燃料电池动力系统及动力电池荷电状态控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池动力系统及动力电池荷电状态控制方法，所述系统包括燃料电池模块、动力电池和电机控制器，还包括功率控制模块，所述功率控制模块包括电压稳定单元、直流转换单元和能量控制单元，所述电压稳定单元一端与所述燃料电池模块连接，另一端与所述直流转换单元连接；所述直流转换单元的另一端与所述电机控制器连接；所述能量控制单元至少用于根据动力电池的荷电状态和车辆的需求功率控制所述燃料电池模块的开启/关闭以及控制所述燃料电池模块的输出功率。应用本发明专利技术，可以解决现有燃料电池动力系统中因燃料电池输出功率动态响应速度慢而难以满足电机功率需求的问题。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池动力系统及动力电池荷电状态控制方法
本专利技术属于混合动力汽车控制
，具体地说，是涉及燃料电池动力系统及动力电池荷电状态控制方法。
技术介绍
现有汽车作为人类文明进步发展的一个标志物，越来越多的人开始使用汽车。汽车在为人类带来方便的同时，也造成了石油资源的短缺和环境污染等一系列问题。因此，具有“零排放”、“低噪声”、“高效率”的燃料电池汽车的出现解决了这些难题。燃料电池具有能量转化效率高、零排放、未来加氢和加油一样便利等的优势，而且，氢能源的来源较其他能源广泛，石化能源、核能以及可再生能源等均可转化为氢能。就目前来看，以动力电池作为动力系统的电动汽车的应用较为广泛，但动力电池的续航里程远远不能满足需求，这时，以动力电池和燃料电池组合的电-电混合动力纯电动汽车成为发展趋势，这样，既能满足续航里程的要求，同时又符合低能耗且排放性能好的标准。但是，因为城市车辆在实际行驶中，需要面对复杂多变的路面情况，需要进行频繁的起步加速与制动等操作，而燃料电池输出功率动态响应速度慢，因此，现有燃料电池动力系统难以满足电机的功率需求，进而不能很好地满足车辆的性能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种燃料电池动力系统，解决现有燃料电池动力系统中因燃料电池输出功率动态响应速度慢而难以满足电机功率需求的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案予以实现：一种燃料电池动力系统，包括燃料电池模块、动力电池和电机控制器，所述动力电池与所述电机控制器连接；还包括功率控制模块，所述功率控制模块包括电压稳定单元、直流转换单元和能量控制单元，所述电压稳定单元一端与所述燃料电池模块连接，另一端与所述直流转换单元连接，用于稳定所述直流转换单元的输入电压；所述直流转换单元的另一端与所述电机控制器连接，用于将所述燃料电池模块的输出电压进行升压转换后输出；所述能量控制单元至少用于监测所述动力电池的荷电状态、获取当前状态下车辆的需求功率、根据所述动力电池的荷电状态和所述车辆的需求功率控制所述燃料电池模块的开启/关闭以及控制所述燃料电池模块的输出功率。优选的，所述电压稳定单元由若干单体电容配组而成，且所述电压稳定单元的工作电压与所述燃料电池模块的输出电压相同。本专利技术的目的之二是提供一种动力电池荷电状态控制方法，在满足电机功率需求的基础上，实现动力电池荷电状态的控制。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案予以实现：一种动力电池荷电状态控制方法，所述动力电池设置在燃料电池动力系统中，所述燃料电池动力系统为上述的燃料电池动力系统，所述动力电池荷电状态控制方法包括：车辆启动后，所述燃料电池动力系统中的能量控制单元根据监测的动力电池的荷电状态和获取的当前状态下车辆的需求功率控制所述燃料电池动力系统中的燃料电池模块的开启或关闭；在控制所述燃料电池模块开启时，所述能量控制单元将所述动力电池的荷电状态和所述当前状态下车辆的需求功率分别作为输入变量、将所述燃料电池模块的输出功率作为输出变量，采用模糊逻辑算法确定并控制所述燃料电池模块的输出功率，实现对所述动力电池荷电状态的控制。如上所述的方法，所述燃料电池动力系统中的能量控制单元根据监测的动力电池的荷电状态和获取的当前状态下车辆的需求功率控制所述燃料电池动力系统中的燃料电池模块的开启或关闭，具体包括：在所述当前状态下车辆的需求功率大于0、且不大于所述动力电池的输出功率的情况下，若所述动力电池的荷电状态小于荷电状态阈值，控制所述燃料电池模块开启；若所述动力电池的荷电状态不小于所述荷电状态阈值，控制所述燃料电池模块关闭；在所述当前状态下车辆的需求功率为0的情况下，若所述动力电池的荷电状态小于荷电状态目标值，控制所述燃料电池模块开启，为所述动力电池充电；否则，控制所述燃料电池模块关闭；在所述当前状态下车辆的需求功率小于0的情况下，若所述动力电池的荷电状态小于荷电状态目标值，控制所述燃料电池模块开启，为所述动力电池充电；否则，控制所述燃料电池模块保持原状态。如上所述的方法，所述燃料电池动力系统中的能量控制单元根据监测的动力电池的荷电状态和获取的当前状态下车辆的需求功率控制所述燃料电池动力系统中的燃料电池模块的开启或关闭，还包括：在所述当前状态下车辆的需求功率大于0、且大于所述动力电池的输出功率的情况下，控制所述燃料电池模块开启。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：（1）本专利技术提供的燃料电池动力系统中，在燃料电池模块与直流转换单元之间串联电压稳定单元，用于稳定直流转换单元的输入电压，当直流转换单元需要输出电流满足电机加速时所需的功率时，先由电压稳定单元给直流转换单元输出电流，以满足电机的功率需求；待燃料电池模块的输出功率提升上来之后，由燃料电池模块给直流转换单元输出电流；从而，显著改善了燃料电池模块因输出功率动态响应速度慢的问题；（2）在燃料电池模块与直流转换单元之间串联电压稳定单元，由于直流转换单元前端的允许输入电压变化范围较大，因此使电压稳定单元的电压工作范围更大，使得燃料电池模块的可用能量更大，能够使燃料电池系统更好地响应动力系统快速变化的功率需求；（3）通过在燃料电池动力系统中设置能量控制单元，采用模糊逻辑算法控制燃料电池模块的输出功率，实现燃料电池的输出功率在电机负载和动力电池之间的合理分配，在满足电机功率需求的前提下，实现对动力电池荷电状态的控制。结合附图阅读本专利技术的具体实施方式后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1是基于本专利技术燃料电池动力系统的一个实施例与整车驱动系统的结构框图；图2是基于本专利技术动力电池荷电状态控制方法一个实施例的流程图；图3是图2中控制燃料电池模块的开启或关闭一个具体实例的逻辑框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本专利技术作进一步详细说明。请参见图1，该图示出了基于本专利技术燃料电池动力系统的一个实施例与整车驱动系统的结构框图。具体来说，如图1所示，燃料电池动力系统包括燃料电池模块、动力电池和电机控制器，动力电池作为动力系统的主要功率输出单元，与电机控制器连接，具体来说是高压电气连接。电机控制器与电机连接，电机与减速/差速机构机械连接，减速/差速机构与车轮机械连接。其中，燃料电池模块中的燃料电池为现有汽车中可用的燃料电池，如质子交换膜燃料电池。动力电池为现有汽车中可用的动力电池，如锂离子电池。功率控制模块包括有电压稳定单元、直流转换单元和能量控制单元。电压稳定单元一端与燃料电池模块连接，另一端与直流转换单元连接，用于稳定直流转换单元的输入电压。电压稳定单元可以采用现有技术中能够起到暂存电能、稳定电压的结构来实现。作为优选实施方式，电压稳定单元由若干单体电容配组而成，并且，电压稳定单元的工作电压与燃料电池模块的输出电压相同。直流转换单元的另一端与电机控制器连接，具体来说是采用高压电气连接，用于将燃料电池模块的输出电压进行升压转换后输出。能量控制单元作为功率控制模块的核心单元，至少用于监测动力电池的荷电状态、获取当前状态下车辆的需求功率、根据动力电池的荷电状态和车辆的需求功率控制燃料电池模块的开启/关闭以及控制燃料电池模块的输出功率。采用该实施例的燃料电池动力系统，在燃料电池模块与直流转换单元之间串本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池动力系统，包括燃料电池模块、动力电池和电机控制器，所述动力电池与所述电机控制器连接，其特征在于，还包括功率控制模块，所述功率控制模块包括电压稳定单元、直流转换单元和能量控制单元，所述电压稳定单元一端与所述燃料电池模块连接，另一端与所述直流转换单元连接，用于稳定所述直流转换单元的输入电压；所述直流转换单元的另一端与所述电机控制器连接，用于将所述燃料电池模块的输出电压进行升压转换后输出；所述能量控制单元至少用于监测所述动力电池的荷电状态、获取当前状态下车辆的需求功率、根据所述动力电池的荷电状态和所述车辆的需求功率控制所述燃料电池模块的开启/关闭以及控制所述燃料电池模块的输出功率。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池动力系统，包括燃料电池模块、动力电池和电机控制器，所述动力电池与所述电机控制器连接，其特征在于，还包括功率控制模块，所述功率控制模块包括电压稳定单元、直流转换单元和能量控制单元，所述电压稳定单元一端与所述燃料电池模块连接，另一端与所述直流转换单元连接，用于稳定所述直流转换单元的输入电压；所述直流转换单元的另一端与所述电机控制器连接，用于将所述燃料电池模块的输出电压进行升压转换后输出；所述能量控制单元至少用于监测所述动力电池的荷电状态、获取当前状态下车辆的需求功率、根据所述动力电池的荷电状态和所述车辆的需求功率控制所述燃料电池模块的开启/关闭以及控制所述燃料电池模块的输出功率。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压稳定单元由若干单体电容配组而成，且所述电压稳定单元的工作电压与所述燃料电池模块的输出电压相同。3.一种动力电池荷电状态控制方法，所述动力电池设置在燃料电池动力系统中，其特征在于，所述燃料电池动力系统为上述权利要求1或2所述的燃料电池动力系统；所述动力电池荷电状态控制方法包括：车辆启动后，所述燃料电池动力系统中的能量控制单元根据监测的动力电池的荷电状态和获取的当前状态下车辆的需求功率控制所述燃料电池动力系统中的燃料电池模块的开启或关闭；在控制所述燃料电池模块开启时，所述能量控制单元将所述动力电池的荷电状态和所述当前状态下车辆的需求功率分别作为输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：贠海涛，林晋召，赵玉兰，曾欣，王胜达，董利莹，李家月，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37