用于确定混合动力汽车燃料消耗量的方法及系统与流程

本发明涉及混合动力汽车的控制技术领域，具体地涉及一种用于确定混合动力汽车燃料消耗量的方法及系统。

背景技术：

燃料电池汽车的驱动系统通常为多能量源的混合驱动系统，除燃料电池外还有蓄电池或超级电容作为辅助电源。现有对燃料电池汽车混合驱动系统的燃料消耗率的计算方法通常是根据燃料电池系统的氢气进气量和剩余量得到氢燃料的消耗量来计算，或者将燃料电池和其他辅助电源的电能输出直接换算为对氢燃料能量的消耗然后相加得到。

然而，这种计算方法存在以下问题：一是辅助电源的电能来自于燃料电池，在辅助电源充电时和电能传输过程中存在着进一步的能量损耗，这一点在上述计算方法中不能体现出来，从而导致计算的结果误差较大，难以估计剩余行驶里程；二是忽略了各能量源的效率特性，各能量源在不同的工作功率下有不同的效率且变化量较大，如果不能充分考虑此点将导致燃料消耗的计算误差加大，这也会导致剩余里程计算错误。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种用于确定混合动力汽车燃料消耗量的方法及系统，该方法及系统能够精确确定混合动力汽车的燃料消耗量，从而准确估计混合动力汽车的剩余行驶里程。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于确定混合动力汽车燃料消耗量的方法，所述方法包括：

判断混合动力汽车的辅助电源是否处于充电状态；

在所述辅助电源处于充电状态的情况下，获取所述混合动力汽车的燃料电池端的输出功率和所述混合动力汽车的辅助电源端的充电功率；

根据公式(1)确定燃料消耗量，

其中，为所述燃料消耗量，pfc_out为所述燃料电池端的输出功率，pb_in为所述辅助电源端的充电功率，ηd1为所述燃料电池端的变换器的效率，ηfc为所述燃料电池端的燃料电池的效率，pb_in为所述辅助电源端的充电功率，ηd3为所述辅助电池端的变换器处于充电模式下的效率，ηcg为所述辅助电源端的辅助电源的充电效率。

可选地，所述方法包括：

在判断所述辅助电源未处于充电状态的情况下，获取所述混合动力汽车的燃料电池端的输出功率和所述混合动力汽车的辅助电源端的放电功率；

根据公式(2)确定燃料消耗量，

其中，pb_out为所述辅助电源端的放电功率，ηd2为所述辅助电池端的变换器处于放电模式下的效率，ηdis为所述辅助电源的放电效率。

可选地，所述方法包括：

根据公式(3)确定所述辅助电源端的辅助电源的充电效率，

其中，ηchg为所述辅助电源端的辅助电源的充电效率，g2(soc)为所述辅助电源的内阻在充电时关于soc值的拟合函数，g3(soc)为所述辅助电源的开路电压关于soc值的拟合函数。

可选地，所述方法包括：

根据公式(4)确定所述辅助电源的充电电阻关于soc值的拟合函数，

g2(soc)＝0.707-0.686(soc)+0.212(soc)²+0.015(soc)³，(4)

其中，g2(soc)为所述辅助电源的内阻在充电时关于soc值的拟合函数，soc为所述辅助电源的soc值。

可选地，所述方法包括：

根据公式(5)确定所述辅助电源的开路电压关于soc值的拟合函数，

g3(soc)＝-0.174-0.387(soc)+1.959(soc)²+11.806(soc)³，(5)

其中，g3(soc)为所述辅助电源的开路电压关于soc值的拟合函数，soc为所述辅助电源的soc值。

可选地，所述方法包括：

根据公式(6)确定所述辅助电源的放电效率，

其中，ηdis为所述辅助电源的放电效率，g1(soc)为所述辅助电源的内阻在放电时关于soc值的拟合函数，pb为所述辅助电源的充电功率，g3(soc)为所述辅助电源的开路电压关于soc值的拟合函数。

可选地，所述方法包括：

根据公式(7)确定所述辅助电源的内阻在放电时关于soc值的拟合函数，

g1(soc)＝-0.29+0.586soc-0.371(soc)²+0.088(soc)³，(7)

其中，g1(soc)为所述辅助电源的内阻在放电时关于soc值的拟合函数，soc为所述辅助电源的soc值。

可选地，所述方法包括：

根据公式(8)确定所述辅助电源的开路电压关于soc值的拟合函数，

g3(soc)＝-0.174-0.387(soc)+1.959(soc)²+11.806(soc)³，(8)

其中，g3(soc)为所述辅助电源的开路电压关于soc值的拟合函数，soc为所述辅助电源的soc值。

另一方面，本发明还提供一种用于确定混合动力汽车燃料消耗量的系统，所述系统包括处理器，所述处理器被配置为执行如上述任一所述的方法。

再一方面，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如上述任一所述的方法。

通过上述技术方案，本发明提供的用于确定混合动力汽车燃料消耗量的方法及系统通过针对混合动力汽车在不同行驶状态下各个能量源的工作特性，采用不同的确定方式来确定当前混合动力汽车的燃料消耗量，从而实现了燃料消耗量的准确估计。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的用于确定混合动力汽车燃料消耗量的方法的流程图；

图2是根据本发明的一个实施方式的混合动力汽车的动力源的结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施方式的燃料电池的功率曲线图；以及

图4是根据本发明的一个实施方式的用于确定混合动力汽车燃料消耗量的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示是根据本发明的一个实施方式的用于确定混合动力汽车燃料消耗量的方法的流程图。在图1中，该方法可以包括：

在步骤s10中，判断混合动力汽车的辅助电源是否处于充电状态；

在步骤s11中，在辅助电源处于充电状态的情况下，获取混合动力汽车的燃料电池端的输出功率和混合动力汽车的辅助电源端的充电功率；

在步骤s12中，根据公式(1)确定燃料消耗量，

其中，为燃料消耗量，pfc_out为燃料电池端的输出功率，pb_in为辅助电源端的充电功率，ηd1为燃料电池端的变换器的效率，ηfc为燃料电池端的燃料电池的效率，pb_in为辅助电源端的充电功率，ηd3为辅助电池端的变换器处于充电模式下的效率，ηcg为辅助电源端的辅助电源的充电效率。

在现有技术中，混合动力汽车的动力源结构如图2所示。在燃料电池端，通过气体燃料供给燃料电池，燃料电池经过化学反应后，产生的能量经过dc/dc变换器处理，输送至电力耦合模块。在辅助电源端，辅助电源可以由蓄电池组成。该辅助电源通过双向dc/dc变换器与电力耦合模块连接。其中，由于燃料电池端是单向供给能量，并不需要通过电力耦合模块进行充电，因此在燃料电池端的变换器可以为单向dc/dc变换器。而在辅助电源端，由于辅助电源本身是用于稳定动力源的输出功率。在燃料电池端功率供给过剩的情况下，辅助电源端可以节后过程的功率；反之，在燃料电池端功率不足的情况下，辅助电源端则可以提供一定的功率补偿。由于现有技术中常用的方法是直接根据燃料当前的流量和剩余量来计算，抑或者是通过输出端当前功率直接换算为燃料的燃烧热量来计算。这两种方法显然忽略了混合动力汽车的动力源结构的特殊条件。事实上，在燃料电池端能量供给过剩时，此时辅助电源处于充电状态，且存储了部分过剩的能量；而当燃料电池端能量供给不足时，此时辅助电源处于放电状态。在两种不同的工况下，由于辅助电源的充电效率、放电效率、变换器的效率不同，燃料消耗量的计算结果显然也是不同的。因此，在步骤s10至步骤s12，发明人首先在步骤s10中判断辅助电源是否处于充电状态，并在判断该辅助电源处于充电状态的情况下，通过步骤s11获取计算燃料消耗量的必要参数，即：混合动力汽车的燃料电池端的输出功率和混合动力汽车的辅助电源端的充电功率；再结合公式(1)来计算该燃料消耗量，从而实现特殊工况(充电状态)下燃料消耗量的准确计算。对于该公式(1)，其原理及推导过程如下：

1、在燃料电池端建立燃料电池效率模型，如公式(2)所示，

ηfc＝a+bpfc+c(pfc)²+d(pfc)³，(2)

其中，ηfc为燃料电池端的燃料电池的效率，pfc为燃料电池的输出功率，a、b、c和d为待拟合的参数。在本发明的一个示例中，依据如图3所示的燃料电池的功率曲线图，该待拟合的参数可以分别为0，-0.001，0.027和0.406。

2、在辅助电源端，建立辅助电源的模型，

其中，ib为辅助电源的电流，uocv为辅助电源的开路电压，rb为辅助电源的内阻，pb为辅助电源的输出功率；

由于辅助电源的内阻的存在，在辅助电源充电时，内阻的会消耗一定的能量，从而影响充电效率。因此，可以根据公式(4)计算该充电效率，

其中，ηchg可以为该充电效率，rchg可以为内阻rb在充电状态下的阻值；

在该公式(4)中，针对内阻rchg和开路电压uocv，分别采用曲线拟合的方法，其拟合的结果如公式(5)和公式(6)所示，

rchg＝g2(soc)＝0.707-0.686(soc)+0.212(soc)²+0.015(soc)³，(5)

其中，g2(soc)为辅助电源的内阻rchg在充电时关于soc值的拟合函数，soc为辅助电源的soc值；

uocv＝g3(soc)＝-0.174-0.387(soc)+1.959(soc)²+11.806(soc)³，(6)

其中，g3(soc)为辅助电源的开路电压uocv关于soc值的拟合函数，soc为辅助电源的soc值。

结合以上公式(4)、(5)和(6)，从而得到该充电效率的函数，如果公式(7)所示，

其中，ηchg为辅助电源端的辅助电源的充电效率，g2(soc)为辅助电源的内阻在充电时关于soc值的拟合函数，g3(soc)为辅助电源的开路电压关于soc值的拟合函数。

3、结合燃料电源端和辅助电源端，建立燃料等效消耗模型。具体地，首先根据公式(8)建立燃料电池的输出功率模型，

pfc＝pfc_inηfc，(8)

其中，pfc为燃料电池的输出功率，pfc_in为输入燃料电池的燃料的热值功率，ηfc为燃料电池的效率(转化效率)；

再根据公式(9)建立热值效率的模型，

其中，qh为燃料的消耗速率，δh为输入燃料电池的燃料的单位热值，以该燃料是氢气为例，该热值则可以为每摩尔氢气的热值，即δh＝240kj/mol；

结合公式(8)和公式(9)，可以得到如公式(10)所示的对应关系，

从如图2所示的示意图可知，在混合动力汽车的动力源中，所有的能量均来自燃料电池转外外部燃料(例如氢气)。因此，整个动力源系统的输入功率pin＝pfc_in，也就燃料消耗量

由于在辅助电源充电和放电的不同状态下，实际的输出功率并不一直等于输入功率pin。因此，在充电状态下，输入功率pin如公式(11)所示，

pin＝pfc_in-pb_inηd2ηcg，(11)

其中，pb_in为辅助电源端的充电功率，ηd2为双向dc/dc变换器处于充电状态下的效率，ηcg为辅助电源的充电效率；

最后结合上述公式(2)至公式(11)，即可得到如公式(1)。

另一方面，针对辅助电源未处于充电状态的情况，本发明还可以包括如图4所示的方法。在图4中，该方法可以包括(步骤s20与图1中的步骤s10相同，故此处不再赘述)：

在步骤s21中，在判断辅助电源未处于充电状态的情况下，获取混合动力汽车的燃料电池端的输出功率和混合动力汽车的辅助电源端的放电功率；

在步骤s22中，根据公式(12)确定燃料消耗量，

其中，pb_out为辅助电源端的放电功率，ηd2为辅助电池端的变换器处于放电模式下的效率，ηdis为辅助电源的放电效率。

在步骤s20中，本发明首先判断辅助电源是否处于充电状态。在步骤s21中，在判断该辅助电源未处于充电状态的情况下，此时获取计算燃料消耗量的必要参数，即：混合动力汽车的燃料电池端的输出功率和混合动力汽车的辅助电源端的放电功率。最后在步骤s22中，结合公式(12)计算该放电功率，从而实现对特殊工况(未充电状态)下燃料消耗量的准确计算。对于该公式(12)，其原理及推导过程如下：

1、在燃料电池端建立燃料电池效率模型，如公式(2)所示，

ηfc＝a+bpfc+c(pfc)²+d(pfc)³，(2)

其中，ηfc为燃料电池端的燃料电池的效率，pfc为燃料电池的输出功率，a、b、c和d为待拟合的参数。在本发明的一个示例中，依据如图3所示的燃料电池的功率曲线图，该待拟合的参数可以分别为0，-0.001，0.027和0.406。

2、在辅助电源端，建立辅助电源的模型，

其中，ib为辅助电源的电流，uocv为辅助电源的开路电压，rb为辅助电源的内阻，pb为辅助电源的输出功率；

由于辅助电源的内阻的存在，在辅助电源放电时，内阻的会消耗一定的能量，从而影响放电效率。因此，可以根据公式(13)计算该放电效率，

其中，ηdis可以为该放电效率，rdis可以为内阻rb在放电状态下的阻值；

在该公式(4)中，针对内阻rdis和开路电压uocv，分别采用曲线拟合的方法，其拟合的结果如公式(14)和公式(6)所示，

rdis＝g1(soc)＝-0.29+0.586soc-0.371(soc)²+0.088(soc)³，(14)

其中，g2(soc)为辅助电源的内阻rdis在放电时关于soc值的拟合函数，soc为辅助电源的soc值；

uocv＝g3(soc)＝-0.174-0.387(soc)+1.959(soc)²+11.806(soc)³，(6)

其中，g3(soc)为辅助电源的开路电压uocv关于soc值的拟合函数，soc为辅助电源的soc值。

结合以上公式(13)、(14)和(6)，从而得到该放电效率的函数，如果公式(15)所示，

其中，ηchg为辅助电源端的辅助电源的充电效率，g2(soc)为辅助电源的内阻在充电时关于soc值的拟合函数，g3(soc)为辅助电源的开路电压关于soc值的拟合函数。

3、结合燃料电源端和辅助电源端，建立燃料等效消耗模型。具体地，首先根据公式(8)建立燃料电池的输出功率模型，

pfc＝pfc_inηfc，(8)

其中，pfc为燃料电池的输出功率，pfc_in为输入燃料电池的燃料的热值功率，ηfc为燃料电池的效率(转化效率)；

再根据公式(9)建立热值效率的模型，

其中，qh为燃料的消耗速率，δh为输入燃料电池的燃料的单位热值，以该燃料是氢气为例，该热值则可以为每摩尔氢气的热值，即δh＝240kj/mol；

结合公式(8)和公式(9)，可以得到如公式(10)所示的对应关系，

从如图2所示的示意图可知，在混合动力汽车的动力源中，所有的能量均来自燃料电池转外外部燃料(例如氢气)。因此，整个动力源系统的输入功率pin＝pfc_in，也就燃料消耗量

由于在辅助电源充电和放电的不同状态下，实际的输出功率并不一直等于输入功率pin。因此，在充电状态(放电状态和辅助电源的充电功率为0时)下，输入功率pin如公式(16)和公式(17)所示，

其中，pb_out为辅助电源端的放电功率，ηd2为双向dc/dc变换器处于放电状态下的效率，ηdis为辅助电源的放电效率；

最后结合上述公式，即可得到如公式(12)。

在计算出不同状态下的燃料消耗量后，工作人员可以针对该燃料消耗量进一步依据混合动力汽车当前剩余的燃料量确定该混合动力汽车的剩余里程，从而实现剩余里程的精确确定。

另一方面，本发明还提供一种用于确定混合动力汽车燃料消耗量的系统，所述系统包括处理器，所述处理器被配置为执行如上述任一所述的方法。

再一方面，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如上述任一所述的方法。

通过上述技术方案，本发明提供的用于确定混合动力汽车燃料消耗量的方法及系统通过针对混合动力汽车在不同行驶状态下各个能量源的工作特性，采用不同的确定方式来确定当前混合动力汽车的燃料消耗量，从而实现了燃料消耗量的准确估计。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，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过程、方法、商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过程、方法、商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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。