一种燃料电池车辆坡道起步控制系统、方法及车辆与流程

本发明涉及新能源燃料电池汽车整车控制技术领域，特别涉及一种燃料电池车辆坡道起步控制系统、方法及车辆。

背景技术

燃料电池车辆作为新生产物，在国际上正在进入商业化应用阶段，在我国还处于模拟测试和示范验证阶段。由于燃料电池车辆才刚刚兴起，目前还没有解决此类车辆坡道起步的方法。燃料电池增程车辆技术路线如图1所示，整车控制器103对驱动电机104进行驱动爬坡时，当动力电池102的soc(stateofcharge，荷电状态，也叫剩余电量)较高时(如＞85％)，闭合继电器s1，断开继电器s2，纯电动驱动车辆；当动力电池102的soc不高时(如＜85％)，闭合继电器s1、s2，此时由燃料电池101和动力电池102同时提供能量，回收的能量给动力电池102充电；当动力电池102的soc较低时(如＜10％)，动力电池102无法提供足够的能量供车辆爬坡，同时闭合继电器s1、s2，可以接入燃料电池101，依靠燃料电池发电为车辆爬坡提供能量，但由于燃料电池响应负载需求能力较慢，影响燃料电池车辆爬坡的性能。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便克服上述问题的燃料电池车辆坡道起步控制系统、方法及车辆，以保证燃料电池汽车在坡道起步时可以正常爬坡，提高燃料电池车辆爬坡的性能。

为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种燃料电池车辆坡道起步控制系统，应用于燃料电池增程式车辆，该系统包括：燃料电池、动力电池、第一继电器、第二继电器，所述动力电池通过所述第一继电器与整车控制器相连，所述燃料电池通过所述第二继电器与所述整车控制器相连，该系统还包括：储能装置和第三继电器，所述储能装置通过所述第三继电器与所述整车控制器相连；

所述整车控制器根据所述动力电池的荷电状态soc控制所述第三继电器的断开和闭合，控制所述储能装置为燃料电池车辆提供能量对驱动电机进行驱动，以供所述燃料电池车辆进行爬坡。

进一步地，所述整车控制器根据所述动力电池的荷电状态soc控制所述第三继电器的断开和闭合，控制所述储能装置为燃料电池车辆提供能量对驱动电机进行驱动，以供所述燃料电池车辆进行爬坡，包括：

当所述动力电池的soc大于第一预设值时，控制所述第三继电器闭合，将回收得到的能量储存在所述储能装置；

当所述动力电池的soc小于所述第一预设值时，控制所述第三继电器断开，将所述回收得到的能量为所述动力电池进行充电，由所述动力电池和所述燃料电池共同提供能量以供所述燃料电池车辆进行爬坡；

当所述动力电池的soc小于第二预设值时，控制所述第三继电器闭合，由所述动力电池、所述燃料电池和所述储能装置共同提供能量以供所述燃料电池车辆进行爬坡。

进一步地，所述储能装置为超级电容、铅酸蓄电池、镍-镉蓄电池、镍-氢蓄电池或锂离子蓄电池。

本发明还公开了一种燃料电池车辆坡道起步时控制方法，应用于所述的燃料电池车辆坡道起步控制系统，该方法包括：

获取燃料电池车辆的当前车速、当前电机转速、坡度传感器的坡度值以及当前动力电池的soc；

监测当前油门状态；

根据所述当前车速、所述当前电机转速、所述坡度传感器的坡度值、所述当前动力电池的soc以及当前油门撞他控制所述第三继电器的断开和闭合，控制储能装置为所述燃料电池车辆提供能量对驱动电机进行驱动，以供所述燃料电池车辆进行爬坡。

进一步地，所述根据所述当前车速、所述当前电机转速、所述坡度传感器的坡度值、所述当前动力电池的soc以及当前油门撞他控制所述第三继电器的断开和闭合，控制储能装置为所述燃料电池车辆提供能量对驱动电机进行驱动，以供所述燃料电池车辆进行爬坡，包括：

判断所述当前动力电池的soc与预设值的关系；

当所述当前动力电池的soc大于所述预设值时，控制所述第三继电器断开；

当所述当前动力电池的soc小于所述预设值时，判断所述当前油门状态是否大于油门设定值；

若所述当前油门状态大于所述油门设定值，判断所述当前电机转速是否小于电机转速设定值；

若当前电机转速小于所述电机转速设定值，控制所述第三继电器闭合；

若当前电机转速大于所述电机转速设定值，控制所述第三继电器断开；

若所述当前油门状态小于所述油门设定值，判断所述燃料电池车辆是否处于坡道上或坡道驻车；

若所述燃料电池车辆处于坡道上或坡道驻车，控制所述第三继电器断开；

若所述燃料电池车辆未处于坡道上或坡道驻车，控制所述第三继电器闭合。

进一步地，在控制所述第三继电器断开时，控制所述动力电池和所述燃料电池共同提供能量以供所述燃料电池车辆进行爬坡，将所述回收得到的能量为所述动力电池进行充电。

进一步地，在控制所述第三继电器闭合时，判断所述燃料电池车辆是否处于能量回收模式，当燃料电池车辆车辆处于能量回收模式时，将回收得到的能量储存在所述储能装置。

进一步地，所述判断所述燃料电池车辆是否处于能量回收模式，包括：

判断所述当前动力电池的soc与第一预设值的关系；

若所述当前动力电池的soc大于所述第一预设值，确定所述燃料电池车辆处于能量回收模式。

本发明还公开了一种车辆，包括：上述所述的燃料电池车辆坡道起步控制系统。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种燃料电池车辆坡道起步控制系统、方法及车辆，其应用于燃料电池增程式车辆，该系统包括：燃料电池、动力电池、第一继电器、第二继电器，动力电池通过第一继电器与整车控制器相连，燃料电池通过第二继电器与整车控制器相连，该系统还包括：储能装置和第三继电器，储能装置通过第三继电器与整车控制器相连；整车控制器根据动力电池的荷电状态soc控制第三继电器的断开和闭合，控制储能装置为燃料电池车辆提供能量对驱动电机进行驱动，以供燃料电池车辆进行爬坡。本发明在现有技术的燃料电池车辆坡道起步控制系统上增加了储能装置，并提供了第三继电器控制储能装置是否为燃料电池车辆提供能量，储能装置可以将部分能量回收得来的能量储存起来，当动力电池soc较高时，断开第三继电器，由动力电池和燃料电池为燃料电池车辆爬坡提供能量；当动力电池soc较低时，闭合储能装置第三继电器，由动力电池、燃料电池及储能装置共同提供能量以供燃料电池车辆进行爬坡。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中提供的燃料电池车辆坡道起步控制系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种燃料电池车辆坡道起步控制系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种燃料电池车辆坡道起步控制方法流程示意图；

图4为本发明实施例提供的步骤303的一种实施方式的具体流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明实施例提供了一种燃料电池车辆坡道起步控制系统，应用于燃料电池增程式车辆，该系统包括：燃料电池201、动力电池202、第一继电器s1、第二继电器s3，动力电池202通过第一继电器s1与整车控制器203相连，燃料电池201通过第二继电器s2与整车控制器203相连，在原有基础上，该系统还包括：储能装置204和第三继电器s3，储能装置204通过第三继电器s3与整车控制器203相连；整车控制器203根据动力电池202的荷电状态soc控制第三继电器s3的断开和闭合，由储能装置204为燃料电池车辆提供能量对驱动电机205进行驱动，以供燃料电池车辆进行爬坡。

进一步地，整车控制器203根据动力电池202的荷电状态soc控制第三继电器s3的断开和闭合，由储能装置204为燃料电池车辆提供能量对驱动电机205进行驱动，以供燃料电池车辆进行爬坡，具体为：

当动力电池的soc大于第一预设值时，控制第三继电器闭合，将回收得到的能量储存在储能装置；当动力电池的soc小于第一预设值时，控制第三继电器断开，将回收得到的能量为动力电池进行充电，由动力电池和燃料电池共同提供能量以供燃料电池车辆进行爬坡；当动力电池的soc小于第二预设值时，控制第三继电器闭合，由动力电池、燃料电池和储能装置共同提供能量以供燃料电池车辆进行爬坡。

进一步地，储能装置为超级电容、铅酸蓄电池、镍-镉蓄电池、镍-氢蓄电池或锂离子蓄电池。

需要说明的是，上述提及的第一预设值为动力电池的soc较高时，一般可标定为85％，具体的，当动力电池soc不在特别高的范围内(如＜85％，可标定)，储能装置继电器s3断开，此时能量回收的能量给动力电池充电；当soc较高时(如＞85％，可标定)，车辆同时处于能量回收模式，此时能量回收的大部分能量给储能装置充电，储能装置将能量储存起来供车辆soc较低且爬坡时使用。

当燃料电池车辆在坡上长时间驻车导致动力电池soc低于设定值时(如＜10％，可标定)，或者恰巧在爬坡时动力电池soc不足以为整车爬坡提供足够的能量时，整车控制器通过坡道传感器检测到车辆在坡上，并且识别油门、电机转速及车速等信号，通过解析确定驾驶员意图要进行爬坡，此时整车控制器控制第三继电器s3闭合，让储能装置、燃料电池和动力电池共同为车辆提供能量，使燃料电池车辆顺利爬坡；当动力电池soc不低于设定值(10％)，此时动力电池有足够的放电能力，由动力电池和燃料电池共同为车辆提供能力，无需储能装置提供能量，整车控制器控制第三继电器s3断开；当燃料电池车辆顺利爬坡后或车辆在坡道驻车时，断开第三继电器s3；当遇到坡度较小时，通过监测电机转速等信号来判断车辆是否能顺利通过，是否需要闭合第三继电器s3，由储能装置提供能量。

本发明实施例提供的燃料电池车辆坡道起步控制系统，在现有技术的燃料电池车辆坡道起步控制系统上增加了储能装置，并提供了第三继电器控制储能装置是否为燃料电池车辆提供能量，储能装置可以将部分能量回收得来的能量储存起来，当动力电池soc较高时，断开第三继电器，由动力电池和燃料电池为燃料电池车辆爬坡提供能量；当动力电池soc较低时，闭合储能装置第三继电器，由动力电池、燃料电池及储能装置共同提供能量以供燃料电池车辆进行爬坡。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种燃料电池车辆坡道起步控制方法及车辆，如下面的实施例。由于该燃料电池车辆坡道起步控制方法及车辆解决问题的原理与燃料电池车辆坡道起步控制系统相似，因此该燃料电池车辆坡道起步控制方法及车辆的实施可以参见燃料电池车辆坡道起步控制系统的实施，重复之处不再赘述。

如图3所示，本发明实施例提供一种燃料电池车辆坡道起步时控制方法，其应用于上述燃料电池车辆坡道起步控制系统，该方法具体包括如下步骤：

s301、获取燃料电池车辆的当前车速、当前电机转速、坡度传感器的坡度值以及当前动力电池的soc；

s302、监测当前油门状态；

s303、根据当前车速、当前电机转速、坡度传感器的坡度值、当前动力电池的soc以及当前油门撞他控制第三继电器的断开和闭合，控制储能装置为燃料电池车辆提供能量对驱动电机进行驱动，以供燃料电池车辆进行爬坡。

如图4所示，为步骤303的一种实施方式的具体流程，则根据当前车速、当前电机转速、坡度传感器的坡度值、当前动力电池的soc以及当前油门撞他控制第三继电器的断开和闭合，由储能装置为燃料电池车辆提供能量对驱动电机进行驱动，以供燃料电池车辆进行爬坡，具体可以包括如下：

s401、判断当前动力电池的soc是否小于预设值，若是，则执行步骤s402；若否，则执行步骤s406。

s402、判断当前油门状态是否大于油门设定值，若是，则执行步骤s403，若否，则执行步骤s405。

s403、判断当前电机转速是否小于电机转速设定值，若是，则执行步骤s404；若否，则执行步骤s406。

s404、控制第三继电器闭合。

s405、判断燃料电池车辆是否处于坡道上或坡道驻车，若是，则执行步骤s406；若否，则执行步骤s403。

s406、控制第三继电器断开。

需要说明的是，当燃料电池车辆在坡道上长时间驻车导致动力电池的soc低于预设值时(如＜10％，可标定)，或者恰巧在爬坡时动力电池的soc不足以为整车爬坡提供足够的能力时，整车控制器通过坡道传感器检测到车辆在坡上，并且识别油门、电机转速以及车速等信号，通过解析得到驾驶员意图要进行爬坡。此时整车控制器控制第三继电器s3闭合，让储能装置、燃料电池和动力电池共同为车辆提供能量，使车辆顺利爬坡。当动力电池的soc不低于预设值，此时动力电池有足够的放电能力，由动力电池和燃料电池共同为车辆提供能力，无需储能装置提供能力，整车控制器控制第三继电器s3断开；当车辆顺利爬坡后或车辆在坡道驻车时，断开储能装置继电器s3；当遇到坡度较小时，通过监测电机转速等信号来判断车辆是否能顺利通过，是否需要闭合储能装置继电器s3。

进一步地，在控制第三继电器断开时，由动力电池和燃料电池共同提供能量以供燃料电池车辆进行爬坡，将回收得到的能量为动力电池进行充电。

进一步地，在控制第三继电器闭合时，判断燃料电池车辆是否处于能量回收模式，当燃料电池车辆车辆处于能量回收模式时，将回收得到的能量储存在储能装置。

进一步地，判断燃料电池车辆是否处于能量回收模式，包括：

判断当前动力电池的soc与第一预设值的关系；

若当前动力电池的soc大于第一预设值，确定燃料电池车辆处于能量回收模式。

本发明实施例还公开了一种车辆，包括：上述的燃料电池车辆坡道起步控制系统。

本发明实施例提供的燃料电池车辆坡道起步控制方法及车辆，在现有技术的燃料电池车辆坡道起步控制系统上增加了储能装置，并提供了第三继电器控制储能装置是否为燃料电池车辆提供能量，储能装置可以将部分能量回收得来的能量储存起来，当动力电池soc较高时，断开第三继电器，由动力电池和燃料电池为燃料电池车辆爬坡提供能量；当动力电池soc较低时，闭合储能装置第三继电器，由动力电池、燃料电池及储能装置共同提供能量以供燃料电池车辆进行爬坡。

本发明实施例提供的燃料电池车辆坡道起步控制系统、方法及车辆，可以解决如下问题：

在车辆动力电池的soc较高时回收期制动能量，并将其储存起来，充分提高了能量利用率，有效避免了能量的浪费；

通过坡度传感器、动力电池的soc、油门、电机转速等信号判断车辆在坡道起步时是否闭合第三继电器来使用储能装置为车辆爬坡提供能量，有效解决了燃料电池响应负载需求较慢的问题，进而改善了车辆的爬坡性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。