一种用于功率跟随式氢燃料电池汽车续航里程计算方法与流程

1.本发明涉及新能源汽车技术领域，具体为一种用于功率跟随式氢燃料电池汽车续航里程计算方法。


背景技术：

2.随着社会的发展，人类对能源的需求问题以及环境的污染问题日趋严重，全世界各国都加强了对新能源技术的研究。氢能源技术由于其转换效率高、零污染、可再生等优势引起了人们的广泛关注，同时氢能源也非常适合代替传统化石能源应用在汽车上。但是由于目前氢能源处于商业初期，各种配套设施还不完善，尤其是加氢站数量少，且集中分布，因此需要将相对准确的氢燃料电池汽车的续航里程实时呈现在车辆仪表上。
3.目前燃料电池汽车按控制策略可以分为增程式与功率跟随式两类，功率跟随式氢燃料电池汽车的动力电池容量相比插电式更小，只有1到10kwh左右。因此功率跟随式对燃料电池的响应特性及工作区间要求更高。工作环境恶劣时，氢燃料电池使用时会存在不可逆的性能衰减，现有的计算方法中未考虑燃料电池系统效率的变化以及电池性能衰减对氢燃料电池车的续航里程的影响，目前对于氢燃料电池车的续航里程的监测需要安装较为昂贵的氢气质量传感器才能实现，增加了氢燃料电池汽车的成本和系统的复杂性。


技术实现要素：

4.针对上述情况，为弥补上述现有缺陷，本发明提供了一种计算成本低，计算准确度高的用于功率跟随式氢燃料电池汽车续航里程计算方法。
5.本发明提供如下的技术方案：本发明一种用于功率跟随式氢燃料电池汽车续航里程计算方法，具体包括下列步骤：
6.步骤一、计算燃料电池系统在当前周期内的平均发电效率；
7.步骤二、计算氢气瓶在当前周期结束后剩余可使用的氢气量以及动力电池的剩余电量；
8.步骤三、计算氢燃料电池汽车在当前周期内的行驶里程及燃料电池汽车的平均耗电量；
9.步骤四、计算燃料电池系统的平均发电效率与氢燃料电池汽车平均电耗；
10.步骤五、根据燃料电池系统的平均发电效率、剩余可使用的氢气量及动力电池的剩余电量、氢燃料电池汽车平均电耗，计算氢燃料电池汽车的可续航里程。
11.进一步地，步骤一所述计算燃料电池系统在当前周期内的平均发电效率，具体计算方法如下：
12.(1)计算当前周期内燃料电池的输出电量；
13.(2)获取当前周期内燃料电池系统母线电压(dc/dc输出端)；
14.(3)获取当前周期内燃料电池系统母线电流(dc/dc输出端)；
15.(4)根据下式计算当前周期内的燃料电池输出电量，
[0016][0017]
其中，u为燃料电池系统母线电压(dc/dc输出端)，单位为v；i为燃料电池系统目前电流(dc/dc输出端)；dt为单位时间梯度；
[0018]
(5)计算在当前周期内的氢气使用量；
[0019]
(6)获取氢气瓶周期开始时的内部压强与温度；
[0020]
(7)获取氢气瓶周期结束时的内部压强与温度；
[0021]
(8)由于氢气的质量是体积、温度、压力的强函数，故可以根据下式计算当前周期内的氢气使用量，
[0022][0023]
其中，v为氢气瓶的水体积；为当前周期开始以及结束时的氢气瓶内氢气的压力；为当前周期开始以及结束时的氢气瓶内氢气的温度；
[0024]
(9)计算在当前周期内燃料电池系统的发电效率η
n
；
[0025]
(10)根据下式计算在当前周期内的燃料电池系统的发电效率，
[0026][0027]
其中，为当前周期内燃料电池的输出电量，为当前周期内的氢气使用量,为氢气的低热值。
[0028]
进一步地，步骤二所述计算氢气瓶在当前周期结束后剩余可使用的氢气量以及动力电池的剩余电量，具体计算方法如下：
[0029]
(1)获取氢气瓶周期结束时的内部压强与温度；
[0030]
(2)根据下式计算当前周期结束后的氢气的可使用量，
[0031][0032]
其中，v为氢气瓶的水体积；为当前周期结束时的氢气瓶内氢气的压力和温度；为燃料电池系统正常工作时允许的氢气瓶最小压力；为氢气瓶的内部温度；
[0033]
(3)根据下式计算当前周期结束后动力电池的可使用电量，
[0034][0035]
其中，为当前周期结束后动力电池的电压；为动力电池允许的正常工作的最低电压；c
rated
为动力电池的容量
[0036]
进一步地，步骤三所述计算氢燃料电池汽车在当前周期内的行驶里程及燃料电池汽车的平均耗电量，具体计算方法如下：
[0037]
(1)根据下式计算当前周期内的行驶里程，
[0038]
s
n
＝vdt/3600
[0039]
其中，v当前周期内氢燃料电池汽车的行驶速度随时间变化量；dt为单位时间梯度；
[0040]
(2)根据下式计算燃料电池汽车的平均耗电量，
[0041][0042]
其中，当前周期内燃料电池系统的发电量；为当前周期内动力电池的放电量；s
n
为当前周期内氢燃料电池汽车的行驶里程。
[0043]
进一步地，步骤四所述计算燃料电池系统的平均发电效率与氢燃料电池汽车平均电耗，具体计算方法如下：
[0044]
(1)根据下式计算燃料电池系统的平均发电效率，
[0045][0046]
其中，η
n
‑
m+1
、η
n
‑
m+2
、η
n
为当前周期以及距离当前周期最近的m
‑
1个周期燃料电池系统的发电效率。
[0047]
(2)根据下式计算氢燃料电池汽车平均电耗，
[0048][0049]
其中，w
n
‑
m+1
、w
n
‑
m+2
、w
n
为当前周期以及距离当前周期最近的m
‑
1个周期氢燃料电池的平均电耗。
[0050]
进一步地，步骤五所述根据燃料电池系统的平均发电效率、剩余可使用的氢气量及动力电池的剩余电量、氢燃料电池汽车平均电耗，计算氢燃料电池汽车的可续航里程，具体计算方法如下：
[0051]
氢燃料电池汽车的可续航里程
[0052]
其中，为当前周期结束时氢气瓶剩余的可正常使用的氢气质量；为最近m个周期内的燃料电池系统的发电效率；周期结束时为动力电池剩余可使用的电量；为最近m个周期内的氢燃料电池的平均电耗。
[0053]
进一步地，步骤5计算出当前周期结束后氢燃料电池汽车的可续航里程之后，将计算得到的氢燃料电池汽车的可续航里程传输至氢燃料电池汽车的仪表盘进行显示。
[0054]
进一步地，当氢燃料电池汽车的续航里程低于设定阀值时，氢燃料电池汽车仪表给出报警信号，并将计算周期缩短一半，快速更新、反馈氢燃料电池汽车的续航里程。
[0055]
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本发明一种用于功率跟随式氢燃料电池汽车续航里程计算方法，考虑了使用过程中燃料电池系统的衰减特性，能够准确计算出氢燃料电池汽车的续航里程，减轻续航里程焦虑的问题，同时提高了计算精度，减少了计算量。
附图说明
[0056]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0057]
图1为本发明一种用于功率跟随式氢燃料电池汽车续航里程计算方法的流程框
图。
具体实施方式
[0058]
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。
[0059]
需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0060]
本发明采取的技术方案如下：一种用于功率跟随式氢燃料电池汽车续航里程计算方法，
[0061]
参照图1所示，本发明公开了一种用于功率跟随式氢燃料电池汽车续航里程计算方法，具体包括步骤s1到s5：
[0062]
步骤s1：计算燃料电池系统在当前周期内的平均发电效率。
[0063]
在本实施案例中，当前周期的时间为燃料电池系统发电量达到1kwh所用的时间。
[0064]
在本实施案例中，所计算燃料电池系统在当前周期内的发电效率，包括：
[0065]
(1)获取当前周期内燃料电池系统母线电压(dc/dc输出端)；
[0066]
(2)获取当前周期内燃料电池系统母线电流(dc/dc输出端)；
[0067]
(3)根据公式计算当前周期内燃料电池系统的发电量，其中，u为燃料电池系统母线电压(dc/dc输出端)，单位为v；i为燃料电池系统的母线电流(dc/dc输出端)，单位为a；dt为时间变化梯度，单位为0.05s可通过电压传感器实时采集燃料电池系统母线电压(dc/dc输出端)，通过电压传感器实时采集燃料电池系统母线电流(dc/dc输出端)；
[0068]
(4)获取当前周期开始时氢气瓶的内部压强、内部温度；
[0069]
(5)获取当前周期结束时氢气瓶的内部压强、内部温度；
[0070]
(6)根据公式其中，v为氢气瓶的水体积，单位为l；为当前周期开始以及结束时的氢气瓶内氢气的压力，单位为mpa；为当前周期开始以及结束时的氢气瓶内氢气的温度，单位为k；可通过压力传感器采集当前周期开始以及结束时氢气瓶的内部压力，通过温度传感器采集当前周期开始以及结束时氢气瓶的内部温度；
[0071]
(7)根据公式计算在当前周期内的燃料电池系统的发电效率，其中，为燃料电池当前周期内的发电量，单位为kwh；为当前周期内氢气消耗量，单位为kg；为氢气的低热值，1.2x105kj/kg。
[0072]
步骤s2：计算氢气瓶在当前周期结束后剩余可使用的氢气量以及动力电池的剩余电量。
[0073]
在本实施案例中，当前周期的时间为燃料电池系统发电量达到1kwh所用的时间。
[0074]
在本实施案例中，所述计算氢气瓶在当前周期结束后剩余可使用的氢气量以及动力电池的剩余电量，包括：
[0075]
(1)获取当前周期结束后的氢气瓶的内部压强、温度；
[0076]
(2)根据公式计算当前周期结束后的氢气的可使用量，其中，v为氢气瓶的水体积，单位为l；为当前周期结束时的氢气瓶内氢气的压力和温度，单位为mpa和k；为燃料电池系统正常工作时允许的氢气瓶最小压力，单位为mpa，在本实施案例中取2mpa；为氢气瓶内的内部温度，在本实施案例中取295k；可通过压力传感器采集当前周期开始以及结束时氢气瓶的内部压力，通过温度传感器采集当前周期开始以及结束时氢气瓶的内部温度；
[0077]
(3)获取当前周期结束后动力电池的电压；
[0078]
(4)根据公式计算当前周期结束后动力电池的可使用电量，其中，为当前周期结束后动力电池的电压，单位为v；为所述动力电池允许的正常工作的最低电压，单位为v；c
rated
为所述动力电池的容量，单位为ah。可通过电压传感器采集当前周期结束后动力电池的电压。
[0079]
步骤s3：计算氢燃料电池汽车在当前周期内的行驶里程及燃料电池汽车的平均耗电量。
[0080]
在本实施案例中，当前周期的时间为燃料电池系统发电量达到1kwh所用的时间。
[0081]
在本实施案例中，计算氢燃料电池汽车在当前周期内的行驶里程及耗电量，包括：
[0082]
(1)获取当前周期内氢燃料汽车行驶速度；
[0083]
(2)根据公式s
n
＝vdt/3600计算当前周期内的行驶里程，其中，v当前周期内氢燃料电池汽车的行驶速度；单位为km/h；dt为单位时间梯度，单位为0.05s；
[0084]
(3)根据公式其中，当前周期内燃料电池系统的发电量，单位为kwh；为当前周期内动力电池的放电量，单位为kwh；s
n
为当前周期内氢燃料电池汽车的行驶里程，单位为km。
[0085]
步骤s4：计算燃料电池系统的平均发电效率与氢燃料电池汽车平均电耗。
[0086]
所述计算计算燃料电池系统的平均发电效率与氢燃料电池汽车平均电耗，包括：
[0087]
(1)根据公式其中，η
n
‑
m+1
、η
n
‑
m+2
、η
n
为当前周期以及距离当前周期最近的m
‑
1个周期燃料电池系统的发电效率；在一种可实施方式中，选取距离当前周期最近的9个周期内燃料电池系统的发电效率计算平均效率，可以更准确的计算燃料电池系统的发电效率。
[0088]
(2)根据公式其中，w
n
‑
m+1
、w
n
‑
m+2
、w
n
为当前周期以及距离当前周期最近的m
‑
1个周期氢燃料电池的平均电耗，单位为kwh/km。在本实施案例中，选取距离当前周期最近的9个周期内氢燃料电池汽车的平均电耗，可以更准确的计算氢燃料电池汽车的平均电耗。
[0089]
步骤s5：根据燃料电池系统的平均发电效率、剩余可使用的氢气量及动力电池的
剩余电量、氢燃料电池汽车平均电耗、计算氢燃料电池汽车的续航里程。
[0090]
所述根据氢燃料电池汽车平均电耗、燃料电池系统的平均发电效率、剩余氢气使用量及剩余电量计算氢燃料电池汽车的续航里程，包括：
[0091]
(1)根据公式其中，为当前周期结束时氢气瓶剩余的可正常使用的氢气质量；为最近m个周期内的燃料电池系统的发电效率；周期结束时为动力电池剩余可使用的电量；为最近9个周期内的氢燃料电池的平均电耗；
[0092]
在一可实施的方式中，在在计算出所述氢燃料电池汽车的可续航里程后，所述方法还包括：将所述氢燃料电池汽车的续航里程传输至汽车仪表盘进行显示，当续航里程＜100km时给出提示信号，并且将周期时间调整为燃料电池系统发电量达到0.5kwh所用时间，及时快速更新氢燃料电池的续航里程。
[0093]
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过程、方法、物料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、物料或者设备所固有的要素。
[0094]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。