阅读说明：本技术 一种氢能汽车动力系统及其能量管理方法 (Hydrogen energy automobile power system and energy management method thereof ) 是由 严习胜 郝义国 于 2019-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种氢能汽车动力系统及其能量管理方法,所述动力系统包括氢燃料电池系统、整车驱动子系统、动力电池子系统以及高压附件子系统,所述能量管理方法为：S1、根据当前动力电池的SOC值调节氢能汽车的能量流向模式；S2、根据能量流向模式,整车控制器控制驱动电机扭矩输出以及氢燃料电池系统的功率输出；S3、回到步骤S1,通过对动力电池SOC的循环控制实现能量管理。本发明的有益效果：在由氢燃料电池提供电能的汽车上,整车控制器通过控制驱动电机扭矩输出以及氢燃料电池系统的输出功率来实现整车动力系统的能量传输方向,始终维持动力电池SOC稳定在一定区间范围内,满足使用需求的同时尽可能节能减排。(The invention provides a hydrogen energy automobile power system and an energy management method thereof, wherein the power system comprises a hydrogen fuel cell system, an entire automobile driving subsystem, a power cell subsystem and a high-voltage accessory subsystem, and the energy management method comprises the following steps: s1, adjusting the energy flow mode of the hydrogen energy automobile according to the SOC value of the current power battery; s2, controlling the torque output of the driving motor and the power output of the hydrogen fuel cell system by the vehicle control unit according to the energy flow direction mode; and S3, returning to the step S1, and realizing energy management through the circulation control of the power battery SOC. The invention has the beneficial effects that: on an automobile powered by a hydrogen fuel cell, the whole automobile controller controls the torque output of a driving motor and the output power of a hydrogen fuel cell system to realize the energy transmission direction of a whole automobile power system, always maintains the SOC of a power battery to be stable in a certain interval range, meets the use requirement and simultaneously saves energy and reduces emission as far as possible.)

一种氢能汽车动力系统及其能量管理方法

技术领域

本发明涉及电池能量管理领域，尤其涉及一种氢能汽车动力系统及其能量管理方法。

背景技术

随着新能源汽车行业的快速发展，燃料电池汽车已成为新能源汽车门类中重要组成部分，燃料电池汽车行业也是国家在未来几年重点支持和推动的行业之一。在能源问题日益突出的今天，如何让新能源汽车，尤其是氢燃料电池汽车在满足消费者使用需求的同时，尽可能节能无疑成为该行业技术人员的研究重点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种氢能汽车动力系统及其能量管理方法，在由氢燃料电池提供电能的汽车上，整车控制器(VCU)通过控制驱动电机扭矩输出以及氢燃料电池系统的输出功率来实现整车动力系统的能量传输管理。

本发明提供一种氢能汽车动力系统及其能量管理方法，其中所述动力系统包括氢燃料电池系统、整车驱动子系统、动力电池子系统、以及高压附件子系统，其中，所述动力电池子系统包括动力电池，所述动力电池具有充放电功能，所述动力电池与所述氢燃料电池系统为氢能汽车提供能量；所述整车驱动子系统包括驱动电机，所述驱动电机与所述高压附件子系统消耗能量实现汽车运行，所述驱动电机还具有能量回收状态；所述动力系统由整车控制器进行能量管理。

所述能量管理方法首先将动力系统的能量流向模式进行划分：

模式1：动力电池放电，氢燃料电池系统放电，高压附件子系统消耗能量，驱动电机消耗能量；

模式2：动力电池放电，氢燃料电池系统放电，高压附件子系统消耗能量，驱动电机回收能量；

模式3：动力电池充电，氢燃料电池系统放电，高压附件子系统消耗能量，驱动电机消耗能量；

模式4：动力电池充电，氢燃料电池系统放电，高压附件子系统消耗能量，驱动电机回收能量。

根据当前动力电池的SOC值，VCU通过控制驱动电机输出扭矩以及氢燃料电池系统的输出功率来进行能量管理：当SOC值处于55％75％之间时，调节当前的能量流向为模式1或模式2，VCU限制驱动电机的回收功率，同时适度降低氢燃料电池系统的输出功率；当SOC值处于35％55％之间时，调节当前的能量流向为模式3或模式4，VCU限制驱动电机的驱动功率，同时增大氢燃料电池系统的输出功率。

进一步地，所述动力电池SOC的控制区间为标定后的35％75％，VCU管理能量流向保证动力电池SOC值长期处于此区间内。

进一步地，当驱动电机处于消耗状态时，取动力电池的可输出功率与氢燃料电池系统的实际输出功率之和P11、驱动电机自身的最大输出功率限制P12、整车功率限制需求P13中的最小值为驱动电机最大驱动功率，整车控制器利用所述驱动电机最大驱动功率限制当前驱动电机的驱动功率；当驱动电机处于回收状态时，取动力电池的可充电功率与氢燃料电池系统的最低输出怠速功率之差P21、驱动电机自身的最大回馈功率限制为P22、整车功率限制需求P23中的最小值为驱动电机最大回收功率，整车控制器利用所述驱动电机最大回收功率限制当前驱动电机的驱动功率。

进一步地，令氢燃料电池系统的最大可输出功率为P31，驱动电机实际输出功率为P32，高压附件子系统的消耗功率之和为P33，电池需求充电功率为P34，整车特殊工况的需求功率为P35，动力电池最大可回收功率为P36，令P32+P33+P34、P35中的较大值为P_max，取P_max、P31、P36+P32+P33中的最小值作为氢燃料电池系统的输出功率，整车控制器根据所述氢燃料电池系统的输出功率对当前氢燃料电池系统进行限制。

进一步地，当驱动电机处于消耗状态时，驱动电机实际功率P32为驱动电机输出功率，数值为正数；当驱动电机处于回收状态时，驱动电机实际功率P32为驱动电机回收功率，数值为负数。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：在由氢燃料电池提供电能的汽车上，VCU通过控制驱动电机扭矩输出以及氢燃料电池系统的输出功率来实现整车动力系统的能量传输方向，始终维持动力电池SOC稳定在一定区间范围内，满足使用需求的同时尽可能节能减排。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种氢能汽车动力系统及其能量管理方法的能量流向示意图。

图2是本发明实施例提供的一种氢能汽车动力系统及其能量管理方法的驱动电机最大驱动功率的计算过程；

图3是本发明实施例提供的一种氢能汽车动力系统及其能量管理方法的驱动电机最大回收功率的计算过程；

图4是本发明实施例提供的一种氢能汽车动力系统及其能量管理方法的氢燃料电池系统的输出功率的计算过程；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种氢能汽车动力系统，所述动力系统包括氢燃料电池系统、整车驱动子系统、动力电池子系统、以及高压附件子系统，其中，所述动力电池子系统包括动力电池，所述动力电池具有充放电功能，所述动力电池与所述氢燃料电池系统为氢能汽车提供能量；所述整车驱动子系统包括驱动电机，所述驱动电机与所述高压附件子系统消耗能量实现汽车运行，所述驱动电机还具有能量回收状态；所述动力系统由整车控制器(VCU)进行能量管理。

本发明的实施例还提供了一种氢能汽车动力系统能量管理方法，包括以下步骤：

S1、根据当前动力电池的SOC(State of Charge，剩余电量)值，调节氢能汽车的当前能量流向模式；

其中，氢能汽车的能量流向分为以下模式：

模式1：动力电池放电，氢燃料电池系统放电，高压附件子系统消耗能量，驱动电机消耗能量；

模式2：动力电池放电，氢燃料电池系统放电，高压附件子系统消耗能量，驱动电机回收能量；

模式3：动力电池充电，氢燃料电池系统放电，高压附件子系统消耗能量，驱动电机消耗能量；

模式4：动力电池充电，氢燃料电池系统放电，高压附件子系统消耗能量，驱动电机回收能量。

优选地，所述动力电池SOC的控制区间为35％75％，所述区间为电池标定后的值，VCU控制动力系统的能量传递，保证动力电池SOC长期处于所述控制区间。具体地，当SOC值处于55％75％之间，比如达到70％时，则调节当前的能量流向为模式1或模式2；当SOC值处于35％55％之间，比如达到40％，则调节当前的能量流向为模式3或模式4。需要说明的是，所述模式1和模式2的区别在于驱动电机的工作状态不同，而驱动电机当前的工作状态取决于驾驶员的操作，比如在车速较高的情况下，驾驶员未踩油门则驱动电机处于回收状态，踩油门后驱动电机处于消耗状态，模式3和模式4亦同。

S2、根据当前的能量流向模式，VCU控制驱动电机扭矩输出以及氢燃料电池系统的功率输出。

当步骤S1中确定的能量流向为模式1或模式2时，VCU限制驱动电机的回收功率，同时降低氢燃料电池系统的输出功率；当步骤S2中确定的能量流向为模式3或模式4时，VCU限制驱动电机的驱动功率，同时增大氢燃料电池系统的输出功率。

当驱动电机处于消耗状态时，请参考图2，令动力电池的可输出功率与氢燃料电池系统的实际输出功率之和为P11，驱动电机自身的最大输出功率限制为P12，整车功率限制需求为P13，取P11、P12、P13中的最小值为驱动电机最大驱动功率，VCU利用所述驱动电机最大驱动功率限制当前驱动电机的驱动功率；其中，所述动力电池的可输出功率指的是动力电池自身最大可放电的功率；所述氢燃料电池系统的实际输出功率指的是在氢燃料电池工作中响应VCU的功率请求之后实际输出的功率，是根据实际需求变化的量；所述驱动电机自身的最大输出功率限制P12指的是驱动电机自身根据实际情况可以驱动整车的最大功率；所述整车功率限制需求P13指的是整车因特定原因，比如整车严重故障或在特定工况下需限制车速时，对驱动电机的功率限制。

当驱动电机处于回收状态时，请参考图3，令动力电池的可充电功率与氢燃料电池系统的最低怠速输出功率之差为P21，驱动电机自身的最大回馈功率限制为P22，整车功率限制需求为P23，取P21、P22、P23中的最小值为驱动电机最大回收功率，VCU利用所述驱动电机最大回收功率限制当前驱动电机的驱动功率；其中，所述动力电池的可充电功率指的是在车辆实际运行中，动力电池根据自身状态对自身充电进行保护而造成的功率限制，即动力电池自身可运行外部进行充电的最大功率；所述氢燃料电池系统的最低怠速输出功率指的是目前由于氢燃料电池的电堆技术瓶颈造成的，在电堆工作时最低可以输出的功率；所述驱动电机自身的最大回馈功率限制P22指的是电机自身进行能量回收的最大发电功率；所述整车功率限制需求P23与P13相同。

请参阅图4，令氢燃料电池系统的最大可输出功率为P31，驱动电机实际功率为P32，高压附件子系统的消耗功率之和为P33，电池需求充电功率为P34，整车特殊工况(例如急加速、紧急制动等)的需求功率为P35，动力电池最大可回收功率为P36，令P32+P33+P34、P35中的较大值为P_max，取P_max、P31、P36+P32+P33中的最小值作为氢燃料电池系统的输出功率，VCU根据所述氢燃料电池系统的输出功率对当前氢燃料电池系统进行限制；其中，所述氢燃料电池系统的最大可输出功率P31指的是氢燃料电池自身根据当前电堆环境可以提供的最大功率；所述驱动电机实际功率P32指的是驱动电机当前实际运行的额定功率，当驱动电机处于消耗状态时，所述P32为正数，当驱动电机处于回收状态时，所述P32为负数；所述高压附件子系统的消耗功率之和P33指的是当前电压充电DC-DC、高压PTC加热器、高压空调压缩机等高压附件实际消耗的功率总和；所述电池需求充电功率P34指的是VCU根据当前动力电池SOC值认为动力电池自身的功率需求，SOC值较高则认为有放电需求，所述P34为负数，SOC值较低则认为有充电需求，所述P34为正数；所述整车特殊工况的需求功率P35指的是VCU根据特殊工况，比如驾驶员急加速而对氢燃料电池有快速增加功率的需求；所述动力电池最大可回收功率P36指的是动力电池自身可回收能量的最大功率限制。

S3、重新回到步骤S1，通过对动力电池SOC的循环控制实现能量管理。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。