燃料電池客車動力控制方法和燃料電池客車動力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及燃料電池客車動力控制方法和燃料電池客車動力系統(tǒng)，實時采集車輛的需求功率P，當車輛的需求功率P滿足：P＜Pfc時，燃料電池以Pfc運行，Pfc?P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足：Pfc≤P＜Pfce時，燃料電池以Pfce運行，Pfce?P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足：P≥Pfce時，燃料電池以Pfce運行，P?Pfce部分由動力電池提供；其中，Pfc和Pfce為設定值，為設定的燃料電池的某兩個輸出功率的閾值。這種控制方式不會使燃料電池的輸出功率頻繁波動和不斷地被加載卸載，能夠增加燃料電池的耐久性，節(jié)約了投入成本，保證了動力系統(tǒng)的可靠運行。
【專利說明】
燃料電池客車動力控制方法和燃料電池客車動力系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池客車動力控制方法和燃料電池客車動力系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，公知的燃料電池客車動力系統(tǒng)采用的燃料電池系統(tǒng)控制較為簡單粗放，其隨整車工況輸出的功率頻繁波動，燃料電池系統(tǒng)不斷的加載卸載，這大大降低了燃料電池系統(tǒng)的耐久性，不利于燃料電池系統(tǒng)的長時間使用。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池客車動力控制方法，用以解決傳統(tǒng)的動力方式能夠降低燃料電池系統(tǒng)的耐久性的問題。本發(fā)明同時提供一種燃料電池客車動力系統(tǒng)。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種燃料電池客車動力控制方法，包括以下步驟:
[0005](I)實時采集車輛的需求功率P;
[0006](2)當車輛的需求功率P滿足:P<Pf c時，燃料電池以所述Pf c運行，Pf c-P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足:PfC ^ P<Pfce時，燃料電池以所述Pfce運行，Pfce-P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足:P 2 Pfce時，燃料電池以所述Pfce運行，P-Pfce部分由動力電池提供；
[0007]其中，Pfc和Pfce為設定值，為設定的燃料電池的某兩個輸出功率的閾值。
[0008]所述Pfc為燃料電池的高效工作點，所述Pfce為燃料電池的額定功率點。
[0009]車輛在制動時制動回收能量存儲于動力電池中。
[0010]車輛在啟動狀態(tài)或者速度低于速度設定值時，車輛的需求功率由動力電池提供。
[0011]一種燃料電池客車動力系統(tǒng)，包括:
[0012]用于實時采集車輛的需求功率P的采集模塊；
[0013]用于進行以下判斷的判斷模塊:當車輛的需求功率P滿足:P<Pfc時，燃料電池以所述Pf C運行，Pf C-P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足:Pfc < P<Pfce時，燃料電池以所述Pfce運行，Pfce-P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足:P 2 Pfce時，燃料電池以所述Pfce運行，P-Pfce部分由動力電池提供；
[0014]其中，Pfc和Pfce為設定值，為設定的燃料電池的某兩個輸出功率的閾值。
[0015]所述Pfc為燃料電池的高效工作點，所述Pfce為燃料電池的額定功率點。
[0016]車輛在制動時制動回收能量存儲于動力電池中。
[0017]車輛在啟動狀態(tài)或者速度低于速度設定值時，車輛的需求功率由動力電池提供。
[0018]本發(fā)明提供的燃料電池客車動力控制方法中，設定燃料電池的兩個大小不等的輸出功率的閾值，根據(jù)車輛的需求功率與這兩個閾值之間的大小關系，來控制燃料電池的實際輸出功率，通過這種方式將控制細化，不同于傳統(tǒng)的簡單粗放的控制方式，根據(jù)需求功率滿足的條件來對應控制燃料電池的輸出功率，提高了車輛動力控制的有效性和可靠性，有利于車輛的精細化動力控制。而且，相對于傳統(tǒng)的燃料電池隨著整車工況而輸出的功率頻繁波動，并且不斷的加載卸載而言，這種方式沒有經常性地加載和卸載燃料電池，只是根據(jù)需求功率的滿足的條件使燃料電池工作在兩個功率點之中的其中一個功率點，車輛在整個動力控制過程中，不管需求功率的大小如何，燃料電池均工作在兩個功率點中的其中一個，所以，這種控制方式并沒有使燃料電池的輸出功率頻繁波動，更加沒有不斷地被加載卸載，所以，這種方式能夠增加燃料電池的耐久性，有利于燃料電池的長時間使用，節(jié)約了投入成本，保證了動力系統(tǒng)的可靠運行。
【附圖說明】
[0019]圖1是燃料電池客車動力系統(tǒng)的硬件結構示意圖；
[0020]圖2是燃料電池的兩個工作點的特性示意圖。
【具體實施方式】
[0021 ]方法實施例
[0022]本發(fā)明的重點在于一種燃料電池客車動力控制方法，為了便于說明該控制方法，以下先引入一個燃料電池客車動力系統(tǒng)，該動力系統(tǒng)使用該動力控制方法進行車輛的動力控制，當然，該動力控制方法并不局限于該動力系統(tǒng)，比如將該動力系統(tǒng)進行適當變形或者使用等同的設備替換對應的設備也在本發(fā)明的保護范圍內。
[0023]如圖1所示，該燃料電池客車動力系統(tǒng)包括以下幾個子系統(tǒng)，分別是燃料電池子系統(tǒng)、動力電池子系統(tǒng)和驅動電機子系統(tǒng)，其中，燃料電池子系統(tǒng)包括燃料電池和燃料電池控制器，動力電池子系統(tǒng)包括動力電池和動力電池控制器，驅動電機子系統(tǒng)包括驅動電機和雙電機控制器。另外，為了對燃料電池輸出的電壓進行調理以滿足驅動電機的要求，該動力系統(tǒng)中還包括DC/DC子系統(tǒng)，該DC/DC子系統(tǒng)包括DC/DC和DC/DC控制器。如圖1所示，燃料電池依次通過DC/DC和雙電機控制器將電能輸出給驅動電機，驅動電機驅動車輪轉動以實現(xiàn)車輛行駛，動力電池也通過雙電機控制器將電能輸出給驅動電機。燃料電池和動力電池相當于并聯(lián)設置，兩者中的其中一個或者同時兩個均能夠為驅動電機提供電能。
[0024]另外，車輛中往往涉及到其他的用電器件，比如:電動轉向和車載空調等等，所以該動力系統(tǒng)還包括電附件子系統(tǒng)，該電附件子系統(tǒng)包括電附件集成控制器，以及用電器件，比如:電動助力轉向裝置和電動空壓機等，動力電池通過電附件集成控制器為這些用電器件供電，并且，電附件集成控制器控制這些用電器件的運行。
[0025]為了對車輛在運行中進行有效控制，整車控制器通過通信線路分別與燃料電池控制器、動力電池控制器、雙電機控制器和電附件集成控制器連接，整車控制器中設置有相應的軟件程序，各子系統(tǒng)通過整車網(wǎng)絡總線與整車控制器進行信號通訊，整車控制器采集各子系統(tǒng)的信號對各子系統(tǒng)進行協(xié)調控制，通過燃料電池和動力電池能量分配，高效滿足整車功率需求。
[0026]另外，由于動力系統(tǒng)中的燃料電池通常為由許多個單體電池組成，所以，以下將動力系統(tǒng)中的燃料電池稱為燃料電池系統(tǒng)。
[0027]整車控制器中設置的軟件程序即為本發(fā)明提供的控制方法，具體如下:
[0028]燃料電池系統(tǒng)輸出功率根據(jù)整車需求進行動態(tài)協(xié)調控制，本發(fā)明提供的動力控制方法中涉及到燃料電池系統(tǒng)的兩個工作點，或者稱為功率點，這兩個工作點為比較用閾值，用于跟實際的車輛的需求功率進行比較。其中，一個工作點為燃料電池系統(tǒng)的高效工作點，另一個工作點為燃料電池系統(tǒng)的額定功率點。燃料電池系統(tǒng)的效率最高點對應的功率為燃料電池系統(tǒng)的高效工作點，燃料電池系統(tǒng)能夠穩(wěn)態(tài)對外輸出的功率為燃料電池系統(tǒng)的額定功率點，兩個工作點的特點如圖2所示。設定:車輛的需求功率為P，燃料電池系統(tǒng)的高效工作點為Pfc，燃料電池系統(tǒng)的額定功率點為Pfce。
[0029]整車控制器實時采集車輛的需求功率P，當需求功率小于燃料電池系統(tǒng)的高效工作點對應的功率Pfc時，SPP<Pfc時，燃料電池系統(tǒng)運行于高效工作點Pfc，剩余功率的輸出，S卩Pf c-P部分為動力電池充電；當需求功率P在燃料電池系統(tǒng)的高效工作點對應的功率Pfc和額定工作點對應的功率Pfce之間時，S卩Pfc < P<Pfce時，燃料電池系統(tǒng)運行于額定工作點Pfce，剩余功率輸出，S卩Pfce-P部分為動力電池充電；當需求功率P大于或者等于燃料電池系統(tǒng)的額定功率Pfce時，S卩P 2 Pfce，燃料電池系統(tǒng)運行于額定工作點Pfce，不夠的功率需求，即P-Pfce部分由動力電池提供。
[0030]也就是說，在需求功率小于燃料電池工作的功率時，供大于求，這時就需要將用不到的功率進行存儲;在需求功率大于燃料電池工作的功率時，供小于求，這時就需要將動力電池的部分功率也釋放出來，用于支持車輛的動力需求。
[0031]另外，車輛在啟動時或低速(即速度低于一個速度設定值)時，車輛的需求功率由動力電池提供。而且，在車輛制動時，驅動電機系統(tǒng)回收的制動能量存儲到動力電池中，為下次整車啟動做準備。
[0032]這種動力控制方法能夠使燃料電池系統(tǒng)在高效工作點或者額定工作點工作，避免了燃料電池系統(tǒng)的功率輸出出現(xiàn)波動，能夠保證燃料電池系統(tǒng)穩(wěn)定輸出，有效減少變載造成的燃料電池系統(tǒng)性能衰減，有效的保護了燃料電池系統(tǒng)，提高了燃料電池系統(tǒng)的耐久性，從而提高整車的燃料經濟性能。
[0033]上述實施例中，選取的燃料電池系統(tǒng)的兩個輸出功率的閾值為燃料電池系統(tǒng)的高效工作點和額定功率點，這兩個點具備代表意義，當然，該控制方法也并非只能選取這兩個點，作為其他的實施例，還可以在高效工作點和額定功率點之間選取兩個不同的功率點來進行控制，那么，在控制時，燃料電池系統(tǒng)穩(wěn)定輸出的功率就為這兩個選取的點。
[0034]系統(tǒng)實施例
[0035]本發(fā)明提供的燃料電池客車動力系統(tǒng)，包括:
[0036]用于實時采集車輛的需求功率P的采集模塊；
[0037]用于進行以下判斷的判斷模塊:當車輛的需求功率P滿足:P<Pfc時，燃料電池以所述Pf C運行，Pf C-P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足:Pfc < P<Pfce時，燃料電池以所述Pfce運行，Pfce-P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足:P 2 Pfce時，燃料電池以所述Pfce運行，P-Pfce部分由動力電池提供；
[0038]其中，Pfc和Pfce為設定值，為設定的燃料電池的某兩個輸出功率的閾值。
[0039]所以，該動力系統(tǒng)中判斷模塊為軟件模塊，該軟件模塊通過對應的方法步驟實現(xiàn)其功能，該軟件模塊可以設置在整車控制器中，以實現(xiàn)相應地控制功能，所以，該動力系統(tǒng)本質上還是本發(fā)明提供的控制方法，由于控制方法在上述方法實施例中已給出詳細的描述，這里不再具體說明。
[0040]以上給出了具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種燃料電池客車動力控制方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)實時采集車輛的需求功率P; (2)當車輛的需求功率P滿足:P<Pfc時，燃料電池以所述Pfc運行，Pfc-P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足:PfcS P<Pfce時，燃料電池以所述Pfce運行，Pfce-P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足:P 2 Pfce時，燃料電池以所述Pfce運行，P-Pfce部分由動力電池提供； 其中，Pfc和Pfce為設定值，為設定的燃料電池的某兩個輸出功率的閾值。2.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池客車動力控制方法，其特征在于，所述Pfc為燃料電池的高效工作點，所述Pfce為燃料電池的額定功率點。3.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池客車動力控制方法，其特征在于，車輛在制動時制動回收能量存儲于動力電池中。4.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池客車動力控制方法，其特征在于，車輛在啟動狀態(tài)或者速度低于速度設定值時，車輛的需求功率由動力電池提供。5.一種燃料電池客車動力系統(tǒng)，其特征在于，包括: 用于實時采集車輛的需求功率P的采集模塊； 用于進行以下判斷的判斷模塊:當車輛的需求功率P滿足:P<Pfc時，燃料電池以所述PfC運行，PfC-P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足:PfC < P<Pfce時，燃料電池以所述Pfce運行，Pfce-P部分為動力電池充電；當車輛的需求功率P滿足:P 2 Pfce時，燃料電池以所述Pf ce運行，P-Pf ce部分由動力電池提供； 其中，Pfc和Pfce為設定值，為設定的燃料電池的某兩個輸出功率的閾值。6.根據(jù)權利要求5所述的燃料電池客車動力系統(tǒng)，其特征在于，所述Pfc為燃料電池的高效工作點，所述Pfce為燃料電池的額定功率點。7.根據(jù)權利要求5所述的燃料電池客車動力系統(tǒng)，其特征在于，車輛在制動時制動回收能量存儲于動力電池中。8.根據(jù)權利要求5所述的燃料電池客車動力系統(tǒng)，其特征在于，車輛在啟動狀態(tài)或者速度低于速度設定值時，車輛的需求功率由動力電池提供。
【文檔編號】B60L11/18GK105835712SQ201610212534
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月7日
【發(fā)明人】王宗田, 李飛強, 柴結實, 李進, 李玉鵬, 孟德水, 李賀
【申請人】鄭州宇通客車股份有限公司