燃料电池多能源控制方法及装置、车辆与流程

1.本技术涉及车辆技术领域，尤其涉及燃料电池多能源控制方法及装置、车辆。


背景技术：

2.环境污染、能源危机等问题已成为目前人类面对的重大挑战，随着新能源技术的不断发展，氢能凭借其清洁无污染、高转换效率及高能量密度等优势，逐渐成为各国研发的热点。
3.传统的单动力源或双动力源燃料电池汽车系统储能方案，控制相对简单，但难以兼顾寿命、经济性等因素。而燃料电池
‑
蓄电池
‑
超级电容复合电源系统构型，拥有良好的功率密度与能量密度，能够充分发挥各电源的优势，提高车辆日常行驶要求的动力性和经济性，逐渐成为燃料电池汽车的发展趋势。
4.但是复合电源系统彼此间存在复杂的耦合关系，工作模式多，控制自由度高，若复合电源能量管理方法不够合理高效，将难以实现各电源之间最优功率分流、发挥系统优势。


技术实现要素：

5.本发明提供了燃料电池多能源控制方法及装置、车辆，以解决或者部分解决难以实现各电源之间最优功率分流的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池多能源控制方法，所述方法包括：
7.基于燃料电池的预设开关机条件，实现所述燃料电池的开关机控制；
8.若所述燃料电池处于开机状态，基于整车需求功率、所述燃料电池的功率和复合能源提供的功率确定分流策略；所述复合能源包括：动力电池和超级电容；
9.根据所述分流策略对所述整车需求功率进行功率分流；在所述分流策略中，包括两级功率分流，其中，所述整车需求功率通过所述燃料电池提供的功率进行一级功率分流，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配，完成二级功率分流；所述一级功率分流的优先级高于所述二级功率分流。
10.优选的，所述基于燃料电池的预设开关机条件，实现所述燃料电池的开关机控制，具体包括下述之一：
11.当超级电容soc和动力电池soc都小于各自规定的最优soc区间中的最低限值，所述燃料电池开机给所述复合能源充电，同时单独为整车提供功率输出；
12.当所述超级电容soc和所述动力电池soc都大于等于各自规定的最优soc区间中的最高限值，所述燃料电池关机；
13.当超级电容soc和/或动力电池soc在各自规定的最优soc区间中，根据上一时刻所述燃料电池的开关机情况确定所述燃料电池的开关机状态；
14.当所述整车需求功率大于所述复合能源所能提供的最大功率时，所述燃料电池开机；
15.若所述燃料电池开机时限制的最小功率为所述燃料电池工作在高效功率区的最小功率，所述燃料电池开机。
16.优选的，所述当超级电容soc和动力电池soc都小于各自规定的最优soc区间中的最低限值，所述燃料电池开机给所述复合能源充电，具体包括：
17.根据第一充电功率计算公式确定燃料电池第一充电功率；根据所述第一充电功率给所述复合能源中的动力电池充电；和/或
18.根据第二充电功率计算公式确定燃料电池第二充电功率；根据所述第二充电功率给所述复合能源中的超级电容充电。
19.优选的，所述第一充电功率公式为：其中，p
chg
为燃料电池的充电功率，soc为动力电池当前剩余荷电量，cs_hi_soc为动力电池soc的最高限值，cs_lo_soc为动力电池soc的最低限值；
20.所述第二充电功率公式为：其中，soc'为超级电容当前剩余荷电量，cs_hi_soc'为超级电容soc的最高限值，cs_lo_soc'为超级电容soc的最低限值。
21.优选的，所述若所述燃料电池处于开机状态，基于整车需求功率、所述燃料电池的功率和复合能源提供的功率确定分流策略，具体包括：
22.若所述燃料电池处于开机状态，超级电容soc和动力电池soc在各自规定的限值之间且都为放电状态，基于所述整车需求功率、所述燃料电池的功率和复合能源提供的功率确定分流策略。
23.优选的，所述所述整车需求功率通过所述燃料电池提供的功率进行一级功率分流，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配，完成二级功率分流，具体包括：
24.若所述整车需求功率小于燃料电池最大功率，以所述燃料电池为放电主体进行一级功率分流，当出现变载时，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配并进行放电，作为二级分流以填补变载；
25.若整车需求功率大于等于所述燃料电池最大功率时，按照所述燃料电池最大功率放电进行一级功率分流，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配并进行放电，完成二级功率分流。
26.优选的，所述通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配并进行放电，具体包括：
27.当超级电容soc小于逻辑门限的最低限值时，动力电池放电，超级电容不放电；
28.当超级电容soc处于逻辑门限中，超级电容和动力电池都放电，且动力电池的放电功率通过滤波控制放缓。
29.优选的，所述根据所述分流策略对所述整车需求功率进行功率分流之后，所述方法还包括：
30.当再生制动时，所述超级电容和所述动力电池都充电，所述动力电池的充电功率通过滤波控制放缓。
31.本发明公开了一种燃料电池多能源动力系统的控制装置，包括：
32.开关机控制模块，用于基于燃料电池的预设开关机条件，实现所述燃料电池的开关机控制；
33.确定模块，用于若所述燃料电池处于开机状态，基于整车需求功率、所述燃料电池的功率和复合能源提供的功率确定分流策略；所述复合能源包括：动力电池和超级电容；
34.功率分配模块，用于根据所述分流策略对所述整车需求功率进行功率分流；在所述分流策略中包括两级功率分流，其中，所述整车需求功率通过所述燃料电池提供的功率进行一级功率分流，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配，完成二级功率分流；所述一级功率分流的优先级高于所述二级功率分流。
35.优选的，所述开关机控制模块，具体用于下述之一：
36.当超级电容soc和动力电池soc都小于各自规定的最优soc区间中的最低限值，所述燃料电池开机给所述复合能源充电，同时单独为整车提供功率输出；
37.当所述超级电容soc和所述动力电池soc都大于等于各自规定的最优soc区间中的最高限值，所述燃料电池关机；
38.当超级电容soc和/或动力电池soc在各自规定的最优soc区间中，根据上一时刻所述燃料电池的开关机情况确定所述燃料电池的开关机状态；
39.当所述整车需求功率大于所述复合能源所能提供的最大功率时，所述燃料电池开机；
40.若所述燃料电池开机时限制的最小功率为所述燃料电池工作在高效功率区的最小功率，所述燃料电池开机。
41.优选的，所述开关机控制模块，具体用于根据第一充电功率计算公式确定燃料电池第一充电功率；根据所述第一充电功率给所述复合能源中的动力电池充电；和/或
42.根据第二充电功率计算公式确定燃料电池第二充电功率；根据所述第二充电功率给所述复合能源中的超级电容充电。
43.优选的，所述第一充电功率公式为：
44.其中，p
chg
为燃料电池的充电功率，soc为动力电池当前剩余荷电量，cs_hi_soc为动力电池soc的最高限值，cs_lo_soc为动力电池soc的最低限值；
45.所述第二充电功率公式为：其中，soc'为超级电容当前剩余荷电量，cs_hi_soc'为超级电容soc的最高限值，cs_lo_soc'为超级电容soc的最低限值。
46.优选的，确定模块，用于若所述燃料电池处于开机状态，超级电容soc和动力电池soc在各自规定的限值之间且都为放电状态，基于所述整车需求功率、所述燃料电池的功率和复合能源提供的功率确定分流策略。
47.优选的，功率分配模块，用于若所述整车需求功率小于燃料电池最大功率，以所述燃料电池为放电主体进行一级功率分流，当出现变载时，通过复合能源逻辑门限滤波控制
进行动力电池和超级电容的功率分配并进行放电，作为二级分流以填补变载；
48.若整车需求功率大于等于所述燃料电池最大功率时，按照所述燃料电池最大功率放电进行一级功率分流，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配并进行放电，完成二级功率分流。
49.优选的，功率分配模块，用于当超级电容soc小于逻辑门限的最低限值时，动力电池放电，超级电容不放电；
50.当超级电容soc处于逻辑门限中，超级电容和动力电池都放电，且动力电池的放电功率通过滤波控制放缓。
51.优选的，所述装置还包括：
52.充电模块，用于当再生制动时，所述超级电容和所述动力电池都充电，所述动力电池的充电功率通过滤波控制放缓。
53.本发明公开了一种车辆，包括：如上述的一种燃料电池多能源控制方法。
54.通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：
55.本发明提供了一种燃料电池多能源控制方法，在燃料电池功率跟随开关机控制策略下，对燃料电池进行开关机控制，并确定分流策略对所述整车需求功率进行两级功率分流，确定燃料电池与蓄电池、超级电容的功率分配后，基于复合逻辑门限，实现蓄电池与超级电容之间最优功率分流，实现复合电源系统的最优能量管理。解决了复合能源耦合度高，控制策略复杂的问题，使燃料电池在不同运行工况下平稳运行，延长了燃料电池寿命，能够充分发挥燃料电池 动力电池 超级电容车型优势。
56.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
57.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
58.图1示出了根据本发明一个实施例的一种燃料电池多能源控制方法流程图；
59.图2示出了根据本发明一个实施例的一种燃料电池多能源控制装置的示意图。
具体实施方式
60.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通过具体实施例对本技术技术方案作详细描述。
61.本发明提供了一种燃料电池多能源控制方法，在燃料电池功率跟随开关机控制策略下，对燃料电池进行开关机控制，并确定分流策略对所述整车需求功率进行两级功率分流，确定燃料电池与蓄电池、超级电容的功率分配后，基于复合逻辑门限，实现蓄电池与超级电容之间最优功率分流，实现复合电源系统的最优能量管理。解决了复合能源耦合度高，控制策略复杂的问题，使燃料电池在不同运行工况下平稳运行，延长了燃料电池寿命，能够充分发挥燃料电池 动力电池 超级电容车型优势。
62.在本实施例中，所述复合能源包括动力电池和超级电容。
63.下面请参看图1，是本发明实施例的燃料电池多能源控制方法的流程图，包括下面的步骤：
64.步骤101，基于燃料电池的预设开关机条件，实现所述燃料电池的开关机控制。
65.在具体的实施过程中，基于整车功率需求、动力电池的最优soc区间、超级电容的最优soc区间、燃料电池的高效工作区间分别确定燃料电池的预设开关机条件，实现所述燃料电池的开关机控制，维持燃料电池稳定的输出状态。
66.基于燃料电池的预设开关机条件，实现燃料电池开关机控制，具体包括下述技术方案之一：
67.(1)当超级电容soc和动力电池soc都小于各自规定的最优soc区间中的最低限值，表示超级电容soc和动力电池soc存储能量不足，需要充电。故所述燃料电池开机给所述复合能源充电，同时单独为整车提供功率输出。
68.进一步的，在燃料电池开机给所述复合能源充电的过程中，根据第一充电功率计算公式确定燃料电池第一充电功率；根据所述第一充电功率给所述复合能源中的动力电池充电；和/或根据第二充电功率计算公式确定燃料电池第二充电功率；根据所述第二充电功率给所述复合能源中的超级电容充电。
69.进一步的，所述第一充电功率公式为：
70.其中，p
chg
为燃料电池的充电功率，soc为动力电池当前剩余荷电量，cs_hi_soc为动力电池soc的最高限值，cs_lo_soc为动力电池soc的最低限值。动力电池的soc控制在0.3
‑
0.7之间。
71.所述第二充电功率公式为：其中，soc'为超级电容当前剩余荷电量，cs_hi_soc'为超级电容soc的最高限值，cs_lo_soc'为超级电容soc的最低限值，超级电容的soc控制在0.4
‑
0.9之间。
72.通过上述方法能够根据动力电池和超级电容的实际情况确定出第一充电功率和第二充电功率。并利用这两个充电功率对燃料电池的需求功率进行修正，能够准确的为动力电池和超级电容提供充电功率。故，所述燃料电池修正后的功率包括：整车需求功率的一级分流功率、动力电池的充电功率、超级电容的充电功率。
73.(2)当所述超级电容soc和所述动力电池soc都大于等于各自规定的最优soc区间中的最高限值，表示超级电容soc和动力电池soc可以为整车提供输出功率，故燃料电池关机。而超级电容和动力电池具体的功率分配和二级功率分流的实施方式一致，故在此不再赘述。
74.(3)当超级电容soc和/或动力电池soc在各自规定的的最优soc区间中，根据上一时刻所述燃料电池的开关机情况确定所述燃料电池的开关机状态。例如，若上一时刻所述燃料电池的为开机状态，则该时刻所述燃料电池也为开机状态。若上一时刻所述燃料电池的为关机状态，则该时刻所述燃料电池也为关机状态。
75.值得注意的是，当超级电容soc和/或动力电池soc在各自规定的的最优soc区间，
则需要进一步判断超级电容和/或动力电池是处于充电状态还是放电状态。若都处于充电状态，则燃料电池开机给所述复合能源充电，同时单独为整车提供功率输出。若都处于放电状态，则燃料电池开机，并且燃料电池、超级电容和动力电池需要根据所述分流策略对所述整车需求功率进行功率分流。若超级电容或动力电池任一一个处于充电状态，则燃料电池开机为其充电，充电完毕，燃料电池、超级电容和动力电池需要根据所述分流策略对所述整车需求功率进行功率分流。
76.而此处的充电功率的具体计算方式和上述实施例的充电功率的计算方式相同，故在此不再赘述。
77.(4)当所述整车需求功率大于所述复合能源所能提供的最大功率时，所述燃料电池开机。此时，燃料电池、超级电容和动力电池需要根据所述分流策略对所述整车需求功率进行功率分流。
78.(5)若所述燃料电池开机时限制的最小功率为所述燃料电池工作在高效功率区的最小功率，所述燃料电池开机。此时，燃料电池、超级电容和动力电池需要根据所述分流策略对所述整车需求功率进行功率分流。
79.步骤102，若所述燃料电池处于开机状态，基于整车需求功率、所述燃料电池的功率和复合能源提供的功率确定分流策略。
80.在具体的实施过程中，若所述燃料电池处于开机状态，超级电容soc或动力电池soc在各自规定的限值之间且都为放电状态，基于所述整车需求功率、所述燃料电池的功率和复合能源提供的功率确定分流策略。进一步的，若整车需求功率大于复合能源所能提供的最大功率，基于所述整车需求功率、所述燃料电池的功率和复合能源提供的功率确定分流策略。若整车需求功率小于等于复合能源所能提供的最大功率，则由复合能源提供功率，此时燃料电池处于关机状态。
81.若整车需求功率大于等于所述燃料电池最大功率，则需要燃料电池、超级电容和动力电池需要根据所述分流策略对所述整车需求功率进行功率分流。
82.此时的分流策略包括两级功率分流，后续会对两级功率分流进行详细的描述，在此不再赘述。
83.若复合能源无法提供功率支持，例如超级电容soc和动力电池soc都小于各自规定的最优soc区间中的最低限值，或者超级电容soc(和/或动力电池soc)在各自规定的的最优soc区间中，但都处于充电状态，则整车需求功率由燃料电池单独提供。
84.步骤103，根据所述分流策略对所述整车需求功率进行功率分流。
85.在所述分流策略中，包括两级功率分流。
86.其中，所述整车需求功率通过所述燃料电池提供的功率进行一级功率分流，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配，完成二级功率分流。
87.所述一级功率分流的优先级高于所述二级功率分流。也即：本实施例在功率分流时，分为两级功率分流，优先通过所述燃料电池提供的功率为整车提供功率输出，若燃料电池提供的功率无法满足整车需求功率，则再通过复合能源完成二级功率分流。
88.进一步的，若所述整车需求功率小于燃料电池在高效功率区的最大功率，以所述燃料电池为放电主体进行一级功率分流，当出现变载时，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配并进行放电，作为二级功率分流以填补变载。
89.若整车需求功率大于等于所述燃料电池在高效功率区的最大功率时，按照所述燃料电池最大功率放电进行一级功率分流，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配并进行放电，完成二级功率分流。
90.进一步的，在二级功率分流的过程中，当超级电容soc小于逻辑门限的最低限值时，例如0.4。动力电池放电，超级电容不放电。当超级电容soc处于逻辑门限中，超级电容和动力电池都放电，且动力电池的放电功率通过滤波控制放缓。
91.具体来说，当超级电容soc处于逻辑门限中，例如0.4
‑
0.9之间。超级电容和动力电池都会放电，而动力电池会通过滤波控制放缓提供的功率，优先使超级电容提供功率。
92.作为一种可选的实施例，根据所述分流策略对所述整车需求功率进行功率分流之后，当再生制动时，表示具有回馈能量，此时超级电容和动力电池都充电，动力电池的充电功率通过滤波控制放缓，优先使超级电容充电。
93.可见，本案的燃料电池、动力电池、超级电容三者相互的控制逻辑，实现复合电源系统的最优能量管理。解决了复合电源耦合度高，控制策略复杂的问题，使燃料电池在不同运行工况下平稳运行，延长了燃料电池寿命，能够充分发挥燃料电池 动力电池 超级电容车型优势。
94.基于相同的发明构思，下面的实施例公开了一种燃料电池多能源动力系统的控制装置，参看图2，包括：
95.开关机控制模块201，用于基于燃料电池的预设开关机条件，实现所述燃料电池的开关机控制；
96.确定模块202，用于若所述燃料电池处于开机状态，基于整车需求功率、所述燃料电池的功率和复合能源提供的功率确定分流策略；所述复合能源包括：动力电池和超级电容；
97.功率分配模块203，用于根据所述分流策略对所述整车需求功率进行功率分流；在所述分流策略中包括两级功率分流，其中，所述整车需求功率通过所述燃料电池提供的功率进行一级功率分流，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配，完成二级功率分流；所述一级功率分流的优先级高于所述二级功率分流。
98.优选的，所述开关机控制模块201，具体用于下述之一：
99.当超级电容soc和动力电池soc都小于各自规定的最优soc区间中的最低限值，所述燃料电池开机给所述复合能源充电，同时单独为整车提供功率输出；
100.当所述超级电容soc和所述动力电池soc都大于等于各自规定的最优soc区间中的最高限值，所述燃料电池关机；
101.当超级电容soc和/或动力电池soc在各自规定的最优soc区间中，根据上一时刻所述燃料电池的开关机情况确定所述燃料电池的开关机状态；
102.当所述整车需求功率大于所述复合能源所能提供的最大功率时，所述燃料电池开机；
103.若所述燃料电池开机时限制的最小功率为所述燃料电池工作在高效功率区的最小功率，所述燃料电池开机。
104.优选的，所述开关机控制模块201，具体用于根据第一充电功率计算公式确定燃料电池第一充电功率；根据所述第一充电功率给所述复合能源中的动力电池充电；和/或
105.根据第二充电功率计算公式确定燃料电池第二充电功率；根据所述第二充电功率给所述复合能源中的超级电容充电。
106.优选的，所述第一充电功率公式为：
107.其中，p
chg
为燃料电池的充电功率，soc为动力电池当前剩余荷电量，cs_hi_soc为动力电池soc的最高限值，cs_lo_soc为动力电池soc的最低限值；
108.所述第二充电功率公式为：其中，soc'为超级电容当前剩余荷电量，cs_hi_soc'为超级电容soc的最高限值，cs_lo_soc'为超级电容soc的最低限值。
109.优选的，确定模块202，用于若所述燃料电池处于开机状态，超级电容soc和动力电池soc在各自规定的限值之间且都为放电状态，基于所述整车需求功率、所述燃料电池的功率和复合能源提供的功率确定分流策略。
110.优选的，功率分配模块203，用于若所述整车需求功率小于燃料电池最大功率，以所述燃料电池为放电主体进行一级功率分流，当出现变载时，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配并进行放电，作为二级分流以填补变载；
111.若整车需求功率大于等于所述燃料电池最大功率时，按照所述燃料电池最大功率放电进行一级功率分流，通过复合能源逻辑门限滤波控制进行动力电池和超级电容的功率分配并进行放电，完成二级功率分流。
112.优选的，功率分配模块203，用于当超级电容soc小于逻辑门限的最低限值时，动力电池放电，超级电容不放电；
113.当超级电容soc处于逻辑门限中，超级电容和动力电池都放电，且动力电池的放电功率通过滤波控制放缓。
114.优选的，所述装置还包括：
115.充电模块，用于当再生制动时，所述超级电容和所述动力电池都充电，所述动力电池的充电功率通过滤波控制放缓。
116.基于相同的发明构思，下面的实施例公开了一种车辆，包括如上述一个或者多个实施例中的一种燃料电池多能源控制方法。
117.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
118.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。