专利名称：燃料电池混合电源能量管理方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池，具体地，涉及燃料电池混合电源能量管理方法。
背景技术：
经对现有技术的检索，检索到如下文献申请号为“200310103253. 3”、名称为“燃料电池混合动力系统的功率分配方法”的中国发明专利申请所公开的燃料电池电源控制原理为采用SOC计算，根据测量负载控制信号(如，油门信号)和动力电池SOC (荷电状态)来控制燃料电池DCDC的输出，满足负载系统、燃料电池系统和动力电池组充电状态的能量需求。申请号为“201010108281. 4”、名称为“基于燃料电池的混合动力装置的能量管理系统”的中国发明专利申请所公开的燃料电池电源控制方法同样采用SOC计算，其中，荷电状态(SOC)计算公式如下sot {k； = (BC K soc{k - I) - : iCM dr + /上Ji- dt)/BC在上述计算式中，BC代表电池容量，soc (k)代表电池当前时刻的SOC值，soc (k-1)代表前一时刻的SOC值、iout代表电池放电电流、iin代表电池充电电流。
由上式可知，SOC计算是根据采集的电池电流数据、设定的电池容量数据，基于积分算法，在实际使用时再根据实际电池容量、电池电压、温度进行修正得到蓄电池的荷电状态(SOC)的一种算法。该发明申请存在如下不足I、上述控制方法都依赖于SOC计算；而30(计算精确度依赖于精确的电流数据，电流数据的准确性则取决于电流测量装置的准确度、灵敏度、稳定性；然而，电流测量装置也存在误差；因此，SOC计算方法只能是近似估算蓄能装置荷电状态。现有的使用SOC计算方法的车载燃料电池系统为了取得相对精确的电流值，采用了双量程的电流传感器；然而，双量程的电流传感器并不能准确地覆盖全量程，同时也无法避免电流传感器零点漂移，因此需要经常校正电流传感器。这种情况下，燃料电池公司售出车载燃料电池系统后，不得不定期来校正电流测量装置传感器，产品的不成熟，将直接影响燃料电池车的市场化进程。2、蓄能装置(蓄电池)的容量会随着使用逐渐降低，由公式可知，要想得到准确的得到S0C，必须要有准确的蓄能装置容量数值。因此，必须要对蓄能装置(蓄电池)的容量进行校正，该校正也只能是模糊的估算。因此，采用SOC计算方法是无法精确地进行燃料电池系统能量管理。3、叉车工作时电流输出波动幅度大。燃料电池大巴、燃料电池轿车上作为辅助动力使用的蓄能装置(蓄电池)电压往往是数百伏，电流范围为负几十安培到正几十安培；电流范围小的情况下，蓄电池电流值准确度相对较高，在这种工况下，使用SOC计算方法尽管仍不如本发明的方法，却还强差人意。燃料电池叉车上作为辅助动力使用的蓄能装置(蓄电池)电压往往只有几十伏，电流范围却波动极大。例如常用的电压标称24V、工作时电流范围为-500 500A ;电压标称36V、工作时电流范围-800 1000A，电压标称48V，电流范围-600 800A。这是由于，燃料电池叉车工作时，由于不断的举起货物，加速行驶，刹车等；造成蓄电池输出电流频繁的由几个安培逐渐增加到几百安培甚至上千安培，又由输出上千安培转为充入几百安培。电流范围大，很难准确 的测量得到电流值；同时，叉车工作时电流输出的波动频率高更进一步使得实时准确测量电流变得非常困难；而SOC的积分算法也会不断放大偏差。因此，在燃料电池叉车上采用SOC计算方法是无法精确地进行燃料电池系统能量管理。4、能量回收的问题，保护问题。带有能量回收系统的燃料电池车(如申请号为“200310103253. 3”、名称为“燃料
电池混合动力系统的功率分配方法”)，在车辆制动进行能量回收时，制动产生的能量充入蓄能装置，电流往往高达数百安培，有的甚至达到1000A的电流，那么将会出现蓄能装置电压急剧上升，同时电缆、接头、继电器等回收制动时电流经过的电路内阻都会引起车辆电压升高；如果蓄电池电压超出蓄能装置保护电压，或是车辆电压超出车辆的保护电压，系统或车辆会切断对外连接的继电器来实现设备保护，切断继电器造成蓄能装置无法继续吸收制动能量，制动无法正常进行，车辆就会失控甚至会造成事故。为了能量回收时，蓄能装置电压不超出蓄能装置保护电压，或车辆电压不超出车辆的保护电压，必须控制蓄能装置的实际荷电状态(SOC)处于正好或是较低的数值。然而，SOC计算是基于测得的蓄电池电流数值以及蓄电池实际容量，由于蓄电池电流数据、蓄电池实际容量无法精确测得，造成SOC计算方法无法得到实际SOC数值，当出现SOC测量值低于实际数值时，蓄能装置实际荷电状态(SOC)处于较高数值，蓄能装置电压将超出蓄能装置保护电压，或车辆的保护电压；这将对燃料电池车辆构成安全隐患。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种燃料电池混合电源能量管理方法。根据本发明的一个方面，提供一种燃料电池混合电源能量管理方法，包括如下步骤步骤S201 :进行初始化，具体地，首先获取如下参数的数值-DCDC 电流第一设定值 Isetmin,-蓄能装置电压第一设定值Umax,-蓄能装置电压第二设定值Umin，_DO)C 电流偏离允许值 Ipermissible,-D⑶C允许输出的最大电流设定值Imax，然后令D⑶C电流设定值Iset等于所述D⑶C电流第一设定值Isetmin ；步骤S202 :获取蓄能装置电压Ustorage、以及EOC变换单元实际输出电流Idcdc,根据如下公式(I)计算DCDC电流偏离值Ideviation Ideviation=Iset-Idcdc公式(I);步骤S203 :符合如下情况的则相应进入步骤S204、步骤S205、或者步骤S206 -若蓄能装置电压Ustorage大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax,则进入步骤
S204,-若蓄能装置电压Ustorage小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin,则进入步骤S205,-若蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin,并且D⑶C电流偏离值Ideviation大于等于D⑶C电流偏离允许值Ipermissible,则进入步骤 S206,
-若蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin，并且ECDC电流偏离值Ideviation小于ECDC电流偏离允许值Ipermissible,则进入步骤 S207 ；步骤S204 :如果D⑶C电流设定值Iset大于D⑶C电流第一设定值Isetmin，则逐步降低D⑶C电流设定值Iset，然后进入步骤S207 ;如果D⑶C电流设定值Iset小于等于D⑶C电流第一设定值Isetmin，那么令ECDC电流设定值Iset等于所述D⑶C电流第一设定值Isetmin，然后进入步骤S207 ；步骤S205 :如果ECDC电流设定值Iset小于ECDC允许输出的最大电流设定值Imax，则增大D⑶C电流设定值Iset，然后进入步骤S207 ;如果D⑶C电流设定值Iset大于等于D⑶C允许输出的最大电流设定值Imax，那么令D⑶C电流设定值Iset等于D⑶C允许输出的最大电流设定值Imax，然后进入步骤S207 ；步骤S206 :如果DCDC电流设定值Iset大于DCDC电流第一设定值Isetmin，则以最快速度降低DCDC电流设定值Iset，然后进入步骤S207 ;如果DCDC电流设定值Iset小于等于ECDC电流第一设定值Isetmin，那么令DCDC电流设定值Iset等于所述D⑶C电流第一设定值Isetmin，然后进入步骤S207 ；步骤S207 :发送电流设定指令给DCDC变换单元，其中，所述电流设定指令用于将D⑶C变换单元的输出电流设定为D⑶C电流设定值Iset ;然后返回步骤S202。优选地，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤步骤Al :确定极限电压Ulim，具体地，判断负载保护电压最高限是否大于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是肯定的，则将极限电压Ulimit设定为等于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是否定的，则将极限电压Ulimit设定为等于负载保护电压最高限；步骤A2 :根据如下公式(2)确定预期D⑶C变换单元输出电流Iexpect
rIrated · EdcdcI exp ect--公式(2)，
U Iim其中，Irated为燃料电池额定输出功率，Edcdc为D⑶C变换单元效率；步骤A3 在使用预期DCDC变换单元输出电流为恒定值充电的电流曲线上，得到对应充电容量为509Γ90%的电压区间，选取该电压区间的任一电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax0优选地，在所述步骤A3中，从对应充电容量为如下任一个的电压值或电压区间，将所述电压值确定为、或者选取所述电压区间的任一电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax -对应充电容量为90%处的电压值，将所述90%处的电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax，-对应充电容量为60°/Γ80%的电压区间，选取所述60°/Γ80%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax,-对应充电容量为80°/Γ90%的电压区间，选取所述80°/Γ90%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax,-对应充电容量为50°/Γ60%的电压区间，选取所述50°/Γ60%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax。优选地，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤步骤BI :确定系统极限充电电流，具体地，在系统使用中极限的能量回收工况下，先使用蓄电池，进行刹车动作得到制动刹车直至结束时的系统电流、时间数据，该系统电流的负值电流为充电电流，计算该充电电流的平均电流作为系统极限充电电流； 步骤B2:确定极限电压Ulim，具体地，判断负载保护电压最高限是否大于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是肯定的，则将极限电压Ulimit设定为等于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是否定的，则将极限电压Ulimit设定为等于负载保护电压最高限；步骤B3 :根据如下公式(2)确定预期D⑶C变换单元输出电流Iexpect
rIrated · EdcdcI QX^ect =-公式(2)，
I] Iim其中，Irated为燃料电池额定输出功率，Edcdc为D⑶C变换单元效率；步骤B4 :查询不同充电电流与充电容量的测试曲线；根据系统极限充电电流对应的恒电流充电曲线，得到充至极限电压时对应的充电容量；根据该充电容量，在预期DCDC变换单元输出电流Iexpect对应的恒电流充电曲线上查找到对应的电压值，所述对应的电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax ；步骤B5 :根据系统使用时极限的能量回收工况，通过使用蓄能装置电压第一设定值Umax控制的系统进行实际测试，修正蓄能装置电压第一设定值Umax使得实际测量最高电压略低于极限电压Ulim ；步骤B6 :对蓄能装置容量进行修正，具体地，根据蓄能装置充电容量/额定容量与循环次数的关系曲线、或者放电容量/额定容量与循环次数的关系曲线，查询到多次循环后充电容量/额定容量的比值，然后将蓄能装置电压第一设定值Umax与充电容量/额定容量比值的乘积作为修正后的蓄能装置电压第一设定值Umax。优选地，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤步骤Cl :确定辅助系统最低消耗电流Is，具体地，采用得到的蓄能装置电压第一设定值Umax控制的系统，让系统处于怠机状态，系统稳定后，辅助系统消耗降至最低值，测量此时的辅助系统的电流即最低消耗电流；步骤C2 :将辅助系统最低消耗电流与系数K的乘积作为DCDC电流第一设定值Isetmin,其中，系数K小于I。优选地，系数K为O. 6。优选地，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤步骤Dl :根据如下公式(3)确定D⑶C允许输出的最大电流设定值Imax
, Irated · Edcdc丨JTlGX =-公式(3)
U max
优选地，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤步骤El :根据如下公式(4)确定最低荷电容量Cmin :C min=C-(IS-Isetmin) · T公式(4)其中，C为充电容量，Is为辅助系统最低消耗电流，T为时间，所述充电容量是在以DCDC允许输出的最大电流设定值Imax为电流的 恒电流充电的充电容量与充电电压曲线上，查找充电电压为蓄能装置电压第一设定值Umax所对应的充电容量，所述时间根据系统需要响应的速度设置；步骤E2 :根据最低荷电容量Cmin，在以D⑶C允许输出的最大电流设定值Imax为电流的恒电流充电的充电容量与充电电压曲线上，查找最低荷电容量Cmin所对应的充电电压，选取该充电电压为蓄能装置电压第二设定值Umin。本发明的目的是提供一种燃料电池混合电源能量管理方法。在不连接车辆操作输入信号(油门、刹车)，不计算SOC的情况下，根据测量的蓄能装置电压和DCDC变换单元输出实际电流来控制DCDC变换单元的输出电流，响应负载状态的变化引起的能量需求，同时保证蓄能装置在最佳的荷电状态。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果I、提高了系统容错能力，由于控制方法不再采用SOC计算模式，系统不再依赖于电流的传感器的准确性、可靠性。2、兼容性强。通过设定极限情况下的充电电流情况，同一系统可以适用于更多的型号不同的车辆(叉车)，不需要校正参数。3、可靠性高。通过提前设置参数来对电池容量下降回带来的提前修正，保证了系统的长期的可靠性。本发明在参数确定中也使用了蓄能装置的数据。这些数据就是在实验室、工况稳定条件下测得的；而现有使用SOC计算模式的系统中蓄能装置的数据是系统工作时实时计算的，是一种动态的估值，准确度欠佳。4、输出电压稳定。系统把蓄能装置电压控制在设定值蓄能装置电压第一设定值Umax、蓄能装置电压第二设定值Umin附近，有利于延长使用车辆设备、蓄能装置的寿命。5、实用性强。根据本发明的技术方案通过在多种型号叉车用燃料电池进行了大量的实际测试验证，不断调整得到。在一款游览车用燃料电池系统上也进行了验证。不仅可以在车辆上使用，也适应供电电源系统。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显图I为根据本发明的第一实施例提供的燃料电池混合电源能量管理方法的总框架流程图；图2为根据本发明的第二实施例提供的燃料电池混合电源能量管理方法的流程图；图3为根据本发明的第三实施例提供的燃料电池混合电源能量管理方法的流程图；图4为根据本发明的第四实施例提供的燃料电池混合电源能量管理方法的流程图；图5为根据本发明的第五实施例提供的燃料电池混合电源能量管理方法的流程图；图6为预期DCDC变换单元输出电流为恒定值充电的电流曲线示意图；图7为系统极限电流测试曲线图；图8为蓄能装置电压第一设定值Umax选定示意图；图9为蓄能装置电压第一设定值Umax修正过程的示意图；图10为蓄能装置充电容量/额定容量与循环次数的关系曲线图；
图11为本发明的一个具体实施方式
中的紧凑型燃料电池电源系统的结构示意图；图12为为图11所示紧凑型燃料电池电源系统中的DCDC变换单元的具体结构示意图；图13为根据图11所示具体实施方式
中的紧凑型燃料电池电源系统中大功率二极管的位置示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。图I为根据本发明的第一实施例提供的燃料电池混合电源能量管理方法的总框架流程图，具体地，在本实施例中，首先执行步骤S201，进行初始化，更为具体地，获取系统设定的参数，该参数包括Drac电流第一设定值Isetmin、蓄能装置电压第一设定值Umax、蓄能装置电压第二设定值UmiruD⑶C电流偏离允许值Ipermissible、D⑶C允许输出的最大电流设定值Imax,然后令D⑶C电流设定值Iset等于所述D⑶C电流第一设定值Isetmin。其中，所述蓄能装置可以为高能量锂离子电池、以及高容量超级电容等。接下来执行步骤S202，获取蓄能装置电压Ustorage、以及D⑶C变换单元实际输出电流Idcdc,根据如下公式(I)计算DCDC电流偏离值Ideviation Ideviation=Iset-Idcdc公式(I);然后执行步骤S203 :符合如下情况的则相应进入步骤S204、步骤S205、或者步骤S206 -若蓄能装置电压Ustorage大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax,则进入步骤
5204,-若蓄能装置电压Ustorage小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin,则进入步骤
5205,-若蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin,并且D⑶C电流偏离值Ideviation大于等于D⑶C电流偏离允许值Ipermissible,则进入步骤 S206,-若蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin，并且ECDC电流偏离值Ideviation小于ECDC电流偏离允许值Ipermissible,则进入步骤 S207 ；其中，步骤S204 :如果ECDC电流设定值Iset大于ECDC电流第一设定值Isetmin，则逐步降低D⑶C电流设定值Iset，然后进入步骤S207 ;如果D⑶C电流设定值Iset小于等于D⑶C电流第一设定值Isetmin，那么令ECDC电流设定值Iset等于所述D⑶C电流第一设定值I setmin，然后进入步骤S207 ；步骤S205 :如果ECDC电流设定值Iset小于ECDC允许输出的最大电流设定值Imax，则增大D⑶C电流设定值Iset，然后进入步骤S207 ;如果D⑶C电流设定值Iset大于等于D⑶C允许输出的最大电流设定值Imax，那么令D⑶C电流设定值Iset等于D⑶C允许输出的最大电流设定值Imax，然后进入步骤S207 ；
步骤S206 :如果D⑶C电流设定值Iset大于D⑶C电流第一设定值Isetmin，则以最快速度降低DCDC电流设定值Iset，然后进入步骤S207 ;如果DCDC电流设定值Iset小于等于ECDC电流第一设定值Isetmin，那么令DCDC电流设定值Iset等于所述D⑶C电流第一设定值Isetmin，然后进入步骤S207 ；步骤S207 :发送电流设定指令给DCDC变换单元，其中，所述电流设定指令用于将D⑶C变换单元的输出电流设定为D⑶C电流设定值Iset ;然后返回步骤S202。图2至图5示出了本发明的第二至第五实施例，本领域技术人员可以将第二至第五实施例理解为图I所示出的第一实施例的4个优选例,具体地,这4个优选例示出了图I中所述步骤S203的4种不同的具体实现方式。例如，在图2中，首先判断“蓄能装置电压Ustorage是否小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin”，若判断结果是否定的，则接下来判断“蓄能装置电压Ustorage是否大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax”，若判断结果又是否定的，则再来判断“DCDC电流偏离值Ideviation是否大于等于D⑶C电流偏离允许值Ipermissible”。其中，本领域技术人员理解，当所述蓄能装置电压Ustorage大于蓄能装置电压第一设定值Umax或者小于蓄能装置电压第一设定值Umin时，D⑶C电流偏离值Ideviation不会大于D⑶C电流偏离允许值Ipermissible。又例如，在图3中，首先判断“蓄能装置电压Ustorage是否大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax”，若判断结果是否定的，则接下来判断“蓄能装置电压Ustorage是否小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin”，若判断结果又是否定的，则再来判断“DCDC电流偏离值Ideviation是否大于等于DCDC电流偏离允许值Ipermissible”。再例如，在图4中，首先判断“是否是蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin,并且DCDC电流偏离值Ideviation是否大于等于DCDC电流偏离允许值Ipermissible”,若判断结果是否定的，则接下来判断“蓄能装置电压Ustorage是否小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin”，若判断结果又是否定的，则再来判断“蓄能装置电压Ustorage是否大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax，，。还例如，在图5中，首先判断“是否是蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin,并且DCDC电流偏离值Ideviation是否大于等于DCDC电流偏离允许值Ipermissible”,若判断结果是否定的，则接下来判断“蓄能装置电压Ustorage是否大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax”，若判断结果又是否定的，则再来判断“蓄能装置电压Ustorage是否小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin，，。在本实施例的一个优选例中，在所述步骤S201之前，按照如下方式确定参数蓄能装置电压第一设定值Umax、蓄能装置电压第二设定值Umin、D⑶C电流偏离允许值Ipermissible、DCDC允许输出的最大电流设定值Imax。A、针对没有能量回收的系统(采用机械刹车，用刹车片与轮毂摩擦制动，将制动产生的能量消耗)，确定蓄能装置电压第一设定值Umax的步骤如下步骤Al :确定极限电压Ulim，具体地，判断负载保护电压最高限是否大于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是肯定的，则将极限电压Ulimit设定为等于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是否定的，则将极限电压Ulimit设定为等于负载保护电压最高限 ；其中，负载保护电压是一个范围值，蓄能装置充电保护电压是一个数值，均由供应商提供。步骤A2 :根据如下公式(2)确定预期D⑶C变换单元输出电流Iexpect
,Irated · EdcdcI exp ect =-公式(2)，
UXim其中，Irated为燃料电池额定输出功率，Edcdc为D⑶C变换单元效率；步骤A3:在使用预期DCDC变换单元输出电流为恒定值充电的电流曲线上，得到对应充电容量为509Γ90%的电压区间，选取该电压区间的任一电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax0其中，(所述预期DCDC变换单元输出电流为恒定值充电的电流曲线可以由电池供应商提供，如果没有正好的数据，可以采用接近电流替代，或者根据其他电流时的数据采用拟合的方法得到该曲线。例如图6所示的曲线)。进一步优选地，在所述步骤A3中，根据不同的蓄能装置、不同的寿命要求选定不同的充电容量。具体地，从对应充电容量为如下任一个的电压值或电压区间，将所述电压值确定为、或者选取所述电压区间的任一电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax -针对超级电容和燃料电池的系统，对应充电容量为90%处的电压值，将所述90%处的电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax,-针对蓄电池和燃料电池作为动力系统使用时(如车辆)，对应充电容量为60°/Γ80%的电压区间，选取所述609Γ80%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax,-针对蓄电池(大电流放电能力较差)和燃料电池作为动力系统使用时(如车辆)，对应充电容量为80°/Γ90%的电压区间，选取所述80°/Γ90%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax,-针对蓄电池和燃料电池作为非动力系统使用时(如通讯基站电源)，对应充电容量为509Γ60%的电压区间，选取所述509Γ60%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax，以保持超长寿命。B、针对有能量回收的系统，确定蓄能装置电压第一设定值Umax的步骤如下步骤BI :确定系统极限充电电流，具体地，在系统使用中极限的能量回收工况下(例如叉车在举重最重，坡度最大(叉车允许的坡度情况)，加速下坡至坡道结束时刹车制动)，先使用蓄电池，进行刹车动作得到制动刹车直至结束时的系统电流、时间数据，如图7所示，该系统电流的负值电流为充电电流，计算该充电电流的平均电流作为系统极限充电电流；步骤B2:确定极限电压Ulim，具体地，判断负载保护电压最高限是否大于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是肯定的，则将极限电压Ulimit设定为等于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是否定的，则将极限电压Ulimit设定为等于负载保护电压最高限；步骤B3 :根据如下公式(2)确定预期D⑶C变换单元输出电流Iexpect
权利要求
1.一种燃料电池混合电源能量管理方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤S201 :进行初始化，具体地，首先获取如下参数的数值 -DCDC电流第一设定值Isetmin, -蓄能装置电压第一设定值Umax, -蓄能装置电压第二设定值Umin, -DCDC电流偏离允许值Ipermissible, -DCDC允许输出的最大电流设定值Imax， 然后令D⑶C电流设定值I set等于所述D⑶C电流第一设定值Isetmin ； 步骤S202 :获取蓄能装置电压Ustorage、以及D⑶C变换单元实际输出电流Idcdc，根据如下公式(I)计算D⑶C电流偏离值Ideviation Ideviation=Iset-Idcdc公式(I); 步骤S203 :符合如下情况的则相应进入步骤S204、步骤S205、或者步骤S206 -若蓄能装置电压Ustorage大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax，则进入步骤5204, -若蓄能装置电压Ustorage小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin，则进入步骤5205, -若蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin,并且D⑶C电流偏离值Ideviation大于等于D⑶C电流偏离允许值Ipermissible,则进入步骤 S206, -若蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin,并且D⑶C电流偏离值Ideviation小于D⑶C电流偏离允许值Ipermissible,则进入步骤 S207 ； 步骤S204 :如果D⑶C电流设定值Iset大于D⑶C电流第一设定值Isetmin，则逐步降低D⑶C电流设定值I set，然后进入步骤S207 ;如果D⑶C电流设定值Iset小于等于D⑶C电流第一设定值Isetmin，那么令D⑶C电流设定值Iset等于所述D⑶C电流第一设定值Isetmin,然后进入步骤S207 ； 步骤S205 :如果D⑶C电流设定值Iset小于D⑶C允许输出的最大电流设定值Imax，则增大D⑶C电流设定值I set，然后进入步骤S207 ;如果D⑶C电流设定值Iset大于等于D⑶C允许输出的最大电流设定值Imax，那么令DCDC电流设定值Iset等于DCDC允许输出的最大电流设定值Imax，然后进入步骤S207 ； 步骤S206 :如果D⑶C电流设定值Iset大于D⑶C电流第一设定值Isetmin，则以最快速度降低DCDC电流设定值Iset，然后进入步骤S207 ;如果DCDC电流设定值Iset小于等于D⑶C电流第一设定值Isetmin，那么令ECDC电流设定值Iset等于所述D⑶C电流第一设定值Isetmin，然后进入步骤S207 ； 步骤S207 :发送电流设定指令给DCDC变换单元，其中，所述电流设定指令用于将DCDC变换单元的输出电流设定为DCDC电流设定值Iset ;然后返回步骤S202。
2.根据权利要求I所述的燃料电池混合电源能量管理方法，其特征在于，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤 步骤Al :确定极限电压Ulim，具体地，判断负载保护电压最高限是否大于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是肯定的，则将极限电压Ulimit设定为等于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是否定的，则将极限电压Ulimit设定为等于负载保护电压最高限； 步骤A2 :根据如下公式(2)确定预期ECDC变换单元输出电流Iexpect 公式(2)， 其中，Irated为燃料电池额定输出功率，Edcdc为D⑶C变换单元效率； 步骤A3 在使用预期DCDC变换单元输出电流为恒定值充电的电流曲线上，得到对应充电容量为509Γ90%的电压区间，选取该电压区间的任一电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax。
3.根据权利要求2所述的燃料电池混合电源能量管理方法，其特征在于，在所述步骤A3中，从对应充电容量为如下任一个的电压值或电压区间，将所述电压值确定为、或者选取所述电压区间的任一电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax -对应充电容量为90%处的电压值，将所述90%处的电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax， -对应充电容量为60°/Γ80%的电压区间，选取所述60°/Γ80%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax, -对应充电容量为80°/Γ90%的电压区间，选取所述80°/Γ90%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax, -对应充电容量为50°/Γ60%的电压区间，选取所述50°/Γ60%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax。
4.根据权利要求I所述的燃料电池混合电源能量管理方法，其特征在于，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤 步骤BI :确定系统极限充电电流，具体地， 在系统使用中极限的能量回收工况下，先使用蓄电池，进行刹车动作得到制动刹车直至结束时的系统电流、时间数据，该系统电流的负值电流为充电电流，计算该充电电流的平均电流作为系统极限充电电流； 步骤B2 :确定极限电压Ulim，具体地，判断负载保护电压最高限是否大于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是肯定的，则将极限电压Ulimit设定为等于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是否定的，则将极限电压Ulimit设定为等于负载保护电压最高限； 步骤B3 :根据如下公式(2)确定预期ECDC变换单元输出电流Iexpect 公式(2)， 其中，Irated为燃料电池额定输出功率，Edcdc为D⑶C变换单元效率； 步骤B4 :查询不同充电电流与充电容量的测试曲线；根据系统极限充电电流对应的恒电流充电曲线，得到充至极限电压时对应的充电容量；根据该充电容量，在预期DCDC变换单元输出电流Iexpect对应的恒电流充电曲线上查找到对应的电压值，所述对应的电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax ；步骤B5:根据系统使用时极限的能量回收工况，通过使用蓄能装置电压第一设定值Umax控制的系统进行实际测试，修正蓄能装置电压第一设定值Umax使得实际测量最高电压略低于极限电压Ulim; 步骤B6 :对蓄能装置容量进行修正，具体地，根据蓄能装置充电容量/额定容量与循环次数的关系曲线、或者放电容量/额定容量与循环次数的关系曲线，查询到多次循环后充电容量/额定容量的比值，然后将蓄能装置电压第一设定值Umax与充电容量/额定容量比值的乘积作为修正后的蓄能装置电压第一设定值Umax。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的燃料电池混合电源能量管理方法，其特征在于，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤 步骤Cl :确定辅助系统最低消耗电流Is，具体地，采用得到的蓄能装置电压第一设定值Umax控制的系统，让系统处于怠机状态，系统稳定后，辅助系统消耗降至最低值，测量此时的辅助系统的电流即最低消耗电流； 步骤C2 :将辅助系统最低消耗电流与系数K的乘积作为DCDC电流第一设定值Isetmin,其中，系数K小于I。
6.根据权利要求5所述的燃料电池混合电源能量管理方法，其特征在于，系数K为O. 6。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的燃料电池混合电源能量管理方法，其特征在于，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤 步骤Dl :根据如下公式(3)确定DCDC允许输出的最大电流设定值Imax
8.根据权利要求5所述的燃料电池混合电源能量管理方法，其特征在于，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤 步骤El :根据如下公式(4)确定最低荷电容量Cmin C Hiin=C-(IS-Isetmin) · T公式(4) 其中，C为充电容量，Is为辅助系统最低消耗电流，T为时间，所述充电容量是在以DCDC允许输出的最大电流设定值Imax为电流的恒电流充电的充电容量与充电电压曲线上，查找充电电压为蓄能装置电压第一设定值Umax所对应的充电容量，所述时间根据系统需要响应的速度设置； 步骤E2 :根据最低荷电容量Cmin，在以DCDC允许输出的最大电流设定值Imax为电流的恒电流充电的充电容量与充电电压曲线上，查找最低荷电容量Cmin所对应的充电电压，选取该充电电压为蓄能装置电压第二设定值Umin。
全文摘要
本发明提供了一种燃料电池混合电源能量管理方法，包括步骤初始化；根据测量的蓄能装置电压和DCDC变换单元输出实际电流来控制DCDC变换单元的输出电流，响应负载状态的变化引起的能量需求，同时保证蓄能装置在最佳的荷电状态；发送电流设定指令给DCDC变换单元。本发明不再采用SOC计算模式，系统不再依赖于电流的传感器的准确性、可靠性；并且本发明兼容性强、可靠性高、实用性强、输出电压稳定，同一系统可以适用于更多的型号不同的车辆(叉车)，不需要校正参数，通过提前设置参数来对电池容量下降回带来的提前修正，保证了系统的长期的可靠性。
文档编号H01M10/46GK102881956SQ20121037587
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者葛栩栩 申请人:引峰新能源科技(上海)有限公司