一种燃料电池系统多档位滞环控制方法及系统与流程

1.本发明属于燃料电池系统控制技术领域，具体涉及一种燃料电池系统多档位滞环控制方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.目前燃料电池客车多为电-电混合动力系统，即动力电池与燃料电池共同作为能量来源给电动机供电驱动车辆行进。然而，发明人发现，燃料电池车辆运营加氢成本高，达70元/kg。另外，燃料电池系统价格高，达5000元/kw，其寿命影响燃料电池车辆运营成本。燃料电池系统的运行功率响应整车控制器的功率请求，整车控制器对燃料电池系统的功率请求控制策略对燃料电池车辆整车氢耗及燃料电池系统寿命密切相关。
4.也就是说，现有的燃料电池系统的控制方法不能使得电池维持在一个较小的区间，导致整车氢耗严重，降低了燃料电池的使用寿命。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了一种燃料电池系统多档位滞环控制方法及系统，本发明能够使燃料电池车辆运行过程中动力电池soc维持在一个较小的区间，保证燃料电池较少的功率变载点，降低整车氢耗，增加燃料电池使用寿命。
6.根据一些实施例，本发明的第一方案提供了一种燃料电池系统多档位滞环控制方法，采用如下技术方案：一种燃料电池系统多档位滞环控制方法，包括：采集电池管理系统的动力电池soc值；当接收到允许燃料电池系统发电的信号时，根据采集到的电池soc值，利用动力电池soc值的功率多档位且滞环的原则确定燃料电池的运行功率点；根据确定好的燃料电池运行功率点控制燃料电池的输出功率。
7.进一步地，所述燃料电池系统通过can网络连接电池管理系统、整车控制器以及燃料系统控制器；当钥匙电信号处于on档电时，整车控制器采集电池管理系统发出的soc值。
8.进一步地，所述根据采集到的电池soc值，利用动力电池soc值的功率多档位且滞环的原则确定燃料电池的运行功率点，包括：基于整车发动机的额定功率确定电池soc划分区间；根据电池soc划分区间确定燃料电池控制档位数；燃料电池的功率请求根据soc划分区间以燃料电池的额定功率的a%为步调进行变化；根据soc划分区间与燃料电池控制档位的关系，确定采集到的电池soc值对应的燃
料电池控制档位；根据确定燃料电池控制档位，结合滞环动力电池soc区间确定对应的整车控制器的功率请求点。
9.进一步地，所述燃料电池控制档位划分的依据是各档位soc区间的大小n而定，其中，n≥8。
10.进一步地，所述滞环动力电池soc区间的大小f是根据划分燃料电池控制档位的数量及燃料电池系统的额定功率而定，f≥8。
11.进一步地，所述电池soc划分区间为0-90%。
12.进一步地，根据确定好的燃料电池运行功率点控制燃料电池的输出功率，具体为：整车控制器确定好燃料电池运行功率点后，通过通讯协议设定以报文的形式发到can总线上；燃料电池系统控制器通过can总线接收此报文响应整车控制器发的请求功率。
13.根据一些实施例，本发明的第二方案提供了一种燃料电池系统多档位滞环控制系统，采用如下技术方案：一种燃料电池系统多档位滞环控制系统，包括整车控制器、电池管理系统以及燃料电池系统控制器；其中，所述整车控制器采集电池管理系统的动力电池soc值；当接收到允许燃料电池系统发电的信号时，所述整车控制器根据采集到的电池soc值，利用动力电池soc值的功率多档位且滞环的原则确定燃料电池的运行功率点，并将确定的燃料电池的运行功率点发送给燃料电池系统控制器；所述燃料电池系统控制器根据确定好的燃料电池运行功率点控制燃料电池的输出功率。
14.根据一些实施例，本发明的第三方案提供了一种计算机可读存储介质。
15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的一种燃料电池系统多档位滞环控制方法中的步骤。
16.根据一些实施例，本发明的第四方案提供了一种计算机设备。
17.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一个方面所述的一种燃料电池系统多档位滞环控制方法中的步骤。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用滞环控制的方式能够使燃料电池车辆运行过程中动力电池soc维持在一个较小的区间，保证燃料电池较少的功率变载点，降低整车氢耗，增加燃料电池使用寿命。
附图说明
19.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1是本发明实施例所述的一种燃料电池系统多档位滞环控制方法的流程图；图2是本发明实施例所述的燃料电池系统多档位滞环控制过程图；
图3是本发明实施例以80kw发动机为例的多档位滞环控制过程图。
具体实施方式
21.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
22.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
23.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
24.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.名词解释：电池soc(stateofcharge)，即荷电状态。
26.实施例一如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池系统多档位滞环控制方法。本实施例中，该方法包括以下步骤：采集电池管理系统的动力电池soc值；当接收到允许燃料电池系统发电的信号时，根据采集到的电池soc值，利用动力电池soc值的功率多档位且滞环的原则确定燃料电池的运行功率点；根据确定好的燃料电池运行功率点控制燃料电池的输出功率。
27.（1）采集动力电池的soc值；钥匙电信号分为off、on、start三个信号，当处于on档电时，整车控制器、电池管理系统、燃料电池系统控制器可正常发送和接收报文，各控制器之间通过can网络架构进行信号交互。整车控制器根据通讯协议设定采集电池管理系统发出的soc值。
28.（2）根据动力电池soc值确定燃料电池功率点；所述根据采集到的电池soc值，利用动力电池soc值的功率多档位且滞环的原则确定燃料电池的运行功率点，包括：基于整车发动机的额定功率确定电池soc划分区间；根据电池soc划分区间确定燃料电池控制档位数；燃料电池的功率请求根据soc划分区间以燃料电池的额定功率的a%为步调进行变化；其中，功率请求是对燃料电池的功率请求。
29.步调变化解释：以9档位滞环为例，步调变化即为8kw，即72-64=8；64-56=8。
30.1档：soc＜10%时，目标功率72kw；5%滞环：soc＜15%时，取目标功率72kw；2档：10%≤soc＜20%时，目标功率64kw；5%滞环：soc＜25%时，取目标功率64kw；3档：20%≤soc＜30%时，目标功率56kw；
5%滞环：soc＜35%时，取目标功率56kw；4档：30%≤soc＜40%时，目标功率48kw；5%滞环：soc＜45%时，取目标功率48kw；5档：40%≤soc＜50%时，目标功率40kw；5%滞环：soc＜55%时，取目标功率40kw；6档：50%≤soc＜60%时，目标功率32kw；5%滞环：soc＜65%时，取目标功率32kw；7档：60%≤soc＜70%时，目标功率24kw；5%滞环：soc＜75%时，取目标功率24kw；8档：70%≤soc＜80%时，目标功率16kw；5%滞环：soc＜85%时，取目标功率16kw；9档：80%≤soc＜90%时，目标功率10kw。
31.根据soc划分区间与燃料电池控制档位的关系，确定采集到的电池soc值对应的燃料电池控制档位；根据确定燃料电池控制档位，结合滞环动力电池soc区间确定对应的整车控制器的功率请求点。
32.其中，滞环区间的具体使用过程，包括：根据多档位滞环80kw为例进行说明，假如动力电池soc为45%时，整车控制器以目标功率为40kw进行请求，假如40kw的请求功率不足以满足整车工况平均功率需求，动力电池soc逐步下将，当动力电池soc下降到40%时，整车控制器请求功率为48kw，假如48kw的请求功率大于整车工况平均功率需求，动力电池soc逐步上升，当动力电池soc上升到40%以上时，整车控制器请求功率不会立马变为40kw，而是当动力电池soc上升到45%时，整车控制器请求功率才会变为40kw。
33.也就是说，本实施例采用滞环的作用，防止了动力电池soc在40%左右频繁波动，导致燃料电池请求功率频繁变化，提高燃料电池寿命。
34.具体地，如图2所示，所述燃料电池控制档位划分的依据是各档位soc区间的大小n而定，其中，n≥8。所述滞环动力电池soc区间的大小f是根据划分燃料电池控制档位的数量及燃料电池系统的额定功率而定，f≥8。所述电池soc划分区间为0-90%，需要说明的是，电池soc划分区间是一个0到90%的范围，第一档划分可以为＜10%，也可以根据实际需要划分为其他范围，且最小不为0。
35.具体地，钥匙打到start信号，整车上高压，仪表显示ready。当允许燃料电池系统发电时，打开fcv/ev翘班开关，整车控制器根据采集到的soc值，确定燃料电池运行的功率点，如图1所示，动力电池soc划分区间为0-90%，档位划分数量根据每个档位soc区间的大小n决定，n≥8，假设起始soc区间为soc≤m%，依此类推，划分的soc区间分别为m%＜soc≤（m n）%、（m n）%＜soc≤（m 2n）%......（m （x-1）n）%＜soc≤（m xn）%，直到（m xn）%＜soc≤90%则划分区间结束。
36.功率请求根据soc区间以燃料电池的额定功率a%为步调进行变化，a≥8。
37.假设燃料电池系统额定功率为b（单位为kw），最大请求功率为c（单位为kw），则soc≤m%对应的请求功率点为c，依此类推,为m%＜soc≤（m n）%、（m n）%＜soc≤（m 2n）%......
（m （x-1）n）%＜soc≤（m xn）%对应的功率请求点分别为 c-b*a%、c-b*2a%......c-b*xa%，直到（m xn）%＜soc≤90%达到最小请求功率点d。
38.在车辆实际运行过程中，为防止燃料电池系统功率频繁变载，存在滞环动力电池soc区间为f%，f≥4，即假如m%＜soc≤（m n）%对应的功率请求点为c-b*a%，假如c-b*a%大于整车工况平均功率需求，soc会逐步上升。当soc＞（m n）%时，即soc区间为（m n）%＜soc≤（m 2n）%时，对应的请求功率点依旧保持为c-b*a%，直到soc＞（m n f）%时，即soc区间为（m n f）%＜soc≤（m 2n）%时，对应的请求功率点才会变为c-b*2a%。假如c-b*2a%小于整车工况平均功率需求，soc会逐步下降。当soc＜（m n f）%时，对应的请求功率点依旧保持为c-b*2a%，直到soc＜（m n）%时，对应的请求功率点才会变为c-b*a%。通过这样一种燃料电池系统多档位滞环控制方法，可防止了燃料电池请求功率的频繁变载，增加燃料电池使用寿命。
39.如图3所示，以80kw发动机为例，采用9档位滞环控制策略，动力电池soc划分区间为0-95%，每个soc区间大小10%，功率请求根据soc区间以燃料电池的额定功率10%为步调进行变化，soc越大，对应的功率请求越小，每个soc区间功率值是一定的，滞环动力电池soc区间为5%。
40.假如动力电池soc为45%时，整车控制器以目标功率为40kw进行请求，假如40kw的请求功率不足以满足整车工况平均功率需求，动力电池soc逐步下将，当动力电池soc下降到40%时，整车控制器请求功率为48kw，假如48kw的请求功率大于整车工况平均功率需求，动力电池soc逐步上升，当动力电池soc上升到40%以上时，整车控制器请求功率不会立马变为40kw，而是当动力电池soc上升到45%时，整车控制器请求功率才会变为40kw。
41.这样就涉及到一个动力电池soc的滞缓区间为5%，防止了燃料电池请求功率的频繁变载。
42.（3）根据确定的燃料电池功率点控制燃料电池的输出功率。
43.整车控制器确定好燃料电池运行功率点后，通过通讯协议设定以报文的形式发到can总线上，燃料电池系统控制器接收此报文响应整车控制器发的请求功率。
44.本实施例采用滞环控制的方式将使燃料电池车辆运行过程中动力电池soc维持在一个较小的区间，控制档位划分的越多，动力电池soc被划分的越细。
45.假如对于5档位（如下）：动力电池soc区间划分范围为20%，滞环区间设置为10%。
46.1档：soc＜10%时，目标功率72kw；10%滞环：soc＜20%时，目标功率72kw；2档：10%≤soc＜30%时，目标功率64kw；10%滞环：soc＜40%时，目标功率64kw；3档：30%≤soc＜50%时，目标功率56kw；10%滞环：soc＜60%时，目标功率56kw；4档：60%≤soc＜70%时，目标功率32kw；10%滞环：soc＜80%时，目标功率32kw；5档：70%≤soc＜90%时，目标功率16kw；假如对于9档位（如下）：动力电池soc区间划分范围为10%，滞环区间设置为5%。
47.1档：soc＜10%时，目标功率72kw；5%滞环：soc＜15%时，取目标功率72kw；
2档：10%≤soc＜20%时，目标功率64kw；5%滞环：soc＜25%时，取目标功率64kw；3档：20%≤soc＜30%时，目标功率56kw；5%滞环：soc＜35%时，取目标功率56kw；4档：30%≤soc＜40%时，目标功率48kw；5%滞环：soc＜45%时，取目标功率48kw；5档：40%≤soc＜50%时，目标功率40kw；5%滞环：soc＜55%时，取目标功率40kw；6档：50%≤soc＜60%时，目标功率32kw；5%滞环：soc＜65%时，取目标功率32kw；7档：60%≤soc＜70%时，目标功率24kw；5%滞环：soc＜75%时，取目标功率24kw；8档：70%≤soc＜80%时，目标功率16kw；5%滞环：soc＜85%时，取目标功率16kw；9档：80%≤soc＜90%时，目标功率10kw。
48.燃料电池车辆在运行过程中，总会有一个运行工况所需功率的平均值。车辆长时间运行下来，动力电池soc区间总会稳定在运行工况所需功率的平均值所对应的soc区间（也就是以上控制策略的划分区间），soc区间划分的越细，车辆运行过程中动力电池soc维持的区间越小。
49.另外，整车运行过程中，动力源有两部分，动力电池直接驱动和燃料电池发出的电直接驱动，假如，燃料电池发出的电大于整车所用，发出多余的电会给动力电池回充。假如燃料电池发出的电经过给动力电池充电然后在放出的过程中，就会产生一部分的能量损耗，换句话说，就是增加了整车氢耗。
50.另外，根据多档位滞环80kw解释，假如动力电池soc为45%时，整车控制器以目标功率为40kw进行请求，假如40kw的请求功率不足以满足整车工况平均功率需求，动力电池soc逐步下将，当动力电池soc下降到40%时，整车控制器请求功率为48kw，假如48kw的请求功率大于整车工况平均功率需求，动力电池soc逐步上升，当动力电池soc上升到40%以上时，整车控制器请求功率不会立马变为40kw，而是当动力电池soc上升到45%时，整车控制器请求功率才会变为40kw。滞环的过程就会防止燃料电池功率的频繁变载。
51.实施例二本实施例提供了一种燃料电池系统多档位滞环控制系统，包括整车控制器、电池管理系统以及燃料电池系统控制器；其中，所述整车控制器采集电池管理系统的动力电池soc值；当接收到允许燃料电池系统发电的信号时，所述整车控制器根据采集到的电池soc值，利用动力电池soc值的功率多档位且滞环的原则确定燃料电池的运行功率点，并将确定的燃料电池的运行功率点发送给燃料电池系统控制器；所述燃料电池系统控制器根据确定好的燃料电池运行功率点控制燃料电池的输出功率。
52.上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所
公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
53.上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。
54.所提出的系统，可以通过其他的方式实现。例如以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时，可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另外一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
55.实施例三本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的一种燃料电池系统多档位滞环控制方法中的步骤。
56.实施例四本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的一种燃料电池系统多档位滞环控制方法中的步骤。
57.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
58.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
59.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
60.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
61.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（read-only memory，rom）或随机存储记忆体（random accessmemory，ram）等。
62.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范
围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。