一种氢燃料重卡动力电池与电堆功率分配控制方法与流程

本发明涉及氢燃料电池汽车动力系统控制，尤其涉及一种氢燃料重卡动力电池与电堆功率分配控制方法。

背景技术：

1、氢燃料电池汽车动力系统控制技术领域主要围绕燃料电池电堆、动力电池、直流变换器及驱动电机之间的能量传递与功率协调开展控制，通常采集车辆运行状态、驾驶需求以及电堆和动力电池的电压、电流、荷电状态、温度等参数，由整车控制器依据需求功率、部件运行状态和预设控制条件计算并下发功率指令。

2、其中，氢燃料重卡动力电池与电堆功率分配控制是指针对重卡行驶过程中驱动系统的功率需求，对燃料电池电堆输出功率与动力电池充放电功率进行协调分配的方法，一般由加速踏板、制动踏板及车速信号确定车辆需求功率，经车辆总线读取电堆运行参数和动力电池荷电状态，按照预设阈值、功率限制或标定关系确定电堆与动力电池的目标功率，并将控制指令传递至燃料电池控制器、直流变换器和电池管理系统，由相应部件执行电堆功率调节及动力电池充放电控制。

3、现有的氢燃料重卡动力系统多依据当前车辆需求功率、动力电池荷电状态及预设阈值直接确定电堆输出功率与动力电池充放电功率，控制过程中对车辆需求功率的持续时间缺少区分，短时功率波动与持续功率需求采用相近的分配依据，电堆输出功率随瞬时需求变化反复调整，动力电池在持续功率需求形成后仍承担对应功率，电堆实际输出变化与预定功率分配之间缺少连续校核，导致功率分配结果与实际执行状态之间存在偏差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氢燃料重卡动力电池与电堆功率分配控制方法，针对车辆需求功率变化过程中短时功率变化与持续功率需求难以区分，以及电堆预定接管功率与电堆实际输出状态之间缺少连续对应的问题，通过建立功率责任队列，对新增需求功率的产生时刻、持续时间及剩余功率进行连续记录，并结合电堆可接管功率、动力电池允许支撑功率和电堆实际新增承担功率，对动力电池与电堆之间的功率承担关系进行分配和更新。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种氢燃料重卡动力电池与电堆功率分配控制方法，包括以下步骤：

3、获取当前控制周期车辆需求功率和上一控制周期车辆需求功率并进行比较，当所述当前控制周期车辆需求功率大于所述上一控制周期车辆需求功率时，将二者差值确定为新增需求功率，并按产生时刻写入功率责任队列；

4、当所述当前控制周期车辆需求功率小于所述上一控制周期车辆需求功率时，将二者差值确定为需求下降功率，按产生时刻由晚至早依次扣减所述功率责任队列中的功率责任记录，直至扣减量达到所述需求下降功率；

5、统计所述功率责任队列中各功率责任记录的持续时间，将达到预设确认时长的功率责任记录确定为电堆待接管记录，其余确定为动力电池暂态承担记录；

6、根据电堆当前输出功率、允许输出功率和单个控制周期允许增加功率确定电堆可接管功率，并按产生时刻由早至晚分配至所述电堆待接管记录；

7、基于动力电池总电压和允许放电电流确定动力电池允许支撑功率，依据所述动力电池暂态承担记录及未完成接管的所述电堆待接管记录确定动力电池请求功率，以所述动力电池允许支撑功率限制所述动力电池请求功率，得到动力电池目标功率；

8、基于所述电堆当前输出功率和已分配的所述电堆可接管功率确定电堆目标功率，并依据所述当前控制周期车辆需求功率对所述电堆目标功率和所述动力电池目标功率进行功率约束后下发；

9、下一控制周期获取电堆实际输出功率，根据所述电堆实际输出功率与所述电堆当前输出功率的差值确定电堆实际新增承担功率，按所述电堆实际新增承担功率扣减所述电堆待接管记录，并保留未完成接管的功率责任记录。

10、进一步地，将新增需求功率写入功率责任队列时，将新增需求功率与对应的产生时刻关联形成新的功率责任记录，并将新的功率责任记录按照产生时刻排列于功率责任队列中；

11、在后续控制周期内，当车辆需求功率未下降至新的功率责任记录对应的功率区间以下时，累计新的功率责任记录的持续时间；

12、当车辆需求功率下降时，按照产生时刻由晚至早确定待扣减的功率责任记录，并以需求下降功率作为累计扣减上限。

13、进一步地，对功率责任记录进行扣减时，依次读取功率责任队列中产生时刻由晚至早的功率责任记录，将需求下降功率与当前读取的功率责任记录中的剩余功率进行比较；

14、当需求下降功率不小于当前读取的剩余功率时，删除当前读取的功率责任记录，并以扣除当前读取的剩余功率后的需求下降功率继续处理下一功率责任记录；

15、当需求下降功率小于当前读取的剩余功率时，从当前读取的功率责任记录中扣除需求下降功率并终止本次扣减。

16、进一步地，将功率责任记录写入功率责任队列的控制周期确定为持续时间统计的起始控制周期，在后续每一控制周期读取功率责任记录的剩余功率；

17、当剩余功率大于零时，将当前控制周期计入持续时间，并将累计得到的持续时间与预设确认时长进行比较；

18、当持续时间达到预设确认时长时，将对应的功率责任记录确定为电堆待接管记录，当持续时间未达到预设确认时长时，将对应的功率责任记录确定为动力电池暂态承担记录。

19、进一步地，当功率责任记录的持续时间首次达到预设确认时长时，将功率责任记录由动力电池暂态承担记录变更为电堆待接管记录，并保留功率责任记录的产生时刻和剩余功率；

20、在后续控制周期内，电堆待接管记录不再参与动力电池暂态承担记录的持续时间判定，以保留的产生时刻确定各电堆待接管记录的排列顺序，并以保留的剩余功率作为对应电堆待接管记录的待接管功率；

21、当对应的剩余功率为零时，从功率责任队列中删除对应的功率责任记录。

22、进一步地，计算允许输出功率与电堆当前输出功率的差值，得到电堆剩余输出功率，将电堆剩余输出功率与单个控制周期允许增加功率进行比较，取数值低者作为电堆可接管功率；

23、当电堆可接管功率大于零时，按照产生时刻由早至晚读取电堆待接管记录，并将电堆可接管功率依次分配至各电堆待接管记录，直至电堆可接管功率分配完毕或全部电堆待接管记录完成分配。

24、进一步地，在分配电堆可接管功率时，读取产生时刻最早且未完成接管的电堆待接管记录，将电堆可接管功率与当前读取的电堆待接管记录的剩余功率进行比较；

25、当电堆可接管功率不小于当前读取的剩余功率时，向当前读取的电堆待接管记录分配对应的剩余功率，并从电堆可接管功率中扣除已分配功率后读取下一电堆待接管记录；

26、当电堆可接管功率小于当前读取的剩余功率时，将电堆可接管功率分配至当前读取的电堆待接管记录并终止本次分配。

27、进一步地，获取动力电池总电压和允许放电电流，计算动力电池允许支撑功率，读取各动力电池暂态承担记录的剩余功率以及各未完成接管的电堆待接管记录的未接管功率，对动力电池暂态承担记录的剩余功率和电堆待接管记录的未接管功率进行累计，得到动力电池请求功率；

28、将动力电池请求功率与动力电池允许支撑功率进行比较，当动力电池请求功率不大于动力电池允许支撑功率时，将动力电池请求功率确定为动力电池目标功率，当动力电池请求功率大于动力电池允许支撑功率时，将动力电池允许支撑功率确定为动力电池目标功率。

29、进一步地，在下一控制周期，将获取的电堆实际输出功率与当前控制周期的电堆当前输出功率进行比较，当电堆实际输出功率大于电堆当前输出功率时，将二者差值确定为电堆实际新增承担功率；

30、按照产生时刻由早至晚读取未完成接管的电堆待接管记录，以电堆实际新增承担功率依次扣减对应的剩余功率，当累计扣减功率达到电堆实际新增承担功率时终止扣减，并保留剩余功率大于零的功率责任记录；

31、当电堆实际输出功率不大于电堆当前输出功率时，不扣减电堆待接管记录，并保留未完成接管的功率责任记录。

32、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

33、本发明中，通过比较当前控制周期车辆需求功率与上一控制周期车辆需求功率，将新增需求功率按产生时刻写入功率责任队列，并以持续时间区分电堆待接管记录和动力电池暂态承担记录，使短时功率变化与持续功率需求分别进入对应分配过程，电堆可接管功率按产生时刻分配至电堆待接管记录，动力电池允许支撑功率用于限制动力电池请求功率，形成电堆目标功率和动力电池目标功率，下一控制周期以电堆实际新增承担功率扣减电堆待接管记录，使功率责任记录随电堆实际输出状态更新，减少预定功率分配与实际执行状态之间的偏差。