專利名稱：燃料電池混合動力能量管理控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于能量管理控制系統(tǒng)，具體是燃料電池混合動力能量管理控制系統(tǒng)。
背景技術：
燃料電池汽車的混合動力系統(tǒng)能量管理策略是燃料電池動力系統(tǒng)研究的關鍵技術之一，其核心在于通過實時分配燃料電池和輔助能源的能量輸出，減少燃料電池發(fā)動機的動態(tài)負荷，優(yōu)化燃料電池發(fā)動機工作區(qū)域并最大程度回收制動能量，使動力系統(tǒng)效率最優(yōu)。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種燃料電池混合動力能量管理控制系統(tǒng)，使整車效率可達50 %以上，提高整車的燃料經(jīng)濟性的同時使燃料電池、鋰電池工作在最佳狀態(tài)。為達到上述目的，本實用新型的燃料電池混合動力能量管理控制系統(tǒng)包括燃料電池、燃料電池控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、鋰電池、整車控制器、電機控制器、電機，其特征是所述的燃料電池、鋰電池經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器與動力系統(tǒng)母線連接并由電機控制器控制為電機輸出功率，所述的燃料電池受控于所述的燃料電池控制器，所述的燃料電池控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、鋰電池、電機控制器受控于整車控制器。具體的所述整車控制器包括能量控制器和模糊控制器，所述的能量控制器受控于模糊控制器，所述的燃料電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器、鋰電池受控于能量控制器，所述的鋰電池經(jīng)模糊控制器、能量控制器、電機控制器為電機輸出功率，所述電機的實際功率反饋給所述的能量控制器。所述的燃料電池、鋰電池經(jīng)能量切換模塊、驅(qū)動接口為電機輸入功率，所述的量切換模塊、驅(qū)動接口受控于所述的電機控制器。本實用新型的有益效果是該管理控制系統(tǒng)可針對燃料電池混合動力系統(tǒng)的特點對整車能量管理策略進行優(yōu)化，將鋰電池的荷電狀態(tài)S0C、整車需求功率P為輸入變量，燃料電池提供功率、鋰電池提供功率、制動能量回收為輸出變量，提出基于模糊控制混合動力系統(tǒng)能量實時控制算法，進行仿真并將算法在硬件平臺進行實現(xiàn)，算法仿真及裝載該控制器的樣車道路行駛試驗結果表明該控制系統(tǒng)使整車效率在50%以上，提高整車的燃料經(jīng)濟性的同時使燃料電池、鋰電池工作在最佳狀態(tài)。

圖I是本實用新型的燃料電池混合動力系統(tǒng)框圖，圖中實線代表控制流、虛線代
表能量流；圖2是實測燃料電池效率曲線；圖3是燃料電池混合動力能量管理控制框圖，圖中實線代表控制流、虛線代表能
量流；[0010]圖4是功率誤差信號Pg的隸屬度函數(shù)曲線圖；圖5是鋰電池荷電狀態(tài)SOC的隸屬度函數(shù)曲線圖；圖6是鋰電池提供功率Pb的隸屬度函數(shù)曲線圖；圖7是燃料電池輸出功率Pfc的隸屬度函數(shù)曲線圖；圖8是模糊控制器輸入輸出波形圖；圖9是電機控制系統(tǒng)電路實現(xiàn)框圖，圖中實線代表控制流、虛線代表能量流。
具體實施方式
以下結合說明書附圖對本實用新型做進一步說明。本實用新型的燃料電池混合動力能量管理控制系統(tǒng)，如圖1、3、9所示，其包括燃料電池、燃料電池控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、鋰電池、整車控制器、電機控制器、電機，燃料電池、鋰電池經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器與動力系統(tǒng)母線連接并由電機控制器控制為電機輸出功率，燃料電池受控于燃料電池控制器，燃料電池控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、鋰電池、電機控制器受控于整車控制器。具體的，整車控制器包括能量控制器和模糊控制器(參見圖3)，能量控制器受控于模糊控制器，燃料電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器、鋰電池受控于能量控制器，鋰電池經(jīng)模糊控制器、能量控制器、電機控制器為電機輸出功率，電機的實際功率反饋給能量控制器。燃料電池、鋰電池經(jīng)能量切換模塊、驅(qū)動接口為電機輸入功率(參見圖9)，量切換模塊、驅(qū)動接口受控于電機控制器。燃料電池混合動力汽車的動力系統(tǒng)是一個多能源動力總成系統(tǒng)，其結構如圖I所示，采用由燃料電池、輔助蓄電池(鋰電池)和制動能量回收3種能量源混合配置的結構形式。在行駛過程中，燃料電池作為主能量源提供驅(qū)動電動車車所需的功率，由于燃料電池動態(tài)特性比較軟，不能提供瞬間啟動、加速、爬坡時大功率，需要配置輔助蓄電池，輔助蓄電池同時也吸收燃料電池多余功率以及回收制動能量等。按照一定的控制策略，由整車控制系統(tǒng)對三者輸出或輸入的功率進行合理的優(yōu)化分配，以滿足整車動力性能的基礎上獲得較高的燃料經(jīng)濟性。圖I所示，各部件通過CAN總線組成一個分布式控制系統(tǒng)。5KW燃料電池發(fā)出的電功率通過主DC/DC轉(zhuǎn)換器變換成穩(wěn)定的60V直流電壓，傳輸至動力系統(tǒng)母線。60HA鋰電池通過DC/DC與母線直接連接，將功率直接傳輸至母線。交流電機及其控制器的電力由動力系統(tǒng)母線提供。母線功率Pbus如下
_] Pbus= (Pfc+Pd) nd
PgPbus =——
Vm/.Pg= (Pfc+Pf) ndnffl式中Pb為蓄電池功率；pf。燃料電池輸出功率；pbus為主DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出到母線的功率；Pg為駕駛員需求功率(在車輪上的驅(qū)動功率)；nf。、nd、1^燃料電池效率、dc/dc轉(zhuǎn)換器效率和電機與傳動效率。啟動\加速\爬坡模式鋰電池為主能量流，燃料電池工作在恒功率狀態(tài)；巡航模式燃料電池發(fā)動機為主能量流，鋰電池為輔助能量流；[0027]在輕載運行模式燃料電池發(fā)動機在向電機提供所需的能量的同時向鋰電池充電；減速/制動模式，鋰電池回收再生制動能量。按其工作模式的不同，兩電源對負載承擔的具體份額不同，其配比總原則是讓燃料電池處于最佳狀態(tài)，同時讓鋰電池荷電狀態(tài)在SOCmin以上。以分配給燃料電池的功率份額為約束條件，調(diào)節(jié)鋰電池的輸出功率。對蓄電池而言，當蓄電池SOC最小極限值(SOCmin)小于或等于30%，蓄電池必須充電；S0C在50% 70%時，視車輛總的需求功率情況，可以充電也可以放電；當SOC大于90%時不充電。本文使用燃料電池效率圖(參見圖2)作為燃料電池工作模型。燃料電池功率范·圍從0-0. 5kff時是低功率區(qū)，在時燃料電池的效率最高。當燃料電池運行在中等需求功率時(l_3kW)，超出多余功率的都能用來給蓄電池充電。在需求功率較高時(3-5kW)，不使用燃料電池充電給蓄電池。在真實的道路行駛過程中，駕駛員根據(jù)道路交通狀況、車輛動力性能以及自身的駕駛習慣來控制油門踏板和制動踏板?；旌蟿恿ζ嚨哪芰抗芾砜刂葡到y(tǒng)首先需要把當前車速下油門踏板或者制動踏板的位置解釋成駕駛員期望的功率(即駕駛員需求功率)，隨后通過能量管理策略把這個駕駛員需求功率分配給燃料電池系統(tǒng)和蓄電池兩個能量源，從而實現(xiàn)能量效率最佳，在制動或滑行時期望功率為負值進行制動能量回收。如圖3所示。模糊控制器以目標功率Pg和鋰電池的荷電狀態(tài)SOC為模糊控制的輸入變量，以燃料電池分配輸出功率Pf。、鋰電池輸出功率Pb和制動能量回收功率Pr為為模糊控制器的輸出變量。模糊輸入變量Pg和SOC基本論域為[-9，9] KW和[30，90] %，將輸入變量模糊化，模糊子集為{NB(負大)，NM(負中)，NS(負小)，ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)};模糊輸出變量Pb的論域為[_3，6]KW，模糊子集也為{NB (負大)，匪(負中)，NS (負小)，ZO (零)，PS (正小)，PM(正中)，PB (正大)}，模糊輸出變量Pfc的論域為[0，3]Kff,模糊子集也為{Z0 (零)，PS (正小)，PM(正中)，PB (正大)}，模糊輸出變量已的論域為[0，3]KW，模糊子集也為{Z0(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}。選擇輸入、輸出模糊變量的隸屬度函數(shù)為三角形如圖4-7所示。模糊控制規(guī)則由一系列關系詞連接而成,最常用的關系詞有if-then, also, or和and，確定各輸出量與輸入量的模糊控制規(guī)則分別如表I所示。模糊控制算法給出的控制量，還不能直接控制對象，實際輸出需進行去模糊化處理，將其轉(zhuǎn)換到控制對象所能接受的基本論域中去去模糊化處理算法采用質(zhì)心法。表I模糊控制規(guī)則表
權利要求1.燃料電池混合動力能量管理控制系統(tǒng)，其包括燃料電池、燃料電池控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、鋰電池、整車控制器、電機控制器、電機，其特征是所述的燃料電池、鋰電池經(jīng)DC /DC轉(zhuǎn)換器與動力系統(tǒng)母線連接并由電機控制器控制為電機輸出功率，所述的燃料電池受控于所述的燃料電池控制器，所述的燃料電池控制器、DC /DC轉(zhuǎn)換器、鋰電池、電機控制器受控于整車控制器。
2.根據(jù)權利要求I所述的燃料電池混合動力能量管理控制系統(tǒng)，其特征是所述整車控制器包括能量控制器和模糊控制器，所述的能量控制器受控于模糊控制器，所述的燃料電池、DC /DC轉(zhuǎn)換器、鋰電池受控于能量控制器，所述的鋰電池經(jīng)模糊控制器、能量控制器、電機控制器為電機輸出功率，所述電機的實際功率反饋給所述的能量控制器。
3.根據(jù)權利要求I所述的燃料電池混合動力能量管理控制系統(tǒng)，其特征是所述的燃料電池、鋰電池經(jīng)能量切換模塊、驅(qū)動接口為電機輸入功率，所述的量切換模塊、驅(qū)動接口受控于所述的電機控制器。
專利摘要本實用新型公開了一種燃料電池混合動力能量管理控制系統(tǒng)，其包括燃料電池、燃料電池控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、鋰電池、整車控制器、電機控制器、電機，其特征是所述的燃料電池、鋰電池經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器與動力系統(tǒng)母線連接并由電機控制器控制為電機輸出功率，所述的燃料電池受控于所述的燃料電池控制器，所述的燃料電池控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、鋰電池、電機控制器受控于整車控制器。該控制器使整車效率在50%以上，提高整車的燃料經(jīng)濟性的同時使燃料電池、鋰電池工作在最佳狀態(tài)。
文檔編號B60K6/32GK202498998SQ20122007915
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權日2012年3月5日
發(fā)明者肖鐸 申請人:永康市奕寶科技有限公司, 浙江大學城市學院, 浙江飛神車業(yè)有限公司