[发明专利]小功率燃料电池汽车及其控制系统和控制方法

说明书

本发明公开了一种小功率燃料电池汽车的控制系统，包括：小功率燃料电池发动机、DC/DC转换器、燃料电池管理器、动力电池、动力电池管理器、模式选择开关、逆变器和整车控制器。整车控制器根据模式选择开关的状态和动力电池的荷电值确定小功率燃料电池发动机以经济等级功率、高等级功率、额定功率和峰值功率中的哪一种功率进行工作，并根据小功率燃料电池发动机的工作模式控制燃料电池管理器，在动力电池的荷电值处于预设范围内时，整车控制器控制燃料电池管理器启动小功率燃料电池发动机输出持续稳定的功率，以及控制动力电池提供瞬时功率。本发明能够优化整车能量分配，使燃料电池系统工作点稳定，从而延长燃料电池系统的使用寿命。

技术领域

本发明涉及电动汽车动力装置技术领域，具体涉及一种小功率燃料电池汽车及其控制系统和控制方法

背景技术

随着能源危机和环境恶化的进一步加剧，节能和环保已经成为目前汽车发展的主题。其中，燃料电池汽车由于具有零排放、效率高、续驶里程长等多种优点，因此被认为是未来汽车的主要发展方向之一。

车辆的运行控制是一项非常复杂的过程，其频繁的启动、加速和爬坡，对车辆中动力系统功率源的功率等级要求较高，同时对功率源的功率变化响应时间要求也较高。

对于以燃料电池为主要驱动功率源的车辆，燃料电池的输出同样需要随着车载工况等进行变化，而燃料电池在此种动态工况下工作时，其耐久性及寿命欠佳，并且燃料电池的动态响应比较慢，在启动、急加速或爬陡坡时燃料电池的输出特性无法满足车辆的行驶要求。同时，对于以燃料电池为主要功率源的汽车，其采用的燃料电池的成本也势必较高。

燃料电池汽车通常具有两个动力源，因此，动力系统的能量管理和控制是燃料电池汽车的核心技术之一。能量管理和控制的主要作用是根据燃料电池和动力电池的参数特点，实时控制能量输出，优化能量分配，同时减少燃料电池系统的动态负荷，保护燃料电池构成的动力系统；并且，通过优化燃料电池的工作区域，使动力系统的运行效率最优。

目前，常用的燃料电池构成的电力系统的控制策略可分为定点输出式和功率跟随式，且两者各有特点。

其中，定点输出式控制，即选择燃料电池在高效区高等级功率范围内以定点稳定工作，以此避免燃料电池的功率在大范围内快速波动，有利于燃料电池寿命的提升。但定点输出式控制同样存在其缺点，该缺点是：需要搭配大功率动力电池，这就极大的增加了车辆的整车成本。

功率跟随式控制，即燃料电池的输出功率跟随车辆需求功率的变化而变化，而动力电池的输出功率针对动力系统的输出功率起到削峰填谷的作用，以在车辆加速和爬坡时提供辅助功率，同时能够通过动力电池回收制动能量，其能量分配的原则是根据动力电池和燃料电池各自局部的最优功率分配，然后进行整个动力系统的最优功率调节，使动力电池和燃料电池两者相互折中，以达到能量的最优分配。然而，功率跟随式控制策略同样存在缺点，具体为：功率跟随式控制策略中，其没有考虑到动力系统参数的匹配特点和特定的行驶工况，因此，不能够充分、有效的发挥动力电池和燃料电池的作用，不利于车辆整车动力系统运行效率的提高，并且，在车辆整车需求功率变化较大工况下，功率跟随式控制策略往往会对燃料电池构成的动力系统造成损害。

因此，如何设计一种能够更加有效的对燃料电池与动力电池进行高效控制，确保车辆动力系统高效工作，同时还能够有效控制车辆动力系统成本的燃料电池动力系统及其控制方法就成为了亟待解决的事情。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种能够优化整车能量分配，使得燃料电池系统工作点稳定，功率输出波动小，延长燃料电池系统的使用寿命的小功率燃料电池汽车及其控制系统和控制方法。

本发明采用的技术方案为：