[發(fā)明專利]一種氫能汽車的燃料電池能量管理系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910830891.6
• 申請日: 2019-09-04
• 公開（公告）號: CN110605977B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程飛;郝義國
• 申請（專利權(quán)）人: 中極氫能汽車（長治）有限公司
• 主分類號: B60L50/40
• 分類號: B60L50/40;B60L50/70;B60L50/75;B60L58/30;B60W30/188
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時代知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 易濱

1.一種氫能汽車的燃料電池能量管理系統(tǒng)，包括：整車控制器、電驅(qū)動系統(tǒng)、能量供應(yīng)模塊和氫燃料電池系統(tǒng)，所述氫燃料電池系統(tǒng)、電驅(qū)動系統(tǒng)、能量供應(yīng)模塊和整車控制器采集各自的數(shù)據(jù)信息后，通過串口通訊網(wǎng)絡(luò)，進行相關(guān)系統(tǒng)或模塊之間的信息傳遞，其特征在于：

所述電驅(qū)動系統(tǒng)包括電機控制器和電機；

所述能量供應(yīng)模塊包括電池管理系統(tǒng)和超級電容，其中，所述能量供應(yīng)模塊用于根據(jù)超級電容、動力電池的電量，當(dāng)前超級電容和動力電池的單節(jié)電容、電池信息，以及各自的衰減系數(shù)，分別計算出超級電容和動力電池的可充放電功率；并根據(jù)動力電池和超級電容的當(dāng)前電量，進行動力電池、超級電容的工作區(qū)間分配；其中，所述工作區(qū)間包括充電區(qū)間、放電區(qū)間、中間區(qū)間和純電區(qū)間；

處于充電區(qū)間時，動力電池、超級電容的需求功率均為負值；

處于放電區(qū)間和純電區(qū)間時，動力電池、超級電容的需求功率均為正值；其中，對于動力電池和超級電容均處于放電區(qū)間的情況下，當(dāng)?shù)∷俟β蚀笥隍?qū)動電機所消耗的功率時，當(dāng)前的超級電容和動力電池將切換到充電狀態(tài)，繼續(xù)由氫燃料電池為其充電，并在超級電容或動力電池的電量達到純電區(qū)間切換閾值時，控制氫燃料電池下電，并進入到純電區(qū)間，在純電區(qū)間下，驅(qū)動電機所需的能量將直接由超級電容和動力電池提供；

處于中間區(qū)間時，動力電池、超級電容的需求功率在趨近充電區(qū)間區(qū)域時為負值，且在趨近放電區(qū)間區(qū)域時為正值；其中，在動力電池、超級電容處于中間區(qū)間時，所述動力電池、超級電容均包含兩種工作狀態(tài)，一種是能量補充的工作狀態(tài)，一種是處于高效工作區(qū)間的工作狀態(tài)；其中，對于動力電池和超級電容中，有一方處于充電區(qū)間，另一方處于放電區(qū)間的情況下，此時氫燃料電池將以其最大功率輸出，且，氫燃料電池的能量一部分用于驅(qū)動電機，剩余能量部分將用于給處于當(dāng)前充電區(qū)間的動力電池或超級電容充電，使動力電池或超級電容的電量趨近充電區(qū)間區(qū)域；且，當(dāng)電量處于充電區(qū)間的一方的電量步入中間區(qū)間時，動力電池和超級電容中，將有一方處于中間區(qū)間，另一方處于放電區(qū)間；

所述電機控制器用于獲取電機的轉(zhuǎn)速，響應(yīng)整車控制器的目標(biāo)扭矩；

所述整車控制器用于通過串口總線獲取到電機的轉(zhuǎn)速，以及超級電容和動力電池的可充、放電功率數(shù)據(jù)，一方面根據(jù)車內(nèi)油門踏板開度、剎車踏板開度、電機控制器獲取到的電機轉(zhuǎn)速，以及電機和電機控制器的系統(tǒng)效率，計算出電機的目標(biāo)扭矩和電驅(qū)動系統(tǒng)的需求功率；另一方面，基于電驅(qū)動系統(tǒng)的需求功率、超級電容和動力電池的可充放電功率，以及燃料電池的性能及響應(yīng)特性，計算得到氫燃料電池的系統(tǒng)輸出功率；

所述氫燃料電池系統(tǒng)包括氫燃料電池反應(yīng)堆、供氣系統(tǒng)、升壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，用于通過串口總線從整車控制器處獲取到氫燃料電池的系統(tǒng)輸出功率，控制氫燃料電池系統(tǒng)對外的輸出功率，所述氫燃料電池系統(tǒng)對外的輸出功率包括驅(qū)動電機所需消耗的功率，以及為動力電池和超級電容進行充電所需消耗的功率；最后，通過控制氫燃料電池系統(tǒng)，使其按照設(shè)定的最終輸出功率輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池能量管理系統(tǒng)，其特征在于，能量供應(yīng)模塊中還包括工作模式分配模塊，用于組合動力電池和超級電容的四種工作區(qū)間，進行工作模式的分配，其中，包括第一～七工作模式，所述第一工作模式下，動力電池和超級電容均處于充電區(qū)間；

所述第二工作模式下，動力電池和超級電容中，將有一方處于充電區(qū)間，另一方處于中間區(qū)間；

所述第三工作模式下，動力電池和超級電容均處于中間區(qū)間；

所述第四工作模式下，動力電池和超級電容中，將有一方處于中間區(qū)間，另一方處于放電區(qū)間；

所述第五工作模式下，動力電池和超級電容均處于放電區(qū)間；

所述第六工作模式下，動力電池和超級電容中，將有一方處于充電區(qū)間，另一方處于放電區(qū)間；

所述第七工作模式下，動力電池和超級電容中至少有一方處于純電區(qū)間。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池能量管理系統(tǒng)，其特征在于，在第一工作模式下，氫燃料電池在整車允許的功率范圍內(nèi)以最大功率輸出，由其在為電機提供驅(qū)動能量的同時，且為動力電池和超級電容充電；在隨著動力電池和超級電容的電量的提高，其工作模式由第一工作模式跳轉(zhuǎn)至第二工作模式，第二工作模式下，動力電池和超級電容將繼續(xù)維持充電狀態(tài)，當(dāng)前控制氫燃料電池繼續(xù)保持在整車允許的功率范圍內(nèi)以最大功率輸出，由其為處于充電區(qū)間的輔助能源充電，其中，氫燃料電池發(fā)出的能量一部分用于驅(qū)動電機。