一种燃料电池重卡的动力系统、能量管理方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种燃料电池重卡的动力系统、能量管理方法及装置，包括行车状态下，获取动力电池SOC状态、动力电池充电限制功率和燃料电池额定功率；若动力电池SOC小于第一电量状态SOCa，则当前变载周期内燃料电池输出功率依据设定动力功率、动力电池充电限制功率以及燃料电池额定功率三者之间的大小关系确定；设定动力功率为上一控制周期内整车平均功率加上补偿功率的和；补偿功率依据动力电池SOC和车型进行标定得到；第一电量状态SOCa的取值范围为25％

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池重卡的动力系统、能量管理方法及装置


[0001]本专利技术属于新能源汽车
，具体涉及一种燃料电池重卡的动力系统、能量管理方法及装置。

技术介绍

[0002]燃料电池汽车具有续驶里程长、零排放、质量比功率高、氢气来源广泛等优点，是新能源汽车重要的发展方向。
[0003]氢能作为一种清洁、可再生、可储存的二次能源，其应用和发展是应对气候变化与环境污染、保障能源可持续发展的重要举措，发展燃料电池汽车已成为世界各国加快推进交通行业节能减排、产业转型的战略举措。
[0004]燃料电池重卡具有续驶里程长、零排放、质量比功率高、加氢时间短等优点，是新能源重卡的重要发展方向。燃料电池受制于当前技术水平，其响应速度慢且无法进行能量回收，一般燃料电池汽车不会仅使用燃料电池系统作为动力源，其动力源还包括储能装置，储能装置可为动力电池，也可为超级电容。受动力电池技术快速发展，目前国内外的燃料电池汽车均采用“燃料电池+动力电池”的主流动力系统方案。近两年，随着国家燃料电池汽车示范城市群的大力推进，燃料电池重卡由于载荷大、车速高、工况复杂，目前燃料电池系统功率等级及动力电池充放电功率难以满足整车需求，需研究燃料电池重卡动力系统方案和能量管理策略，在保证燃料电池和动力电池使用寿命的同时，满足整车动力性和经济性需求。
[0005]授权公告号为CN111572411B的中国专利技术专利文件公开了一种燃料电池车辆的动力系统、能量控制方法及装置，根据过去10分钟内整车的需求功率和储能装置的荷电状态，预测得到当前10分钟内燃料电池的平均功率；然后在10分钟的控制周期内，VCU控制燃料电池在前10分钟平均功率工作，使燃料电池输出功率保持不变，进而确保动力电池SOC动态保持平衡。燃料电池重型货车对于燃料电池重型货车若前10分钟需求功率较小，当前整车需求功率较大的情况下，动力电池和燃料电池输出功率难以满足整车动力需求，且动力电池存在亏电风险，影响整车运行。
[0006]申请公布号为CN111605440A的中国专利技术专利申请文件公开了一种车用燃料电池运行功率控制系统及方法，提出基于在SOC区间的燃料电池功率跟随控制系统及方法,当整车处于行车状态时,燃料电池主动跟随电机功率。受限于当前燃料电池技术水平，在实际应用的过程中，燃料电池系统无法快速响应满足整车动态需求，且系统额定功率无法满足重型货车峰值功率需求，导致动力不足。
[0007]综上所述，受限于当前燃料电池技术发展水平，燃料电池无法实现频繁变载，整车的变载需求基本由动力电池提供，国内燃料电池重卡燃料电池系统能量管理策略是大都基于动力电池SOC状态规则的能量管理，可能导致燃料电池频繁启停机，无法实现高效工作，同时在SOC较高时，整车需求功率较大时，因燃料电池无法识别整车工况，导致动力电池SOC快速下降，可能导致整车动力性受限。
[0008]总之，目前燃料电池重卡正处于市场导入阶段，国内燃料电池重卡大都采用“中等功率+能量型动力电池”动力系统方案，在运营的过程中易出现电池高温、动力性不足等问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池重卡的动力系统、能量管理方法及装置，用以解决现有技术中燃料电池重卡在运营过程中出现的动力性不足和电池高温的问题。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术所提供的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：
[0011]本专利技术的一种燃料电池重卡的能量管理方法，包括以下步骤：
[0012]1)在行车状态下，获取动力电池SOC状态、动力电池充电限制功率和燃料电池额定功率；
[0013]2)若动力电池SOC小于第一电量状态SOCa，则当前变载周期内燃料电池输出功率依据设定动力功率、动力电池充电限制功率以及燃料电池额定功率三者之间的大小关系而确定；设定动力功率为上一控制周期内整车平均功率加上补偿功率的和；所述补偿功率依据动力电池SOC和车型进行标定得到；所述第一电量状态SOCa的取值范围为25％
‑
35％；控制周期长度为变载周期长度的5至10倍。
[0014]上述技术方案的有益效果为：本专利技术中在低SOC功率段时，当前变载周期内燃料电池输出功率依据上一控制周期内整车平均功率+补偿功率、动力电池充电限制功率以及燃料电池额定功率三者之间的大小关系而确定，为整车平均功率设定了补偿功率，使上述三个功率确定的燃料电池输出功率足够大以提供足够大的动力。由此，本专利技术解决了燃料电池重卡在运营过程中出现的动力性不足的问题。另一方面，本专利技术中动力电池为功率型动力电池可以有效避免电池高温的问题。
[0015]进一步地，为了提高动力，步骤2)中燃料电池输出功率设置为设定动力功率、动力电池充电限制功率以及燃料电池额定功率三者之中的最小值。
[0016]进一步地，为了避免燃料电池过载运行，同时为提升整车经济性，在行车状态下，若动力电池SOC大于等于第一电量状态SOCa且小于第二电量状态SOCb时，则设置当前变载周期内燃料电池输出功率为上一控制周期内整车平均功率、燃料电池额定功率、动力电池充电限制功功率三者中的最小值；第二电量状态SOCb的取值范围为40％
‑
60％。
[0017]进一步地，为了避免动力电池工作在大功率段，以提高经济性，在行车状态下，若动力电池SOC大于等于第二电量状态SOCb且小于第三电量状态SOCc时，则设置当前变载周期内燃料电池输出功率为上一控制周期内整车平均功率、设定百分比的燃料电池额定功率、动力电池充电限制功功率三者中的最小值；设定百分比的取值范围为60％
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80％；第三电量状态SOCc的取值范围为60％
‑
80％。
[0018]进一步地，在行车状态下，若动力电池SOC大于等于第三电量状态SOCc且小于第四电量状态SOCd时，则设置当前变载周期内燃料电池输出功率为燃料电池的最小输出功率；第四电量状态SOCd的取值范围为80％
‑
90％。
[0019]进一步地，提高燃料电池系统的工作效率，提升整车经济性，设置N个功率点，将动力电池SOC范围划分N个区间，并确定动力电池SOC在上升、下降两个过程中各区间对应的功
率点；在停车状态下，将燃料电池输出功率设定为当前过程中当前动力电池SOC状态对应区间的功率点；N≥4；其中功率点的值依据车型确定。
[0020]进一步地，为了提高制动回馈占比，提升整车经济性，改善制动效果，在制动状态下，若当前燃料电池输出功率与驱动电机回馈功率之和大于动力电池充电限制功率时，则燃料电池目标功率依据设定速率值下降；设定速率值的取值范围为[30kW/s，50kW/s]。
[0021]进一步地，控制周期取值范围为[25min，35min]；变载周期取值范围为[4min，6min]。
[0022]为了解决上述问题，本专利技术又提供了一种燃料电池重卡的能量管理装置，该装置包括处理器，所述处理器用于执行计算机指令以实现如本专利技术的一种燃料电池重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池重卡的能量管理方法，其特征在于：包括以下步骤：1)在行车状态下，获取动力电池SOC状态、动力电池充电限制功率和燃料电池额定功率；2)若动力电池SOC小于第一电量状态SOCa，则当前变载周期内燃料电池输出功率依据设定动力功率、动力电池充电限制功率以及燃料电池额定功率三者之间的大小关系而确定；设定动力功率为上一控制周期内整车平均功率加上补偿功率的和；所述补偿功率依据动力电池SOC和车型进行标定得到；所述第一电量状态SOCa的取值范围为25％
‑
35％；控制周期长度为变载周期长度的5至10倍。2.根据权利要求1所述的燃料电池重卡的能量管理方法，其特征在于：步骤2)中燃料电池输出功率设置为设定动力功率、动力电池充电限制功率以及燃料电池额定功率三者之中的最小值。3.根据权利要求1所述的燃料电池重卡的能量管理方法，其特征在于：在行车状态下，若动力电池SOC大于等于第一电量状态SOCa且小于第二电量状态SOCb时，则设置当前变载周期内燃料电池输出功率为上一控制周期内整车平均功率、燃料电池额定功率、动力电池充电限制功功率三者中的最小值；第二电量状态SOCb的取值范围为40％
‑
60％。4.根据权利要求1所述的燃料电池重卡的能量管理方法，其特征在于：在行车状态下，若动力电池SOC大于等于第二电量状态SOCb且小于第三电量状态SOCc时，则设置当前变载周期内燃料电池输出功率为上一控制周期内整车平均功率、设定百分比的燃料电池额定功率、动力电池充电限制功功率三者中的最小值；设定百分比的取值范围60％
‑
80％；第三电量状态SOCc...

【专利技术属性】
技术研发人员：史维龙，李高鹏，张龙海，孟德水，沙超，原田，余阳阳，杨卫锋，
申请(专利权)人：郑州宇通集团有限公司，
类型：发明
国别省市：