[發明專利]具有彈性儲能機構的燃料電池混合動力系統的能量分配方法

有效

• 申請號: 201710274527.7
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107089148B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 杜玖玉;歐陽明高;李建秋;高明明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B60L50/30
• 分類號: B60L50/30;B60L58/40;F16H33/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳昕

1.具有彈性儲能機構的燃料電池混合動力系統的能量分配方法，基于具有彈性儲能機構的燃料電池混合動力系統實現，所述具有彈性儲能機構的燃料電池混合動力系統包括燃料電池系統(1)、燃料電池控制器(2)、單向DC/DC轉換器(3)、動力電池(4)、電池管理系統(5)、逆變器(6)、驅動電機(7)、離合器(8)、彈性儲能機構(9)、變速器(10)和整車控制單元(11)；

燃料電池系統(1)的電流信號輸出端與單向DC/DC轉換器(3)的電流信號輸入端連接，單向DC/DC轉換器(3)的電流輸出端與逆變器(6)的電流信號輸入端連接，逆變器(6)的電流信號輸入端同時與動力電池(4)的電流信號輸出端連接；

逆變器(6)的電流信號輸出端連接驅動電機(7)的驅動信號輸入端，驅動電機(7)的輸出軸與變速器(10)的輸入軸同軸連接，變速器(10)通過差速器(12)驅動汽車車輪；

彈性儲能機構(9)的軸承通過離合器(8)與變速器(10)傳動連接，整車控制單元(11)控制離合器(8)的開啟或閉合；彈性儲能機構(9)包括變速裝置和彈性儲能箱；所述變速裝置包括一號箱體、一號傳動軸(911)、儲能齒輪(912)、釋能齒輪(913)、二號傳動軸(914)、一號開關管組(916)、一號電磁鐵(917)、一號永磁鐵(918)、換擋叉(919)和中間齒輪(920)；

儲能齒輪(912)和釋能齒輪(913)均套接在一號傳動軸(911)上，且儲能齒輪(912)位于釋能齒輪(913)的上側，中間齒輪(920)為一個軸承上套接有兩個齒輪構成，且兩個齒輪分別位于所述軸承的上、下兩端；儲能齒輪(912)與中間齒輪(920)的上齒輪的一側傳動連接，中間齒輪(920)上齒輪的另一側位于換擋叉(919)的插頭內，一號永磁鐵(918)固定在換擋叉(919)插頭底座的下端，一號電磁鐵(917)位于一號永磁鐵(918)的正下方，一號電磁鐵(917)的正負電源接線端通過一號開關管組(916)與汽車電池的正負電極連接；

中間齒輪(920)的下齒輪與二號傳動軸(914)通過齒輪咬合連接；儲能齒輪(912)、釋能齒輪(913)和中間齒輪(920)均位于一號箱體內；一號傳動軸(911)的頂端穿過一號箱體與離合器(8)同軸連接；二號傳動軸(914)下端穿過一號箱體與彈性儲能箱的軸承同軸連接；

彈性儲能箱包括三號傳動軸(921)、儲能渦簧(922)、制動器(923)、二號箱體(924)和拉力傳感器(925)；

三號傳動軸(921)位于二號箱體(924)的中部，橫向穿過二號箱體(924)，儲能渦簧(922)、制動器(923)和拉力傳感器(925)均設置在二號箱體(924)內，儲能渦簧(922)和制動器(923)均套設在三號傳動軸(921)上，儲能渦簧(922)的內端與三號傳動軸(921)的側壁固定連接，拉力傳感器(925)固定在儲能渦簧(922)的外端，且儲能渦簧(922)和制動器(923)不接觸；

整車控制單元(11)的充放電控制信號輸出端連接燃料電池控制器(2)的充放電控制信號輸入端，整車控制單元(11)的電池狀態信號輸入端連接燃料電池控制器(2)的電池狀態信號輸出端；燃料電池控制器(2)的放電功率控制信號輸出端連接燃料電池系統(1)的放電功率控制信號輸入端，燃料電池控制器(2)的燃料電池狀態信號輸入端連接燃料電池系統(1)的電池狀態信號輸出端；

整車控制單元(11)的轉換控制信號輸出與轉換狀態輸入端連接單向DC/DC轉換器(3)的轉換控制信號輸入與轉換狀態輸出端連接；

整車控制單元(11)的放電功率控制信號輸出端連接電池管理系統(5)的放電功率控制信號輸入端，整車控制單元(11)的動力電池狀態信號輸入端連接電池管理系統(5)的動力電池狀態信號輸出端；電池管理系統(5)的電能輸出控制信號輸出端連接動力電池(4)輸出開關控制信號輸入端，電池管理系統(5)的電池狀態信號輸入端連接動力電池(4)電能狀態輸出端；

驅動電機(7)的轉速和轉矩信號輸出端連接整車控制單元(11)的電機狀態信號輸入端；

整車控制單元(11)的逆變器轉換控制信號輸出端連接逆變器(6)的電流轉換控制信號輸入端；

整車控制單元(11)的儲能機構功率輸出控制信號輸出與儲能機構儲能狀態輸入端連接彈性儲能機構(9)的輸出控制輸入與儲能狀態輸出端；

整車控制單元(11)的變速器狀態輸入與變速器功率控制信號輸出端連接變速器(10)的狀態信號輸出與功率控制信號輸入端；

整車控制單元(11)與燃料電池控制器(2)、單向DC/DC轉換器(3)、電池管理系統(5)、逆變器(6)、驅動電機(7)、彈性儲能機構(9)和變速器(10)之間均通過CAN總線連接；

其特征在于，具有彈性儲能機構的燃料電池混合動力系統的能量分配方法的具體步驟為：

步驟一、采用整車控制單元(11)獲得彈性儲能機構(9)的儲能狀態Q、通過電池管理系統(5)獲得動力電池(4)的剩余電量、通過燃料電池控制器(2)獲得燃料電池系統(1)的工作狀態、通過車載傳感器獲得車速、油門踏板開度和制動踏板開度信號；整車控制單元(11)利用車速、油門踏板開度和制動踏板開度信號計算汽車動力系統需求總功率P_dem，其中，Q為彈性儲能機構實時儲能值與最大儲能值之比；

步驟二、利用步驟一計算獲得的汽車動力系統需求總功率P_dem，結合動力電池(4)的剩余電量和彈性儲能機構(9)的儲能狀態，整車控制單元(11)采用基于頻域分配算法分別向燃料電池控制器(2)、電池管理系統(5)及彈性儲能機構(9)發送功率輸出控制信號；

步驟三、燃料電池控制器(2)向燃料電池系統(1)發送控制信號，控制燃料電池系統(1)輸出電能；電池管理系統(5)向動力電池(4)發送輸出功率控制信號，動力電池(4)輸出電能；彈性儲能機構(9)接收控制信號并輸出功率信號；實現對具有彈性儲能機構的燃料電池混合動力系統的能量控制。