[发明专利]混合动力控制方法和混合动力系统

说明书

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种混合动力控制方法和混合动力系统。

背景技术

燃料电池(FuelCell)是将反应物的化学能直接转化为电能的电化学装置。如图1所示的质子交换膜燃料电池(PEMFC)，包含电解质以及连接到电解两侧的多孔渗水阴极与阳极组成。电池的阴极与阳极由集流板，反应气体流道，气体扩散层(GDL)，微孔层，催化层组成。在这些部件中，集流板是起收集电子，向外输出电能的部件，其材料一般为导电率高、力学性能稳定的金属组成。反应气体流道为反应气体提供流动的通道，同时将反应的水排出燃料电池内部。气体扩散层是导电材料制成的多孔合成物，既利于反应物均匀分配和生产物的及时排出，同时传递电子和热量。微孔层是涂布在GDL上的薄层，它可以均匀分配反应气体，提高电堆性能。催化层的作用是使电池内部O2与燃料发生电化学反应，催化剂的性能直接影响到质子交换膜燃料电池的性能。如图1所示质子交换膜物质流向，燃料电池连续不断地向阳极输送燃料(H2)，向阴极输送氧气(O2)，在电极表面催化剂的作用下发生电化学反应。带电H+通过电解质从一个电极转移到另外一个电极，电子通过外部的电路实现电流的循环，形成电流。

在燃料电池反应的过程中，通过电化学反应将燃料的化学能直接转换为电能，而电化学反应不受到卡诺循环的限制，这样的利用方式可以获得更好的转换效率。如图2所示，传统的燃料利用方式中，都有一个热交换过程，如火力发电系统中，需要将化学能转换为热能，热能转换为动能，然后将动能转换为电能；内燃机驱动中需要将化学能转换为热能，然后将热能转换为动能。在这样的热传递过程中，热机受到卡诺循环的限制，转换效率不高，整体的效率通常为33％-35％，将近2/3的能力以热能形式在交换过程中浪费掉。

燃料电池与蓄电池都是将化学能转换为电能的电化学装置，他们之间最大的不同在于燃料电池是能量转换装置，蓄电池是一个能力储存装置。理论上分析，只要不断的给燃料电池供给燃料，燃料电池就可以连续不断的输出电能。这样的原理，可以让燃料电池获得更高的功率密度。

在已有的基于燃料电池和蓄电池设计的混合动力系统中，例如申请号：200680029038.5名为：燃料电池汽车的发明专利以及申请号：201110082662.4名为：一种燃料电池混合动力整车控制方法的发明专利，均通过整车整理管理控制器，收集整车信息，比如司机的油门信号，整车故障信号，蓄电池信号以及燃料电池DC/DC信号，综合这些信号进行算法设计，并将各自能量分配大小发送给对应的部件，比如控制燃料电池DC/DC或者电机控制器等操作。基于这种类型的能量管理系统，一方面整车能量控制系统需要收集足够的信息进行计算，形成集中控制的结构，一旦整车能量管理控制器失灵或者通信总线失效，整车能量管理甚至控制将面临失效风险；另外一方面，蓄电池的容量将越来越小，在刹车过程中，能够回馈到蓄电池的电能大小和速度均明显减小，刹车过程中如果基于通信总线进行能量管理与分配，由于通信存在失效性，很可能导致母线上的电压瞬时过高或者蓄电池充电电流过大导致的寿命减小甚至损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种混合动力控制方法和系统，解决了现有技术中依赖通信总线进行混合动力能量控制而造成的失效风险。

本发明一实施例提供的一种混合动力控制方法，应用于一种混合动力系统，所述混合动力系统包括：燃料电池、蓄电池和电机，所述燃料电池和蓄电池均通过母线与所述电机电连接；其中，所述方法包括：

当所述母线的电压值低于V1_H时，通过调整所述燃料电池供给所述母线的电能来使所述母线的电压值趋近V1_L；反之，停止将所述燃料电池产生的电能供给所述母线；

当所述母线的电压值高于V2_L时，通过调整所述母线供给所述蓄电池的充电电能来使所述母线的电压值趋近V2_H；反之，停止向所述蓄电池充电；

当所述母线的电压值低于V3_H时，通过调整所述蓄电池供给所述母线的放电电能来使所述母线的电压值趋近V3_L；反之，停止所述蓄电池的放电；

其中，V3_L<V3_H<V1_L<V1_H<V2_L<V2_H。

本发明一实施例还提供一种混合动力系统，包括：燃料电池、燃料电池控制器、蓄电池、充电控制器、放电控制器和电机；其中，所述燃料电池控制器通过母线与所述充电控制器和所述放电控制器连接，所述电机利用所述母线上的电能进行运转；