本發(fā)明涉及一種汽車混合動力系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于車載導(dǎo)航的混合動力系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

近年來電動汽車已取得重大進展，但是電動汽車?yán)m(xù)航里程短、充電時間長、充電困難等缺點使電動汽車無法成為交通領(lǐng)域的最終解決方案。燃料電池以氫氣和氧氣為反應(yīng)物，生成電與水。轉(zhuǎn)換效率高且完全無污染、零排放。然而，由于燃料電池的動態(tài)響應(yīng)速度較慢難以滿足車載工況的快速變化，在實際使用過程中，一般需要配合一定容量的鋰電池用于“削峰填谷”。現(xiàn)階段燃料電池-鋰電池混合動力汽車一般根據(jù)鋰電池soc(stateofcharge)來制定能量管理策略，目的是防止鋰電池過充和過放。由于汽車的運行工況復(fù)雜，若一味地根據(jù)鋰電池狀態(tài)進行能量控制，則會造成燃料電池頻繁啟停、燃料電池運行工況不穩(wěn)定等問題，最終影響燃料電池使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于車載導(dǎo)航的混合動力系統(tǒng)及方法，通過車載導(dǎo)航可提供的路況信息與行程信息來對燃料電池進行預(yù)測性控制，提高燃料電池工作效率與壽命以及乘坐舒適性。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于車載導(dǎo)航的混合動力系統(tǒng)，包括燃料電池子系統(tǒng)、動力電池子系統(tǒng)、整車控制器、能量管理控制器和車載導(dǎo)航，所述的燃料電池子系統(tǒng)和動力電池子系統(tǒng)分別連接整車負載，所述的能量管理控制器分別與燃料電池子系統(tǒng)、動力電池子系統(tǒng)、整車控制器和車載導(dǎo)航連接。

所述的燃料電池子系統(tǒng)包括燃料電池電堆、氫氣供給單元、空氣供給單元、冷卻單元和燃料電池控制單元，所述的燃料電池控制單元與能量管理控制器(4)通過通信線纜連接，燃料電池電堆與氫氣供給單元、空氣供給單元和冷卻單元分別通過管道連接。

所述的動力電池子系統(tǒng)包括動力電池和動力電池控制單元，所述的動力電池控制單元分別與動力電池和能量管理控制器通過通信線纜連接。

所述的能量管理控制器與整車控制器和車載導(dǎo)航通過can總線連接。

能量管理控制器接入a、b兩個網(wǎng)絡(luò)，其中a網(wǎng)絡(luò)與燃料電池子系統(tǒng)和動力電池子系統(tǒng)通訊；b網(wǎng)絡(luò)與整車控制器和車載導(dǎo)航通訊。

所述的能量管理控制器包括單片機、電源、can收發(fā)器、存儲器和i/o接口。

所述的能量管理控制器與車載導(dǎo)航通過通信線纜連接。

一種所述的基于車載導(dǎo)航的混合動力系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟：

s1，汽車開始行駛之前，車載導(dǎo)航向能量管理控制器發(fā)送行程路徑、參考行駛車速信息，能量管理控制器計算該行程所需的能量，并接收動力電池子系統(tǒng)發(fā)送的行駛前soc數(shù)據(jù)；

s2，能量管理控制器根據(jù)計算結(jié)果和行駛前soc數(shù)據(jù)，計算行駛后soc數(shù)據(jù)，判斷該行程所屬工況，根據(jù)工況決定燃料電池子系統(tǒng)是否啟動，并向燃料電池子系統(tǒng)發(fā)送含有該信息的控制信號；

s3，能量管理控制器向整車控制器發(fā)送啟動信號，開始行駛。

所述的工況包括工況1、工況2、工況3、工況5、工況6和工況9、各工況對應(yīng)的行駛前soc和行駛后soc如下表所示：

若為工況1或工況2，則燃料電池子系統(tǒng)不啟動，若為工況3、工況6或工況9，則燃料電池子系統(tǒng)啟動，若為工況5，則能量管理控制器計算該行程行駛時間，若行駛時間大于或等于預(yù)設(shè)值則燃料電池子系統(tǒng)啟動，若小于預(yù)設(shè)值，則燃料電池子系統(tǒng)不啟動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)燃料電池最佳效率點為實驗室測得，但是現(xiàn)有的車輛無法預(yù)知后續(xù)能量消耗，為了防止動力電池過充或過放，燃料電池經(jīng)常不得不工作在低效區(qū)。本發(fā)明可根據(jù)汽車導(dǎo)航發(fā)送的路徑及車速信息，估算后續(xù)能量消耗，對燃料電池混合動力汽車精確地進行能量管理，使燃料電池子系統(tǒng)工作在最佳效率點，便可調(diào)整燃料電池在合適的時機啟動來保證效率，同時減少燃料電池啟停次數(shù)，有效延長燃料電池壽命。

(2)燃料電池子系統(tǒng)和動力電池子系統(tǒng)通過通信線纜與能量管理控制器連接成一個網(wǎng)絡(luò)，能量管理控制器與整車控制器和車載導(dǎo)航通過can總線連接形成另一個網(wǎng)絡(luò)，進行分布式控制，保障了各個網(wǎng)絡(luò)下的總線負載率都在合理的范圍，通信質(zhì)量高。

(3)不同的工況對應(yīng)各自的啟動策略，在僅憑電池soc狀態(tài)不能對燃料電池是否啟動進行判斷時，根據(jù)行駛時間來決定，減少系統(tǒng)頻繁啟停。

(4)適用范圍廣，對原有整車結(jié)構(gòu)改變較小，增加的成本少。

附圖說明

圖1為本實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實施例系統(tǒng)使用方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

如圖1所示，一種基于車載導(dǎo)航的混合動力系統(tǒng)，包括燃料電池子系統(tǒng)1、動力電池子系統(tǒng)2、整車控制器3、能量管理控制器4和車載導(dǎo)航5，燃料電池子系統(tǒng)1和動力電池子系統(tǒng)2分別連接整車負載6，能量管理控制器4分別與燃料電池子系統(tǒng)1、動力電池子系統(tǒng)2、整車控制器3和車載導(dǎo)航5連接。

燃料電池子系統(tǒng)1包括燃料電池電堆、氫氣供給單元、空氣供給單元、冷卻系統(tǒng)、燃料電池控制單元和dc/dc變換器，所述的燃料電池控制單元與能量管理控制器4通過通信線纜(典型通信方式為can總線通信)連接，燃料電池電堆與氫氣供給單元、空氣供給系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)通過管道連接。

動力電池子系統(tǒng)2包括動力電池和動力電池控制單元，動力電池控制單元分別與動力電池和能量管理控制器4通過通信線纜(典型通信方式為can總線通信)連接。

能量管理控制器4與整車控制器3和車載導(dǎo)航5通過can總線連接。

能量管理控制器4包括單片機、電源、can收發(fā)器、存儲器和i/o接口。

能量管理控制器4與車載導(dǎo)航5通過通信線纜(典型通信方式為can總線通信)連接。

整車控制器3可向能量管理控制器4發(fā)送實時車速、油門踏板等。用于短時導(dǎo)航數(shù)據(jù)缺失的控制目的。

工作方式如下：

1.在汽車啟動之后，導(dǎo)航提示駕駛員輸入目的地信息，導(dǎo)航提供參考路徑供駕駛員選擇，駕駛員選擇完行駛路徑后跳往下一步。若駕駛員未輸入目的地信息，則根據(jù)鋰電池soc來進行能量管理。

2.能量管理控制器4接受車載導(dǎo)航5發(fā)送的總里程、行駛時間、各路段行駛車速等路況信息，并接受動力電池管理系統(tǒng)發(fā)送的soc數(shù)據(jù)。

3.能量管理控制器4根據(jù)行駛路程等路況信息預(yù)估所需消耗的電池能量，若此旅程完成soc仍處于合理狀態(tài)，則能量管理控制器4判定燃料電池系統(tǒng)不啟動。若此旅程結(jié)束soc處于低狀態(tài)，則能量管理控制器4判定燃料電池根據(jù)使鋰電池處于合理狀態(tài)的充電功率進行恒功率充電。若此旅程長時間處于高能量消耗，則能量管理控制器4判定燃料電池以保證之后能量儲備的最大充電功率進行充電。

如圖2所示，使用方法具體包括以下步驟：

s1，汽車開始行駛之前，車載導(dǎo)航5向能量管理控制器4發(fā)送行程路徑、參考行駛車速信息，能量管理控制器4計算該行程所需的能量，并接收動力電池子系統(tǒng)2發(fā)送的行駛前soc數(shù)據(jù)；

s2，能量管理控制器4根據(jù)計算結(jié)果和行駛前soc數(shù)據(jù)，計算行駛后soc數(shù)據(jù)，判斷該行程所屬工況，根據(jù)工況決定燃料電池子系統(tǒng)1是否啟動，并向燃料電池子系統(tǒng)1發(fā)送含有該信息的控制信號；

s3，能量管理控制器4向整車控制器3發(fā)送啟動信號。

工況包括工況1、工況2、工況3、工況5、工況6和工況9、各工況對應(yīng)的行駛前soc和行駛后soc如表1所示：

表1不同soc對應(yīng)工況表

若為工況1或工況2，則燃料電池子系統(tǒng)1不啟動，若為工況3、工況6或工況9，則燃料電池子系統(tǒng)1啟動，若為工況5，則能量管理控制器4計算該行程行駛時間，若行駛時間大于或等于預(yù)設(shè)值則燃料電池子系統(tǒng)1啟動，若小于預(yù)設(shè)值，則說明行駛時間太短，不足以使燃料電池子系統(tǒng)1達到高效工作區(qū)，且頻繁啟停對燃料電池電堆壽命影響較大，故燃料電池子系統(tǒng)1不啟動，作此設(shè)定可以延長電池電堆壽命。