[發(fā)明專利]基于燃料電池的混合動力裝置的能量管理系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010108281.4
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101786413A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李加良;侯中軍;孫德堯;王克勇;高全勇;明平文;劉常福
• 申請（專利權(quán)）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: B60K6/32
• 分類號: B60K6/32;H01M8/04;H01M10/44
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 高永德

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于混合動力裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于燃料電池的電電混合動 力裝置，特別涉及混合動力裝置的能量管理。

背景技術(shù)

由于混合動力裝置的低排放特點，已成為目前動力領(lǐng)域的研究重點。混合 動力裝置目前有兩種分類：按照能量類型的不同分為電電混合和油電混合；按 照驅(qū)動系統(tǒng)的形式的不同分為并聯(lián)式和串聯(lián)式。

目前基于燃料電池的混合動力裝置大都為電電混合串聯(lián)式，燃料電池系統(tǒng) 采用被動控制方式，根據(jù)負(fù)載電流來控制燃料電池的工作功率和直流變換器的 輸出。這種基于燃料電池的混合動力裝置的不足是：控制具有滯后性，往往造 成動力電池放電電流變化幅度過大，導(dǎo)致動力電池組的壽命短，安全性低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于燃料電池的混合動力裝置的能量管理系統(tǒng)， 以實現(xiàn)對燃料電池系統(tǒng)的預(yù)測控制和動力電池組充電電流的隨動控制，克服現(xiàn) 有技術(shù)的不足。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于燃料電池的混合動力裝置的能量管理系統(tǒng)，包 括由動力線和信號線連接的燃料電池系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)和直流轉(zhuǎn)換器，其特 征在于所述的基于燃料電池的混合動力裝置能量管理系統(tǒng)還包括能量管理控制 器，所述能量管理控制器包括負(fù)載能量需求和燃料電池輔助能量需求模型單元、 荷電狀態(tài)計算單元和荷電狀態(tài)調(diào)節(jié)器，荷電狀態(tài)調(diào)節(jié)器預(yù)先輸入期望荷電狀態(tài) 值，負(fù)載能量需求和燃料電池輔助能量需求模型單元和荷電狀態(tài)計算單元與荷 電狀態(tài)調(diào)節(jié)器分別屬于能量控制器中的不同程序模塊，根據(jù)中斷響應(yīng)各模塊協(xié) 調(diào)運行，能量管理控制器從外部采集負(fù)載控制信號傳輸給負(fù)載能量需求和燃料 電池輔助能量需求模型單元，荷電狀態(tài)計算單元從動力電池系統(tǒng)采集動力電池 的輸入輸出電流計算動力電池的即時荷電狀態(tài)值，能量管理控制器通過CAN網(wǎng) 絡(luò)與燃料電池系統(tǒng)的燃料電池控制器(FCS)和直流變換器(DCDC)連接，發(fā)送 控制信號。

本發(fā)明所述的基于燃料電池的混合動力裝置的能量管理系統(tǒng)，其特征在于 所述能量管理系統(tǒng)運行的程序流程是：能量管理控制器(VMS)從外部采集負(fù)載 控制信號，負(fù)載能量需求和燃料電池輔助能量需求模型單元根據(jù)采集到的負(fù)載 控制信號計算出動力裝置的能量需求，荷電狀態(tài)計算單元從測得的動力電池的 累計充放電電流和當(dāng)前電壓，計算出動力電池當(dāng)前的荷電狀態(tài)值(SOC值)，荷 電狀態(tài)調(diào)節(jié)器根據(jù)預(yù)置的期望荷電狀態(tài)值和當(dāng)前的荷電狀態(tài)值進行充放電判 斷：當(dāng)動力電池當(dāng)前的荷電狀態(tài)值(SOC值)低于期望荷電狀態(tài)值時，則向燃料 電池系統(tǒng)發(fā)出給動力電池充電指令，燃料電池系統(tǒng)以定值向動力電池充電，當(dāng) 動力電池的當(dāng)前荷電狀態(tài)達到動力電池的期望荷電狀態(tài)值時，停止充電，既燃 料電池系統(tǒng)向動力電池充電的電流為零；當(dāng)動力電池的荷電狀態(tài)值高于期望荷 電狀態(tài)值時，燃料電池系統(tǒng)不向動力電池充電，既燃料電池系統(tǒng)向動力電池充 電的電流為零，能量管理控制器(VMS)根據(jù)負(fù)載能量需求和燃料電池系統(tǒng)能量 需求模型計算出動力裝置的能量需求和荷電狀態(tài)調(diào)節(jié)器根據(jù)預(yù)置的期望荷電狀 態(tài)值和動力電池的當(dāng)前荷電狀態(tài)值進行充放電判斷的結(jié)果計算總體能量需求， 將計算的總體能量需求傳輸給燃料電池控制系統(tǒng)和直流變換器(DCDC)，直流變 換器(DCDC)根據(jù)計算的總體能量需求控制直流轉(zhuǎn)換器輸出。

本發(fā)明所述的基于燃料電池的混合動力裝置的能量管理系統(tǒng)，其特征在于 所述混合動力裝置的燃料電池系統(tǒng)的風(fēng)機是以直流無刷電機為動力的風(fēng)機，風(fēng) 機的驅(qū)動器配有CAN通訊接口。

本發(fā)明所述的基于燃料電池的混合動力裝置的能量管理系統(tǒng)，其特征在于 所述混合動力裝置的燃料電池系統(tǒng)的風(fēng)機的直流無刷電機是48V~96V、2.2kw、 3500RPM的直流無刷電機。

本發(fā)明的基于燃料電池的混合動力裝置的能量管理系統(tǒng)，其混合動力裝置 屬于電電混合串聯(lián)式動力裝置，能量管理系統(tǒng)采用最小二乘法(RLS)分別建立 負(fù)載能量需求和燃料電池系統(tǒng)輔助能量需求的黑箱模型；應(yīng)用電量累積法計算 出動力電池組的荷電狀態(tài)(SOC)值。根據(jù)所建立的負(fù)載能量需求和燃料電池系 統(tǒng)輔助能量需求模型，通過采集到的負(fù)載控制信號和當(dāng)前動力電池組的荷電狀 態(tài)(SOC)值，預(yù)測出總能量需求，提前控制燃料電池系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以減少 燃料電池系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)時間，并控制直流變換器(Buck?DCDC)的輸出，滿足 負(fù)載系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)和動力電池組充電狀態(tài)的能量需求。

本發(fā)明的優(yōu)點是：