一种基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车技术领域，具体涉及一种基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法。

背景技术

燃料电池汽车作为新能源汽车的重要组成部分，近年来也得到了快速的发展。然而，现阶段的燃料电池系统输出特性较软，并且电池系统的核心零部件电堆的寿命问题，都影响了混合动力汽车的运行状态。如何使混合动力源(燃料电池系统和锂电池)之间稳定、可靠、高效的工作是混合动力汽车的关键技术之一。因此，动力电源功率分配方法的研究对混合动力汽车有着至关重要的意义。急需解决混合动力汽车动力性能，延长锂电池循环寿命，提升混合动力汽车的动力性能、实时性和可靠性，同时降低整车成本，提升经济性。而现有专利(如“201911355976.X”)均未实时考虑混合动力汽车运行状态，影响实时性，从而在一定程度上造成电源功率的损耗。

考虑到以上问题，提出一种基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，发明一种基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法，解决混合动力汽车动力性能达不到系统需求和锂电池循环寿命短的问题，提升混合动力汽车的动力性能、实时性和可靠性，同时降低整车成本，提升经济性。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法，其特征在于，将混合动力汽车的运行状态划分为5种工况，分别为启动加速、升速、行驶、降速和刹车，电源供电方式包括锂电池供电、氢燃料电池系统供电、氢燃料电池系统和锂电池混合供电。

该动力电源功率分配方法的步骤如下：

步骤一：实时获取混合动力汽车的运行状态、整车需求功率和锂电池SOC；

步骤二：根据混合动力汽车的运行状态和整车需求功率，采用电源模式切换策略确定电源供电方式；

步骤三：根据电源供电方式，采用功率分配策略确定氢燃料电池系统和锂电池输出的实时输出功率值；

步骤四：根据所述实时输出功率值控制氢燃料电池系统和锂电池的输出功率，以满足整车需求功率；

重复步骤一至步骤四，实现氢燃料电池系统和锂电池的能量分配。

进一步，所述电源模式切换策略为：

(1)当混合动力汽车的运行状态为启动加速状态时，电源供电方式为锂电池供电；

(2)当混合动力汽车的运行状态为升速状态和行驶状态时，电源供电方式由以下任一种情况确定：

当整车需求功率小于氢燃料电池系统额定功率时，电源供电方式为氢燃料电池系统供电；

当整车需求功率大于等于氢燃料电池系统额定功率且锂电池SOC小于第一阈值时，电源供电方式为氢燃料电池系统供电；

当整车需求功率大于等于氢燃料电池系统额定功率且锂电池SOC大于等于第一阈值时，电源供电方式为氢燃料电池系统和锂电池混合供电；

(3)当混合动力汽车运行状态为降速状态时，电源供电方式为氢燃料电池系统供电；

(4)当混合动力汽车运行状态为刹车状态时，电源供电方式为氢燃料电池系统供电。

进一步，所述功率分配策略为：

(1)当电源供电方式为锂电池供电时，锂电池输出功率为整车需求功率与氢燃料电池系统启动所需功率之和，整车控制器氢燃料电池系统；

(2)当电源供电方式为氢燃料电池系统供电时，若整车需求功率小于氢燃料电池系统额定功率时，氢燃料电池系统输出功率为整车需求功率，锂电池输出功率为0；若整车需求功率大于等于氢燃料电池系统额定功率时，氢燃料电池系统输出功率为氢燃料电池系统额定功率，锂电池输出功率为0；当锂电池SOC小于第二阈值，并且整车需求功率小于氢燃料电池系统额定功率的情况下，氢燃料电池系统为锂电池充电，其中第二阈值大于第一阈值；

(3)当电源供电方式为氢燃料电池系统和锂电池混合供电时，氢燃料电池系统输出功率为其额定输出功率，锂电池输出功率为整车需求功率与氢燃料电池系统额定功率之差。

进一步，第一阈值大于锂电池正常工作时所需SOC的最小值，并且第一阈值与锂电池正常工作时所需SOC的最小值的差值小于第一误差阈值，第二阈值小于锂电池正常工作时SOC的最大值，并且锂电池正常工作时SOC的最大值与第二阈值的差值小于第二误差阈值。

本发明针对传统混合动力汽车功率分配实时性差、动力性能达不到系统需求和锂电池循环寿命短的问题，发明一种基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法，本发明集电源模式切换策略和功率分配策略于一体，主要有以下的优点：

(1)将混合动力汽车的运行状态划分为启动加速、升速、行驶、降速、刹车5种工况，电源供电方式包括锂电池供电、氢燃料电池系统供电、氢燃料电池系统和锂电池混合供电3种，整车控制器实时采集油门踏板、制动踏板的位移信息，根据位移信息确定混合动力汽车的运行状态、整车需求功率，同时实时采集锂电池的状态以确定锂电池SOC，使整车实时性得到了保障。

(2)提出电源模式切换策略确定电源供电方式，提出功率分配策略确定氢燃料电池系统和锂电池输出的实时输出功率值，通过将需求功率在两个动力源之间合理的分配，提升了整车的动力性能，保证锂电池持续工作于最佳寿命区，减少了氢耗量，降低了成本，增加了可靠性。

(3)实现混合动力汽车的动能回收，当混合动力汽车由氢燃料电池系统供电，锂电池根据SOC值的大小来决定是否进入充电状态，当锂电池进入充电模式时，可以实现运行工况的动能回收，节约了能源。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法对应的结构原理图；

图2为本发明实施例提供的一种基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法的流程图。

附图标记说明：1.整车控制器；2.动力分配系统；3.功率分配系统；4.燃料电池控制单元；5.电池管理系统；6.动力电源系统；7.负载；6-1.氢燃料电池系统；6-2.锂电池。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明集电源模式切换策略和功率分配策略于一体，确定了电源供电方式和氢燃料电池系统与锂电池实时输出功率，提升了整车的动力性能，降低了成本；同时实现运行工况的动能回收，节约了能源。

本发明实施提供了一种基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法，将混合动力汽车的运行状态划分为启动加速、升速、行驶、降速、刹车5种工况，电源供电方式包括锂电池供电、氢燃料电池系统供电、氢燃料电池系统和锂电池混合供电3种，在不同工况下采用电源模式切换策略和功率分配策略，以提升混合动力汽车整体性能。

本发明提供的基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法，该控制方法的原理图如图1所示，主要通过整车控制器1、动力分配系统2、功率分配系统3、燃料电池控制单元4、电池管理系统5和动力电源系统6，及其彼此之间的CAN总线，共同实现功率的合理分配。动力电源系统6包括氢燃料电池系统6-1和锂电池6-2，整车控制器1分别通过CAN总线与动力分配系统2、功率分配系统3、氢燃料电池系统6-1和锂电池6-2连接，动力分配系统2分别通过CAN总线与功率分配系统3、燃料电池控制单元4和电池管理系统5连接，燃料电池控制单元4通过CAN总线动力电源系统6-1连接，功率分配系统3分别通过CAN总线与电池管理系统5和燃料电池控制单元4连接，电池管理系统5通过CAN总线与锂电池6-2连接，氢燃料电池系统6-1包括相互连接的氢燃料电堆和DC/DC变换器，DC/DC变换器通过开关K1与负载7连接，锂电池6-2通过开关K2与负载7连接，动力分配系统2分别控制开关K1和开关K2的闭合和断开。

基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法如图2所示，包括步骤如下：

S101：实时获取混合动力汽车的运行状态、整车需求功率和锂电池SOC；

S102：根据混合动力汽车的运行状态和整车需求功率，采用电源模式切换策略确定电源供电方式；

S103：根据电源供电方式，采用功率分配策略确定氢燃料电池系统和锂电池输出的实时输出功率值；

S104：根据所述实时输出功率值控制氢燃料电池系统和锂电池的输出功率，以满足整车需求功率；

重复步骤S101至S104，实现氢燃料电池系统和锂电池的能量分配。

基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法具体如下：

车辆启动上电控制：当钥匙打到ON挡，整车控制器1唤醒并进行自检，然后电池管理系统1和燃料电池控制单元4进行自检，无故障后，整车控制器发送上电指令并控制完成上电。整车控制器通过CAN总线实时采集油门踏板、制动踏板的位移信息，根据位移信息确定混合动力汽车的运行状态、整车需求功率，同时实时采集锂电池6-2的状态以确定锂电池SOC。SOC(State ofcharge)，即荷电状态，用来反映锂电池的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示，其取值范围为0～100％，当SOC＝0时表示锂电池放电完全，当SOC＝100％时表示电池完全充满。

进一步，动力分配系统2根据混合动力汽车的运行状态、整车需求功率，采用电源模式切换策略确定电源供电方式，所述电源模式切换策略为；

(1)当混合动力汽车的运行状态为启动加速状态时，动力分配系统2确定电源供电方式为锂电池供电，并通过CAN总线向电池管理系统5和燃料电池控制单元4发送控制信号，闭合开关K2(即第二开关)，同时启动氢燃料电池系统6-1，在氢燃料电池系统6-1启动之后闭合开关K1(即第一开关)。

(2)当混合动力汽车的运行状态为升速状态和行驶状态时，电源供电方式由以下任一种情况确定：

当整车需求功率小于氢燃料电池系统额定功率时，动力分配系统2确定电源供电方式为氢燃料电池系统6-1供电，通过CAN总线向电池管理系统5和燃料电池控制单元4发送控制信号，断开开关K2，闭合开关K1；

当整车需求功率大于等于氢燃料电池系统额定功率且锂电池SOC小于第一阈值时，动力分配系统2确定电源供电方式为氢燃料电池系统供电，通过CAN总线向电池管理系统5和燃料电池控制单元4发送控制信号，断开开关K2，闭合开关K1；

当整车需求功率大于等于氢燃料电池系统额定功率且锂电池SOC大于等于第一阈值时，动力分配系统2确定电源供电方式为氢燃料电池系统和锂电池混合供电，通过CAN总线向电池管理系统5和燃料电池控制单元4发送控制信号，同时闭合开关K1和开关K2；

(3)当混合动力汽车运行状态为降速状态时，动力分配系统2确定电源供电方式为氢燃料电池系统6-1供电，通过CAN总线向电池管理系统5和燃料电池控制单元4发送控制信号，断开开关K2，闭合开关K1；

(4)当混合动力汽车运行状态为刹车状态时，动力分配系统2确定电源供电方式为氢燃料电池系统供电，通过CAN总线向电池管理系统5和燃料电池控制单元4发送控制信号，断开开关K2，闭合开关K1；当锂电池SOC小于第二阈值，并且整车需求功率小于氢燃料电池系统额定功率的情况下，动力分配系统2确定由氢燃料电池系统为锂电池充电，通过CAN总线向电池管理系统5和燃料电池控制单元4发送控制信号，同时闭合开关K1和开关K2，其中第二阈值大于第一阈值。

第一阈值大于锂电池正常工作时所需SOC的最小值，并且第一阈值与锂电池正常工作时所需SOC的最小值的差值小于第一误差阈值，第二阈值小于锂电池正常工作时SOC的最大值，并且锂电池正常工作时SOC的最大值与第二阈值的差值小于第二误差阈值。

在一实施例中，第一阈值是指锂电池系统SOC最优选择范围内的某值，略大于下限值(锂电池正常工作时所需SOC的最小值)，一般取35％，第二阈值指锂电池系统SOC最优选择范围内的某值，略小于上限值(锂电池正常工作时SOC的最大值)，一般取80％，且大于第一阈值。

进一步，功率分配系统3根据电源供电方式，采用功率分配策略确定氢燃料电池系统6-1和锂电池6-2输出的实时输出功率值，并通过CAN总线向电池管理系统5和燃料电池控制单元4发送锂电池和燃料电池的目标输出功率信号。所述功率分配策略为：

(1)当电源供电方式为锂电池供电时，锂电池6-2输出功率为整车需求功率与氢燃料电池系统6-1启动所需功率之和，整车控制器启动氢燃料电池系统；

(2)当电源供电方式为氢燃料电池系统供电时，若整车需求功率小于氢燃料电池系统额定功率时，氢燃料电池系统6-1输出功率为整车需求功率，锂电池输出功率为0；若整车需求功率大于等于氢燃料电池系统额定功率时，氢燃料电池系统6-1输出功率为氢燃料电池系统额定功率，锂电池输出功率为0；当锂电池SOC小于等于第二阈值时，并且整车需求功率小于氢燃料电池系统额定功率的情况下，氢燃料电池系统为为锂电池充电；

(3)当电源供电方式为氢燃料电池系统和锂电池混合供电时，氢燃料电池系统6-1输出功率为其额定输出功率，锂电池6-2输出功率为整车需求功率与氢燃料电池系统6-1额定功率之差。

进一步，根据所述实时输出功率值控制氢燃料电池系统6-1和锂电池6-2的输出功率，以满足整车需求功率，保证混合动力汽车根据驾驶员的需求行驶。在满足整车指标的前提下，可减少锂电池的耗电量，提高整车续驶里程。

进一步，车辆关闭下电控制：钥匙由ON挡打到OFF挡时，整车进入下电流程，功率分配系统3通过CAN总线向电池管理系统5和燃料电池控制单元4发送锂电池和燃料电池的目标输出功率信号均为0，动力分配系统2通过CAN总线向电池管理系统5和燃料电池控制单元4发送下电指令，断开开关K1和开关K2，待电池管理系统5和燃料电池控制单元4下电完成后，整车控制器1下电。

以上对本发明所提供的一种基于混合动力汽车运行状态的动力电源功率分配方法进行了详细介绍，以上实施说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。