相当的双堆系统，使系统的怠速功率较高，给整车能量控制策略的制定带来一定的困扰。


技术实现要素：

4.本发明目的是：提供一种双堆燃料电池系统整车能量控制方法，在确定整车运行工况的基础上，计算整车功率需求，并根据整车功率需求，组合功率大小不同的两个电堆，形成双堆系统，并根据整车实时功率需求，控制系统电堆的开关，使燃料电池系统运行在高效区间、整车soc尽量稳定。
5.本发明的技术方案是：一种双堆燃料电池系统整车能量控制方法，包括步骤：s1、针对目标车型，在特定工况下进行纯电模式运行，得到运行状态下整车需求的功率；s2、根据高、中、低的原则，对整车功率进行分段并确定个功率段的占比；s3、根据整车功率确定双堆燃料电池的功率分配，使小堆的高效区间在整车低功率区间，大堆的高效区间在中、高功率区间，并使大堆与小堆的功率之和满足整车的大平均功率需求；双堆燃料电池的目标功率等于整车平均功率；s4、根据锂电池情况对其进行分区：高soc区间、中soc区间、低soc区间、低温区间、高温区间；在高、低温区间控制燃料电池系统不开机或者限制功率输出；在温度允许的情况下，低soc区间燃料电池系统以最大功率运行，高soc区间燃料电池系统小功率输出或者直接关机；中soc区间时燃料电池的输出功率跟随整车的平均功率变化；s5、低温环境下燃料电池自启动采用小堆自加热启动；在锂电池低温区间，判断soc大小，锂电池允许充电电流，系统控制小堆是否开启及开启功率；锂电池温度合适、soc合适区间，根据整车平均功率，控制双堆的开启情况及功率输出情况。
6.优选的，步骤s1中，通过采集电机电流、电压、输出功率、辅助系统功率、电池电压、电池电流、电池输出功率、电池soc的数据信息，计算得到运行状态下整车需求的功率。
7.优选的，步骤s3中，双堆燃料电池的小堆的最小输出功率p
s-min
,最大输出功率为p
s-max
, 大堆的最小输出功率p
l-min
,最大输出功率为p
l-max
；电堆系统最大功率为p
l-min
+p
l-max
；电堆系统最小功率为小电堆系统允许最小功率p
s-min
。
8.优选的，步骤s1中，采用整车控制器对电机运行及功率输出情况进行数据统计，包括电压、电流、输出功率，完成相关运行状态监控和计算，包括电机运行状态、电机输出功率计算、整车运行状态监控，完成电堆功率目标功率锁定，并将指令输入给燃料电池系统控制器及bms，控制整车能量状态。
9.优选的，所述燃料电池系统控制器接受整车控制器所发出的指令，根据自身状态及氢系统状态进行功率输出，并向vcu反馈实际输出功率。
10.优选的，所述bms对电池运行及电压、电流、功率输出情况进行数据统计，实现整车控制器的目标功率指令，完成输出，同时对不利于电池soh的状态进行报警，同时将警示信息发送给整车控制器，整车控制器做出判断后，进行整车能量控制。
11.本发明与现有技术相比，其优点在于：本发明基于燃料电池系统控制器、锂电池控制器和整车控制器，可通过整车数据完成燃料电池系统电堆功率匹配、整车能量控制策略的制定与优化，并通过锂电池运行区间划分、燃料电池怠速功率降低等，进一步保证了电堆和锂电池的性能。
附图说明
12.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：图1为本发明的双堆燃料电池系统整车能量控制方法的流程图。
具体实施方式
13.如图1所示，本发明的双堆燃料电池系统整车能量控制方法，包括步骤：s1、整车功率数据采集针对目标车型，在特定工况下进行纯电模式运行，通过采集电机电流、电压、输出功率、辅助系统功率、电池电压、电池电流、电池输出功率、电池soc的数据信息，计算得到运行状态下整车需求的功率。
14.s2、整车功率数据分析根据高、中、低的原则，对整车功率进行分段并确定个功率段的占比；s3、确定堆的额定功率根据整车功率确定双堆燃料电池的功率分配，使小堆的高效区间在整车低功率区间，大堆的高效区间在中、高功率区间，并使大堆与小堆的功率之和满足整车的大平均功率需求。双堆燃料电池的小堆的最小输出功率p
s-min
,最大输出功率为p
s-max
, 大堆的最小输出功率p
l-min
,最大输出功率为p
l-max
；电堆系统最大功率为p
l-min
+p
l-max
；电堆系统最小功率为小电堆系统允许最小功率p
s-min
。电堆系统目标功率等于整车平均功率。
15.s4、锂电soc分区根据锂电池性能将锂电池的运行进行分区：在低、高温区间根据锂电池性能及soc
范围控制燃料电池系统的输出功率，既能保证整车的动力性，又能尽量保证锂电池和燃料电池的性能；在低soc区间，在锂电池温度允许的情况下，燃料电池系统全功率输出，使锂电池的soc尽快回到合适的soc区间；高soc区间，控制燃料电池低功率输出或者关机，使锂电池尽快回到合适的soc区间；在中soc区间，在燃料电池允许的变载速率、变载频次情况下，使燃料电池系统的输出功率随整车平均功率变化，小于p
s-min
时以p
s-min
输出，到高soc区间控制系统关机；大于p
l-min
+p
l-max
时，以p
l-min
+p
l-max
输出，减少系统功率的变载，并尽量使锂电池的soc维持在较小的波动范围内，设定整车能量控制策略。
16.s5、双堆运行控制根据外界环境温度确定燃料电池系统是否需要启动低温冷起过程；根据锂电池温度、soc区间、整车功率需求确定燃电池系统的功率输出。低温环境下燃料电池自启动采用小堆自加热启动；在锂电池低温区间，判断soc大小，锂电池允许充电电流，系统控制小堆是否开启及开启功率；锂电池温度合适、soc合适区间，根据整车平均功率，控制双堆的开启情况及功率输出情况。
17.步骤s1中，采用整车控制器对电机运行及功率输出情况进行数据统计，包括电压、电流、输出功率，完成相关运行状态监控和计算，包括电机运行状态、电机输出功率计算、整车运行状态监控，完成电堆功率目标功率锁定，并将指令输入给燃料电池系统控制器及bms，控制整车能量状态。
18.所述燃料电池系统控制器接受整车控制器所发出的指令，根据自身状态及氢系统状态进行功率输出，并向vcu反馈实际输出功率。
19.所述bms对电池运行及电压、电流、功率输出情况进行数据统计，实现整车控制器的目标功率指令，完成输出，同时对不利于电池soh的状态进行报警，同时将警示信息发送给整车控制器，整车控制器做出判断后，进行整车能量控制。
20.本发明基于整车控制系统、燃料电池控制系统、bms控制系统，发明了一种双堆燃料电池系统整车能量控制策。可用于电-电混合燃料电池车的能量控制。
21.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。