专利名称：燃料电池混合动力能量管理控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于能量管理控制系统，具体是燃料电池混合动力能量管理控制系统。
背景技术：
燃料电池汽车的混合动力系统能量管理策略是燃料电池动力系统研究的关键技术之一，其核心在于通过实时分配燃料电池和辅助能源的能量输出，减少燃料电池发动机的动态负荷，优化燃料电池发动机工作区域并最大程度回收制动能量，使动力系统效率最优。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，使整车效率可达50 %以上，提高整车的燃料经济性的同时使燃料电池、锂电池工作在最佳状态。为达到上述目的，本实用新型的燃料电池混合动力能量管理控制系统包括燃料电池、燃料电池控制器、DC/DC转换器、锂电池、整车控制器、电机控制器、电机，其特征是所述的燃料电池、锂电池经DC/DC转换器与动力系统母线连接并由电机控制器控制为电机输出功率，所述的燃料电池受控于所述的燃料电池控制器，所述的燃料电池控制器、DC/DC转换器、锂电池、电机控制器受控于整车控制器。具体的所述整车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，所述的燃料电池、DC/DC转换器、锂电池受控于能量控制器，所述的锂电池经模糊控制器、能量控制器、电机控制器为电机输出功率，所述电机的实际功率反馈给所述的能量控制器。所述的燃料电池、锂电池经能量切换模块、驱动接口为电机输入功率，所述的量切换模块、驱动接口受控于所述的电机控制器。本实用新型的有益效果是该管理控制系统可针对燃料电池混合动力系统的特点对整车能量管理策略进行优化，将锂电池的荷电状态S0C、整车需求功率P为输入变量，燃料电池提供功率、锂电池提供功率、制动能量回收为输出变量，提出基于模糊控制混合动力系统能量实时控制算法，进行仿真并将算法在硬件平台进行实现，算法仿真及装载该控制器的样车道路行驶试验结果表明该控制系统使整车效率在50%以上，提高整车的燃料经济性的同时使燃料电池、锂电池工作在最佳状态。
图I是本实用新型的燃料电池混合动力系统框图，图中实线代表控制流、虚线代
表能量流；图2是实测燃料电池效率曲线；图3是燃料电池混合动力能量管理控制框图，图中实线代表控制流、虚线代表能
量流；[0010]图4是功率误差信号Pg的隶属度函数曲线图；图5是锂电池荷电状态SOC的隶属度函数曲线图；图6是锂电池提供功率Pb的隶属度函数曲线图；图7是燃料电池输出功率Pfc的隶属度函数曲线图；图8是模糊控制器输入输出波形图；图9是电机控制系统电路实现框图，图中实线代表控制流、虚线代表能量流。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本实用新型做进一步说明。本实用新型的燃料电池混合动力能量管理控制系统，如图1、3、9所示，其包括燃料电池、燃料电池控制器、DC/DC转换器、锂电池、整车控制器、电机控制器、电机，燃料电池、锂电池经DC/DC转换器与动力系统母线连接并由电机控制器控制为电机输出功率，燃料电池受控于燃料电池控制器，燃料电池控制器、DC/DC转换器、锂电池、电机控制器受控于整车控制器。具体的，整车控制器包括能量控制器和模糊控制器(参见图3)，能量控制器受控于模糊控制器，燃料电池、DC/DC转换器、锂电池受控于能量控制器，锂电池经模糊控制器、能量控制器、电机控制器为电机输出功率，电机的实际功率反馈给能量控制器。燃料电池、锂电池经能量切换模块、驱动接口为电机输入功率(参见图9)，量切换模块、驱动接口受控于电机控制器。燃料电池混合动力汽车的动力系统是一个多能源动力总成系统，其结构如图I所示，采用由燃料电池、辅助蓄电池(锂电池)和制动能量回收3种能量源混合配置的结构形式。在行驶过程中，燃料电池作为主能量源提供驱动电动车车所需的功率，由于燃料电池动态特性比较软，不能提供瞬间启动、加速、爬坡时大功率，需要配置辅助蓄电池，辅助蓄电池同时也吸收燃料电池多余功率以及回收制动能量等。按照一定的控制策略，由整车控制系统对三者输出或输入的功率进行合理的优化分配，以满足整车动力性能的基础上获得较高的燃料经济性。图I所示，各部件通过CAN总线组成一个分布式控制系统。5KW燃料电池发出的电功率通过主DC/DC转换器变换成稳定的60V直流电压，传输至动力系统母线。60HA锂电池通过DC/DC与母线直接连接，将功率直接传输至母线。交流电机及其控制器的电力由动力系统母线提供。母线功率Pbus如下
_] Pbus= (Pfc+Pd) nd
PgPbus =——
Vm/.Pg= (Pfc+Pf) ndnffl式中Pb为蓄电池功率；pf。燃料电池输出功率；pbus为主DC/DC转换器输出到母线的功率；Pg为驾驶员需求功率(在车轮上的驱动功率)；nf。、nd、1^燃料电池效率、dc/dc转换器效率和电机与传动效率。启动\加速\爬坡模式锂电池为主能量流，燃料电池工作在恒功率状态；巡航模式燃料电池发动机为主能量流，锂电池为辅助能量流；[0027]在轻载运行模式燃料电池发动机在向电机提供所需的能量的同时向锂电池充电；减速/制动模式，锂电池回收再生制动能量。按其工作模式的不同，两电源对负载承担的具体份额不同，其配比总原则是让燃料电池处于最佳状态，同时让锂电池荷电状态在SOCmin以上。以分配给燃料电池的功率份额为约束条件，调节锂电池的输出功率。对蓄电池而言，当蓄电池SOC最小极限值(SOCmin)小于或等于30%，蓄电池必须充电；S0C在50% 70%时，视车辆总的需求功率情况，可以充电也可以放电；当SOC大于90%时不充电。本文使用燃料电池效率图(参见图2)作为燃料电池工作模型。燃料电池功率范·围从0-0. 5kff时是低功率区，在时燃料电池的效率最高。当燃料电池运行在中等需求功率时(l_3kW)，超出多余功率的都能用来给蓄电池充电。在需求功率较高时(3-5kW)，不使用燃料电池充电给蓄电池。在真实的道路行驶过程中，驾驶员根据道路交通状况、车辆动力性能以及自身的驾驶习惯来控制油门踏板和制动踏板。混合动力汽车的能量管理控制系统首先需要把当前车速下油门踏板或者制动踏板的位置解释成驾驶员期望的功率(即驾驶员需求功率)，随后通过能量管理策略把这个驾驶员需求功率分配给燃料电池系统和蓄电池两个能量源，从而实现能量效率最佳，在制动或滑行时期望功率为负值进行制动能量回收。如图3所示。模糊控制器以目标功率Pg和锂电池的荷电状态SOC为模糊控制的输入变量，以燃料电池分配输出功率Pf。、锂电池输出功率Pb和制动能量回收功率Pr为为模糊控制器的输出变量。模糊输入变量Pg和SOC基本论域为[-9，9] KW和[30，90] %，将输入变量模糊化，模糊子集为{NB(负大)，NM(负中)，NS(负小)，ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)};模糊输出变量Pb的论域为[_3，6]KW，模糊子集也为{NB (负大)，匪(负中)，NS (负小)，ZO (零)，PS (正小)，PM(正中)，PB (正大)}，模糊输出变量Pfc的论域为[0，3]Kff,模糊子集也为{Z0 (零)，PS (正小)，PM(正中)，PB (正大)}，模糊输出变量已的论域为[0，3]KW，模糊子集也为{Z0(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}。选择输入、输出模糊变量的隶属度函数为三角形如图4-7所示。模糊控制规则由一系列关系词连接而成,最常用的关系词有if-then, also, or和and，确定各输出量与输入量的模糊控制规则分别如表I所示。模糊控制算法给出的控制量，还不能直接控制对象，实际输出需进行去模糊化处理，将其转换到控制对象所能接受的基本论域中去去模糊化处理算法采用质心法。表I模糊控制规则表
权利要求1.燃料电池混合动力能量管理控制系统，其包括燃料电池、燃料电池控制器、DC/DC转换器、锂电池、整车控制器、电机控制器、电机，其特征是所述的燃料电池、锂电池经DC /DC转换器与动力系统母线连接并由电机控制器控制为电机输出功率，所述的燃料电池受控于所述的燃料电池控制器，所述的燃料电池控制器、DC /DC转换器、锂电池、电机控制器受控于整车控制器。
2.根据权利要求I所述的燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征是所述整车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，所述的燃料电池、DC /DC转换器、锂电池受控于能量控制器，所述的锂电池经模糊控制器、能量控制器、电机控制器为电机输出功率，所述电机的实际功率反馈给所述的能量控制器。
3.根据权利要求I所述的燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征是所述的燃料电池、锂电池经能量切换模块、驱动接口为电机输入功率，所述的量切换模块、驱动接口受控于所述的电机控制器。
专利摘要本实用新型公开了一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其包括燃料电池、燃料电池控制器、DC/DC转换器、锂电池、整车控制器、电机控制器、电机，其特征是所述的燃料电池、锂电池经DC/DC转换器与动力系统母线连接并由电机控制器控制为电机输出功率，所述的燃料电池受控于所述的燃料电池控制器，所述的燃料电池控制器、DC/DC转换器、锂电池、电机控制器受控于整车控制器。该控制器使整车效率在50%以上，提高整车的燃料经济性的同时使燃料电池、锂电池工作在最佳状态。
文档编号B60K6/32GK202498998SQ20122007915
公开日2012年10月24日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者肖铎 申请人:永康市奕宝科技有限公司, 浙江大学城市学院, 浙江飞神车业有限公司