一种基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法与流程

1.本发明属于燃料电池汽车技术领域，具体涉及一种基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法。


背景技术：

2.近年来，燃料电池车辆的保有量不断增加，但受限于加氢站的基建限制，目前氢燃料车型仅在部分典型工况或路线比较固定的典型场景下应用，如环卫车、公交车、城建渣土、市政工程、场区短倒、矿区短倒，砂石料以及物流短倒、钢厂、港口等短途运输。
3.目前国内氢燃料电池系统产品性能的影响因素较多，如升降载速率、寿命等，为了弥补燃料电池动力响应慢的问题，设计了以动力电池作为副能量源的燃料电池汽车，运行时选取燃料电池几个典型功率点运行，跟随动力电池soc的变化，设定相应的燃料电池功率输出点，减少升降载时间，保证燃料电池的使用寿命。
4.为保证整车氢耗最优，在保证整车功率需求的前提下，将燃料电池功率和动力电池功率进行合理分配，保证燃料电池在高效率区运行、不频繁变载，同时整车制动能量回收利用率最大化。
5.现有技术(申请公布号cn 114506250 a)公开一种基于运营数据的燃料电池汽车工况自适应控制方法，基于整车需求功率、动力电池soc、运营数据中典型工况下整车需求平均功率、电堆效率最优点功率，对燃料电池的输出功率划分出4个功率点。根据实际运营数据，标定4个功率点，避免燃料电池输出功率频繁变载以及运行在低效率区的缺点。
6.该方法没有考虑整车制动能量回收以及动力电池峰值充电功率限制对燃料电池输出功率的变载影响；没有考虑在低soc时，整车需求功率变化频繁会导致燃料电池输出功率的频繁变载，从而影响燃料电池的使用寿命。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，可最大限度运行在燃料电池高效区，既保证整车经济性，又减少由于频繁变载对燃料电池寿命的影响。
8.本发明采用的技术方案是：一种基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，基于车辆的运营数据获取整车燃料电池、动力电池的功率参数，
9.实时检测动力电池soc，基于动力电池soc及功率参数确定燃料电池净输出功率。
10.进一步地，当动力电池soc为soc≥soc
max
时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为零，所述soc
max
为剩余电量允许充电上限值。
11.进一步地，当动力电池soc为soc＜soc
min
时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
fc_rat
，所述soc
min
为剩余电量允许放电下限值，pfc_rat为燃料电池额定功率。
12.进一步地，标定动力电池的剩余电量第一阈值soc0、剩余电量第二阈值soc1和剩余电量第三阈值soc2，根据动力电池soc与剩余电量第一阈值、剩余电量第二阈值和剩余电量
第三阈值的大小关系，确定燃料电池净输出功率。
13.进一步地，通过以下公式确定剩余电量第一阈值soc0：
14.soc0＝soc
min
+(p
veh_max
*(t
fc_min
+t
fc_rat
)*100/60/q
bat
)
15.其中，p
veh_max
为整车允许燃料电池最大净输出功率,t
fc_min
为燃料电池功率点最短持续运行时间，t
fc_rat
为燃料电池常温额定功率冷起动时间；q
bat
为动力电池额定容量，soc
min
为剩余电量允许放电下限值。
16.进一步地，通过以下公式确定剩余电量第二阈值soc1：
17.p
bat_charge_max
＝p
fc_eff
+p
fc_add
+p
mot_charge_max-p
veh_fc_min
18.soc1＝(p
fc_eff
+p
fc_add-p
veh_fc_min
)*(t
fc_min
+t
fc_rat
*(p
fc_eff
+p
fc_add
)*100/60/q
bat
)
19.其中，p
bat_charge_max
为动力电池峰值充电功率，p
mot_charge_max
为整车制动能量回收最大充电功率，p
fc_eff
为燃料电池最高效率净输出功率点，p
fc_add
燃料电池功率补偿值；p
veh_fc_min
为燃料电池怠速功率输出时整车最低功耗；t
fc_min
为燃料电池功率点最短持续运行时间，t
fc_rat
为燃料电池常温额定功率冷起动时间；q
bat
为动力电池额定容量。
20.进一步地，通过以下公式确定剩余电量第三阈值soc2：
21.p
bat_charge_max
＝p
mot_charge_max
+p
fc_min-p
veh_fc_min
22.其中，p
bat_charge_max
为动力电池峰值充电功率，p
mot_charge_max
为整车制动能量回收最大充电功率，p
fc_min
为燃料电池怠速功率，p
veh_fc_min
为燃料电池怠速功率输出时整车最低功耗。
23.进一步地，当动力电池soc为soc
min
≤soc＜soc0时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
veh_max
，所述p
veh_max
为整车允许燃料电池最大净输出功率，p
veh_max
在主驱电机的额定功率p
mot_rat
和燃料电池额定功率p
fc_rat
两者间取最小值。
24.进一步地，当动力电池soc为soc0≤soc＜soc1时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
fc_eff
+p
fc_add
，所述p
fc_eff
为燃料电池最高效率净输出功率点，p
fc_add
燃料电池功率补偿值。
25.进一步地，当动力电池soc为soc1≤soc＜soc2时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
fc_eff
，所述p
fc_eff
为燃料电池最高效率净输出功率点。
26.更进一步地，当动力电池soc为soc2≤soc＜soc
max
时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
veh_min
；
27.p
veh_min
＝p
fc_min-p
veh_fc_min
28.所述p
veh_min
为整车允许燃料电池最小净输出功率，p
fc_min
为燃料电池怠速功率，p
veh_fc_min
为燃料电池怠速功率输出时整车最低功耗，若p
veh_min
小于燃料电池怠速功率p
fc_min
，燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝0。
29.本发明根据整车配置，在保证整车制动能量回收的前提下，减少燃料电池输出功率变化，可最大限度运行在燃料电池高效区，既保证整车经济性，又减少由于频繁变载对燃料电池寿命的影响；同时可以防止动力电池出现过充或者过放的情况发生，保证动力电池系统寿命。
附图说明
30.图1为本发明的控制流程图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
32.如图1所示，本发明提供一种基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，基于车辆的运营数据获取整车燃料电池、动力电池的功率参数，实时检测动力电池soc，基于动力电池soc及功率参数确定燃料电池净输出功率。
33.上述功率参数包括动力电池峰值充电功率p
bat_charge_max
，整车制动能量回收最大充电功率p
mot_charge_max
，整车允许燃料电池最小净输出功率p
veh_min
，燃料电池怠速功率p
fc_min
，燃料电池电最高效率净输出功率点p
fc_eff
，燃料电池功率补偿值p
fc_add
，燃料电池额定功率p
fc_rat
,燃料电池功率点最短持续运行时间t
fc_min
，动力电池额定电量q
bat
，主驱电机的额定功率p
mot_rat
。
34.确定燃料电池净输出功率的具体步骤如下：
35.步骤1：当动力电池soc为soc≥soc
max
时，燃料电池停机，即燃料电池净输出功率p
fc
为零。
36.步骤2：当动力电池soc为soc＜soc
min
时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
fc_rat
，所述soc
min
为剩余电量允许放电下限值，pfc_rat为燃料电池额定功率。
37.步骤3：根据上述功率参数标定动力电池的剩余电量第一阈值soc0、剩余电量第二阈值soc1和剩余电量第三阈值soc2，其中，soc0＜soc1＜soc2，当动力电池soc
min
≤soc＜soc0时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
veh_max
，所述p
veh_max
为整车允许燃料电池最大净输出功率，p
veh_max
在主驱电机的额定功率p
mot_rat
和燃料电池额定功率p
fc_rat
两者间取最小值。
38.步骤4：当动力电池soc为soc0≤soc＜soc1时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
fc_eff
+p
fc_add
，所述p
fc_eff
为燃料电池最高效率净输出功率点，p
fc_add
燃料电池功率补偿值。
39.步骤5：当动力电池soc为soc1≤soc＜soc2时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
fc_eff
，所述p
fc_eff
为燃料电池最高效率净输出功率点。
40.步骤6：当动力电池soc为soc2≤soc＜soc
max
时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
veh_min
；
41.p
veh_min
＝p
fc_min-p
veh_fc_min
；
42.所述p
veh_min
为整车允许燃料电池最小净输出功率，p
fc_min
为燃料电池怠速功率，p
veh_fc_min
为燃料电池怠速功率输出时整车最低功耗，若p
veh_min
小于燃料电池怠速功率p
fc_min
，燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝0。
43.上述步骤3中，通过以下公式确定剩余电量第一阈值soc0：
44.soc0＝soc
min
+(p
veh_max
*(t
fc_min
+t
fc_rat
)*100/60/q
bat
)。
45.通过以下公式确定剩余电量第二阈值soc1：
46.p
bat_charge_max
＝p
fc_eff
+p
fc_add
+p
mot_charge_max-p
veh_fc_min
47.soc1＝(p
fc_eff
+p
fc_add-p
veh_fc_min
)*(t
fc_min
+t
fc_rat
*(p
fc_eff
+p
fc_add
)*100/60/q
bat
)。
48.通过以下公式计算得出p
bat_charge_max
，再根据标定的[环境温度-动力电池soc-p
bat_charge_max
]表格查表得出剩余电量第三阈值soc2，
[0049]
p
bat_charge_max
＝p
mot_charge_max
+p
fc_min-p
veh_fc_min
。
[0050]
根据实际运行工况中soc各区间的时间占比，标定燃料电池功率补偿值p
fc_add
，达到以下效果1、在一个典型工况循环下soc0≤soc＜soc2区间下时间占比最大化。2、p
fc_eff
高效区运行时间占比最大化。
[0051]
实施例
[0052]
一种基于一款已开发的氢燃料车辆，通过实际运行工况测试以下数据，对燃料电池输出功率点进行调整。包括动力电池额定容量q
bat
＝50kwh，动力电池soc使用范围为30％～85％，其中动力电池soc
min
＝30％，动力电池soc
max
＝85％，动力电池soc在30％～85％下峰值充电功率p
bat_charge_max
见表1；整车制动能量回收最大充电功率p
mot_charge_max
＝160kw，燃料电池怠速功率输出时整车最低功耗p
veh_fc_min
＝5kw，燃料电池怠速功率p
fc_min
＝10kw，燃料电池最高效率净输出功率点p
fc_eff
＝10kw，燃料电池额定功率p
fc_rat
＝95kw，燃料电池功率点最短持续运行时间t
fc_min
＝1min，燃料电池常温额定功率冷起动时间t
fc_rat
＝2min，主驱电机的额定功率80kw。
[0053]
表1动力电池峰值输出功率
[0054]
soc充电峰值功率/kw@10s，25℃30％210.335％213.440％215.445％214.350％213.155％198.060％180.665％169.070％144.075％130.280％113.485％106.8
[0055]
步骤1：当动力电池soc≥85％，燃料电池停机。
[0056]
步骤2：当动力电池soc＜30％，p
fc
＝95kw。
[0057]
步骤3：根据主驱电机的额定功率p
mot_rat
＝80kw,燃料电池额定功率p
fc_rat
＝95kw，燃料电池功率点最短持续运行时间t
fc_min
＝1min，燃料电池常温额定功率冷起动时间tfc_rat＝2min，动力电池电量q
bat
＝50kwh，动力电池允许最低soc为30％，计算soc0＝30％+(80*3*100/60/50)％＝38％，确认当动力电池30％≤soc＜38％时，p
fc
＝80kw。该功率点p
fc
下，完成制动能量回收时，需燃料电池限功率输出。
[0058]
步骤4：根据动力电池soc与动力电池峰值充电功率p
bat_charge_max
关系见表1，燃料电池最高效率净输出功率点p
fc_eff
＝10kw，燃料电池怠速功率输出时整车最低功耗p
veh_fc_min
＝5kw，整车制动能量回收最大充电功率p
mot_charge_max
＝160kw，燃料电池功率点最短持续运行时间t
fc_min
＝1min，燃料电池常温额定功率冷起动时间tfc_rat＝2min，燃料电池额定功率p
fc_rat
＝95kw，计算
[0059]
soc1＝38％+(10+p
fc_add-5)*(1+2*(10+p
fc_add
)/95)*100/60/50
[0060]
p
bat_charge_max
＝10+p
fc_add
+160-5
[0061]
根据表1动力电池soc与动力电池峰值充电功率p
bat_charge_max
关系计算soc1＝46％、p
fc_add
＝48kw，当动力电池38％≤soc＜46％时，p
fc
＝58kw。该功率点p
fc
下，整车制动能量回收时，不需限制制动能量回收功率。
[0062]
步骤5：根据动力电池soc与动力电池峰值充电功率p
bat_charge_max
关系见表1，燃料电池最高效率净输出功率点p
fc_eff
＝10kw，燃料电池怠速功率输出时整车最低功耗p
veh_fc_min
＝5kw，整车制动能量回收最大充电功率p
mot_charge_max
＝160kw。
[0063]
根据公式：p
bat_charge_max
＝160+10-5
[0064]
根据计算soc2＝66％，当动力电池46％≤soc＜66％时，
[0065]
p
fc
＝10kw。该功率点p
fc
下，整车制动能量回收时，不需限制制动能量回收功率。
[0066]
步骤6：燃料电池最高效率净输出功率点p
fc_eff
＝10kw，燃料电池怠速功率输出时整车最低功耗p
veh_fc_min
＝5kw。
[0067]
根据公式p
veh_min
＝10-5
[0068]
当动力电池66％≤soc＜85％时，由于p
veh_min
小于燃料电池怠速功率，燃料电池停机。
[0069]
步骤7：根据实际运行工况中soc各区间的时间占比，不断标定p
fc_add
，达到以下效果1、一个典型工况循环下38％≤soc＜66％时间占比不低于95％；2、p
fc_eff
高效区运行时间占比不低于65％。
[0070]
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
[0071]
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，上文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
[0072]
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
[0073]
为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本技术公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
[0074]
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的
现有技术。

技术特征：
1.一种基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，其特征在于：基于车辆的运营数据获取整车燃料电池、动力电池的功率参数，实时检测动力电池soc，基于动力电池soc及功率参数确定燃料电池净输出功率。2.根据权利要求1所述的基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，其特征在于：当动力电池soc为soc≥soc
max
时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为零，所述soc
max
为剩余电量允许充电上限值。3.根据权利要求1所述的基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，其特征在于：当动力电池soc为soc＜soc
min
时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
fc_rat
，所述soc
min
为剩余电量允许放电下限值，pfc_rat为燃料电池额定功率。4.根据权利要求1所述的基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，其特征在于：标定动力电池的剩余电量第一阈值soc0、剩余电量第二阈值soc1和剩余电量第三阈值soc2，根据动力电池soc与剩余电量第一阈值、剩余电量第二阈值和剩余电量第三阈值的大小关系，确定燃料电池净输出功率。5.根据权利要求4所述的基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，其特征在于：通过以下公式确定剩余电量第一阈值soc0：soc0＝soc
min
+(p
veh_max
*(t
fc_min
+t
fc_rat
)*100/60/q
bat
)其中，p
veh_max
为整车允许燃料电池最大净输出功率,t
fc_min
为燃料电池功率点最短持续运行时间，t
fc_rat
为燃料电池常温额定功率冷起动时间；q
bat
为动力电池额定容量，soc
min
为剩余电量允许放电下限值。6.根据权利要求4所述的基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，其特征在于：通过以下公式确定剩余电量第二阈值soc1：p
bat_charge_max
＝p
fc_eff
+p
fc_add
+p
mot_charge_max-p
veh_fc_min
soc1＝(p
fc_eff
+p
fc_add-p
veh_fc_min
)*(t
fc_min
+t
fc_rat
*(p
fc_eff
+p
fc_add
)*100/60/q
bat
)其中，p
bat_charge_max
为动力电池峰值充电功率，p
mot_charge_max
为整车制动能量回收最大充电功率，p
fc_eff
为燃料电池最高效率净输出功率点，p
fc_add
燃料电池功率补偿值；p
veh_fc_min
为燃料电池怠速功率输出时整车最低功耗；t
fc_min
为燃料电池功率点最短持续运行时间，t
fc_rat
为燃料电池常温额定功率冷起动时间；q
bat
为动力电池额定容量。7.根据权利要求4所述的基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，其特征在于：当动力电池soc为soc
min
≤soc＜soc0时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
veh_max
，所述p
veh_max
为整车允许燃料电池最大净输出功率。8.根据权利要求4所述的基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，其特征在于：当动力电池soc为soc0≤soc＜soc1时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
fc_eff
+p
fc_add
，所述p
fc_eff
为燃料电池最高效率净输出功率点，p
fc_add
燃料电池功率补偿值。9.根据权利要求4所述的基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，其特征在于：当动力电池soc为soc1≤soc＜soc2时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
fc_eff
，所述p
fc_eff
为燃料电池最高效率净输出功率点。10.根据权利要求4所述的基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，其特征在于：当动力电池soc为soc2≤soc＜soc
max
时，确定燃料电池净输出功率p
fc
为p
fc
＝p
veh_min
；p
veh_min
＝p
fc_min-p
veh_fc_min
所述p
veh_min
为整车允许燃料电池最小净输出功率，p
fc_min
为燃料电池怠速功率，p
veh_fc_min
为燃料电池怠速功率输出时整车最低功耗。

技术总结
本发明公开了一种基于运营数据的氢燃料车的能量分配控制方法，基于车辆的运营数据获取整车燃料电池、动力电池的功率参数，实时检测动力电池SOC，基于动力电池SOC及功率参数确定燃料电池净输出功率。本发明根据整车配置，在保证整车制动能量回收的前提下，减少燃料电池输出功率变化，可最大限度运行在燃料电池高效区，既保证整车经济性，又减少由于频繁变载对燃料电池寿命的影响；同时可以防止动力电池出现过充或者过放的情况发生，保证动力电池系统寿命。统寿命。统寿命。


技术研发人员：刘金鑫 宋宏贵 周建刚 李春东 王兵杰 金本畅
受保护的技术使用者：东风商用车有限公司
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/9/14