CN119239321B - 一种燃料电池车辆的能量管理方法、系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种燃料电池车辆的能量管理方法、系统及车辆，涉及车辆技术领域。该方法通过获取燃料电池车辆的车辆运营分析数据；根据驱动电机的母线电压、母线电流油门开度信息以及车辆坡度信息，计算驱动电机的驱动功率；根据动力电池的母线电压、其他耗能系统的耗能信息，计算其他耗能系统的耗能功率；根据车辆行驶模式、驱动功率修正系数和其他功率修正系数，对驱动电机的驱动功率以及耗能功率进行加权修正，确定目标车辆需求功率；根据动力电池的当前荷电状态值、目标车辆需求功率、车辆行驶模式，确定燃料电池的电堆需求功率；根据电堆需求功率，控制燃料电池进行功率输出。从而，使得车辆运行更加高效，降低运行成本。

Description

一种燃料电池车辆的能量管理方法、系统及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池车辆的能量管理方法、系统及车辆。

背景技术

燃料电池卡车是汽车行业为实现节能目标而发展的一项重要技术。燃料电池卡车具备动力电池和燃料电池系统两套能量系统。然而，燃料电池系统具有响应时间长、对环境温度敏感、频繁快速变载严重影响燃料电池寿命等问题，卡车具有运营工况多变、驾驶员行为多变等问题，因此，燃料电池系统和卡车两方面问题叠加，导致燃料电池卡车的运行效率低、运行成本高，还影响燃料电池的寿命。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，本申请提供了一种燃料电池车辆的能量管理方法、系统及车辆，以解决现有技术中燃料电池卡车运行效率低等问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供一种燃料电池车辆的能量管理方法，应用于所述燃料电池车辆的控制设备，所述方法包括：

获取所述燃料电池车辆的车辆运营分析数据，所述车辆运营分析数据包括：驱动功率修正系数、其他功率修正系数；

根据所述燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流、所述燃料电池车辆的油门开度信息以及所述燃料电池车辆的车辆坡度信息，计算所述驱动电机的驱动功率；

根据所述燃料电池车辆上动力电池的母线电压、其他耗能系统的耗能信息，计算所述其他耗能系统的耗能功率；

根据所述燃料电池车辆的车辆行驶模式、所述驱动功率修正系数和所述其他功率修正系数，对所述驱动电机的驱动功率以及所述耗能功率进行加权修正，确定所述燃料电池车辆的目标车辆需求功率；

根据所述燃料电池车辆上动力电池的当前荷电状态值、所述目标车辆需求功率、所述车辆行驶模式，确定所述燃料电池车辆上燃料电池的电堆需求功率；

根据所述电堆需求功率，控制所述燃料电池进行功率输出。

可选地，所述根据所述燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流、所述燃料电池车辆的油门开度信息以及所述燃料电池车辆的车辆坡度信息，计算所述驱动电机的驱动功率，包括：

根据所述燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流，计算所述驱动电机的实际功率；

根据所述油门开度信息以及所述车辆坡度信息，计算所述驱动电机的修正功率；

根据所述驱动电机的实际功率和修正功率，计算所述驱动电机的驱动功率。

可选地，所述其他耗能系统包括：空调系统、转向系统、制动系统以及车载低压系统，所述其他耗能系统的耗能信息包括：所述空调系统的能耗电流、所述转向系统的能耗电流、所述制动系统的能耗电流以及车载低压系统的能耗电流；所述根据所述燃料电池车辆上动力电池的母线电压、其他耗能系统的耗能信息，计算所述其他耗能系统的耗能功率，包括：

根据所述动力电池的母线电压、所述空调系统的能耗电流、所述转向系统的能耗电流、所述制动系统的能耗电流以及车载低压系统的能耗电流，计算所述其他耗能系统的耗能功率。

可选地，所述根据所述燃料电池车辆上动力电池的当前荷电状态值、所述目标车辆需求功率、所述车辆行驶模式，确定所述燃料电池车辆上燃料电池的电堆需求功率，包括：

若所述目标车辆需求功率大于燃料电池的电堆输出功率，则确定燃料电池的最大输出功率作为所述电堆需求功率；

若所述目标车辆需求功率小于或等于所述燃料电池的电堆输出功率，则确定燃料电池的最高效输出功率作为所述电堆需求功率。

可选地，所述车辆运营分析数据还包括：荷电状态修正系数、车辆运营工况类型；所述方法还包括：

根据所述荷电状态修正系数，对所述动力电池的目标荷电状态值进行修正；

根据所述车辆运营工况类型，确定所述燃料电池车辆的目标运营工况，所述目标运营工况用于指示所述燃料电池车辆是否处于重载短途运输工况。

可选地，所述根据所述电堆需求功率，控制所述燃料电池进行功率输出之前，所述方法还包括：

根据预设功率变速间隔内多个历史时刻所述燃料电池的历史电堆需求功率以及所述多个历史时刻对应的加权值，对当前时刻所述燃料电池的电堆需求功率进行滤波处理。

可选地，所述车辆运营分析数据还包括：最优能量回收档位信息；所述方法还包括：

根据所述燃料电池车辆上驱动电机的当前运行模式，计算所述驱动电机的需求扭矩，所述当前运行模式为：启动模式、蠕行模式、油门驱动模式、定速巡航模式、制动能量回收模式，或车辆跛行模式；

根据所述最优能量回收档位信息，对所述需求扭矩进行修正；

根据预设权值参数，对修正后的当前时刻的需求扭矩和预设历史时刻的历史需求扭矩进行加权运算，得到所述驱动电机的目标扭矩；

根据所述目标扭矩，对所述驱动电机进行控制。

可选地，所述根据所述燃料电池车辆上驱动电机的当前运行模式，计算所述驱动电机的需求扭矩，包括：

若所述当前运行模式为启动模式，对所述动力电池和所述燃料电池进行高压自检，并在所述燃料电池车辆处于静止状态时，确定所述需求扭矩为预设最小扭矩；

若所述当前运行模式为蠕行模式，根据所述驱动电机的初始扭矩和反馈扭矩之和，计算所述需求扭矩，所述初始扭矩为车辆空载以预设蠕行目标车速进行蠕行的扭矩，所述反馈扭矩为当前车速与所述蠕行目标车速的差计算的实时反馈扭矩；

若所述当前运行模式为油门驱动模式，则根据所述燃料电池车辆在当前装载模式下所述驱动电机的预设最大扭矩，以及所述油门开度信息，计算所述需求扭矩，所述当前装载模式为：空载模式、半载模式或者满载模式；

若所述当前运行模式为定速巡航模式，则根据所述燃料电池车辆的当前车速和预设巡航车速的偏差，计算所述需求扭矩；

若所述当前运行模式为制动能量回收模式，根据所述燃料电池车辆的当前车速和制动开度信息，查表得到所述需求扭矩，或者，根据所述燃料电池车辆的当前车速和预设能量回收档位，查表得到所述需求扭矩；

若所述当前运行模式为车辆跛行模式，则根据所述燃料电池车辆的当前车速、预设最高车速、所述驱动电机的预设最大扭矩和实时转速，计算所述需求扭矩。

第二方面，本申请实施例提供一种燃料电池车辆的能量管理系统，所述能量管理系统包括：控制设备、动力电池、燃料电池、驱动电机控制系统、变速箱的控制系统、其他耗能系统；

所述控制设备分别连接所述动力电池、所述燃料电池、所述驱动电机控制系统、所述变速箱的控制系统、所述其他耗能系统，所述控制设备用于执行上述第一方面任一所述的能量管理方法。

第三方面，本申请实施例提供一种燃料电池车辆，所述燃料电池车辆包括：车辆本体，以及设置在所述车辆本体上的上述第二方面所述的能量管理系统。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请提供了一种燃料电池车辆的能量管理方法、系统及车辆。该方法通过获取燃料电池车辆的车辆运营分析数据，车辆运营分析数据包括：驱动功率修正系数、其他功率修正系数；根据燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流、燃料电池车辆的油门开度信息以及燃料电池车辆的车辆坡度信息，计算驱动电机的驱动功率；根据燃料电池车辆上动力电池的母线电压、其他耗能系统的耗能信息，计算其他耗能系统的耗能功率；根据燃料电池车辆的车辆行驶模式、驱动功率修正系数和其他功率修正系数，对驱动电机的驱动功率以及耗能功率进行加权修正，确定燃料电池车辆的目标车辆需求功率；根据燃料电池车辆上动力电池的当前荷电状态值、目标车辆需求功率、车辆行驶模式，确定燃料电池车辆上燃料电池的电堆需求功率；根据电堆需求功率，控制燃料电池进行功率输出。从而，在保证车辆行驶功率需求的同时，合理控制燃料电池的发电功率与驱动电机的输出功率，使得车辆运行更加高效，降低运行成本，延长了燃料电池的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种燃料电池车辆的能量管理系统的结构示意图；

图2为本申请提供的一种燃料电池车辆的能量管理方法的流程示意图；

图3为本申请实施例还提供的一种计算驱动电机的驱动功率的方法的流程示意图；

图4为本申请实施例还提供的一种确定燃料电池的电堆需求功率的方法的流程示意图；

图5为本申请实施例还提供的另一种燃料电池车辆的能量管理方法的流程示意图；

图6为本申请实施例还提供的又一种燃料电池车辆的能量管理方法的流程示意图；

图7为本申请实施例还提供的一种计算驱动电机的需求扭矩的方法的流程示意图；

图8为本申请实施例提供的一种燃料电池车辆的能量管理装置的示意图；

图9为本申请实施例提供的一种控制设备的示意图。

图标：1-控制设备、2-动力电池、3-燃料电池、4-驱动电机控制系统、5-变速箱的控制系统、6-其他耗能系统、801-获取模块、802-第一计算模块、803-第二计算模块、804-第一确定模块、805-第二确定模块、806-控制模块、901-处理器、902-存储介质。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：类似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

如下通过具体示例对本申请提供的燃料电池车辆的能量管理方法所应用的能量管理系统进行介绍。图1为本申请实施例提供的一种燃料电池车辆的能量管理系统的结构示意图。如图1所示，该能量管理系统包括：控制设备1、动力电池2、燃料电池3、驱动电机控制系统4、变速箱的控制系统5、其他耗能系统6。

控制设备1分别连接动力电池2、燃料电池3、驱动电机控制系统4、变速箱的控制系统5、其他耗能系统6，控制设备用于执行本申请提供的任一能量管理方法。

控制设备1为车辆的中央控制器或者整车控制器，亦或是其他具有控制功能的控制器。控制设备1还与数据分析平台通信连接，用于获取数据分析平台下发的车辆数据，数据分析平台可以为智能网联平台。

动力电池2包括动力电池管理系统以及动力电池，分别进行车辆动力电池的管理以及为车辆提供能量供给。

燃料电池3可以是氢燃料电池，也可以是其他燃料电池，如甲烷燃料电池等。若燃料电池3是氢燃料电池，则包括氢燃料电池控制器、氢瓶控制器、氢燃料电池以及氢瓶，分别进行氢燃料电池的控制、氢瓶的控制，并为车辆提供能量供给。

驱动电机控制系统4进行驱动电机的控制，驱动电机提供驱动力驱动车辆行驶。

变速箱的控制系统5进行变速箱的控制，变速箱将来自电机的驱动力进行增扭减速。

其他耗能系统6包括车辆驾驶室空调、车辆转向助力系统、制动助力系统、车辆照明灯系统，分别进行驾驶室环境调节、车辆转向制动辅助、车辆行驶辅助等。

在上述图1对应的实施例的基础上，本申请还提供了一种燃料电池车辆。该燃料电池车辆包括：车辆本体，以及设置在车辆本体上的本申请提供的能量管理系统。

如下通过具体示例对本申请提供的一种燃料电池车辆的能量管理方法进行解释说明。图2为本申请提供的一种燃料电池车辆的能量管理方法的流程示意图，该方法的执行主体是燃料电池车辆的控制设备，该控制设备具有计算处理功能。如图2所示，该方法包括：

S101、获取燃料电池车辆的车辆运营分析数据。

其中，车辆运营分析数据包括：驱动功率修正系数、其他功率修正系数。

驱动功率修正系数用于对驱动功率进行修正。根据驱动电机工作点在电机效率MAP中的分布进行计算，将车辆选型的驱动电机系统MAP分为三个区：低效区AL、一般区AM、高效区AH。

具体的计算分析方式如下公式（1）所示：

（1）

其中，为驱动功率修正系数，T（i）为驱动电机运行过程中的驱动扭矩，n（i）为驱动电机运行过程中的实际转速，为驱动电机的直流母线电压，为驱动电机的直流母线电流，为低效区AL的权重，为一般区AM的权重，为高效区AH的权重。

其他功率修正系数用于对其他耗能系统的耗能功率进行修正。

其他功率修正系数的计算分析方式如下公式（2）所示：

（2）

其中，为其他功率修正系数，和分别为电池放电模式下的母线电压和母线电流，和分别为燃料电池的发电电压和电流，和分别为驱动电机耗电时的母线电压和母线电流，为其他耗能系统的耗能功率。

示例地，为了计算精准，选择车辆运营至少1000km以上的运营数据进行上述计算。

S102、根据燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流、燃料电池车辆的油门开度信息以及燃料电池车辆的车辆坡度信息，计算驱动电机的驱动功率。

母线电压、母线电流直接可以表征出驱动电机的驱动功率，再油门开度信息以及燃料电池车辆的车辆坡度信息对驱动功率进行修正，得到更加精准的驱动功率。

S103、根据燃料电池车辆上动力电池的母线电压、其他耗能系统的耗能信息，计算其他耗能系统的耗能功率。

其他耗能系统是指车辆上除驱动电机之外的其他耗能系统。驱动电机的驱动功率和其他耗能系统的耗能功率可以共同表征出车辆的全部耗能功率。

S104、根据燃料电池车辆的车辆行驶模式、驱动功率修正系数和其他功率修正系数，对驱动电机的驱动功率以及耗能功率进行加权修正，确定燃料电池车辆的目标车辆需求功率。

目标车辆需求功率的计算方式如下公式（3）表示：

（3）

其中，目标车辆需求功率为，驱动功率为，其他耗能系统的耗能功率为，车辆行驶模式为，其中驱动模式为、车辆电制动模式为、车辆停车等待模式为，车辆行驶模式可以根据车速、挡位等信息确定。

充分考虑驱动功率以及耗能功率，并采用驱动功率修正系数和其他功率修正系数进行修改，使得目标车辆需求功率的计算更加精准。

进一步地，在S104之前，根据燃料电池车辆的车速信息、挡位信息以及制动开度信息，确定车辆行驶模式，其中，车辆行驶模式为驱动模式、电制动模式或者停车等待模式。

S105、根据燃料电池车辆上动力电池的当前荷电状态值、目标车辆需求功率、车辆行驶模式，确定燃料电池车辆上燃料电池的电堆需求功率。

为保证车辆内部的功能系统以最高效的方式进行运转。除了考虑车辆上的燃料电池之外，还需要考虑车辆上的动力电池，以使得燃料电池与动力电池相互结合，确定车辆上燃料电池的电堆需求功率。

S106、根据电堆需求功率，控制燃料电池进行功率输出。

以电堆需求功率控制燃料电池进行功率输出。从而，在保证车辆行驶功率需求的同时，合理控制燃料电池的发电功率与驱动电机的输出功率，使得车辆运行更加高效，降低运行成本。

综上，在本实施例中，获取燃料电池车辆的车辆运营分析数据，车辆运营分析数据包括：驱动功率修正系数、其他功率修正系数；根据燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流、燃料电池车辆的油门开度信息以及燃料电池车辆的车辆坡度信息，计算驱动电机的驱动功率；根据燃料电池车辆上动力电池的母线电压、其他耗能系统的耗能信息，计算其他耗能系统的耗能功率；根据燃料电池车辆的车辆行驶模式、驱动功率修正系数和其他功率修正系数，对驱动电机的驱动功率以及耗能功率进行加权修正，确定燃料电池车辆的目标车辆需求功率；根据燃料电池车辆上动力电池的当前荷电状态值、目标车辆需求功率、车辆行驶模式，确定燃料电池车辆上燃料电池的电堆需求功率；根据电堆需求功率，控制燃料电池进行功率输出。从而，在保证车辆行驶功率需求的同时，合理控制燃料电池的发电功率与驱动电机的输出功率，使得车辆运行更加高效，降低运行成本，延长了燃料电池的寿命。

在上述图2对应的实施例的基础上，本申请实施例还提供了一种计算驱动电机的驱动功率的方法。图3为本申请实施例还提供的一种计算驱动电机的驱动功率的方法的流程示意图。如图3所示，在S102中的根据燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流、燃料电池车辆的油门开度信息以及燃料电池车辆的车辆坡度信息，计算驱动电机的驱动功率，包括：

S201、根据燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流，计算驱动电机的实际功率。

驱动电机的实际功率的具体计算方式如下公式（4）所示：

（4）

其中，为驱动电机的实际扭矩母线电压，为驱动电机的实际扭矩母线电流。当I_bus大于0时，驱动电机为耗能模式；当I_bus小于0时，驱动电机为能量回收模式。

S202、根据油门开度信息以及车辆坡度信息，计算驱动电机的修正功率。

驱动电机的修正功率的具体计算方式如下公式（5）所示：

（5）

其中，为油门开度信息，θ为车辆坡度信息，为油门权重，为坡度权重。

S203、根据驱动电机的实际功率和修正功率，计算驱动电机的驱动功率。

驱动功率根据电机的实际功率和根据工况的修正功率进行计算。驱动电机的驱动功率的具体计算方式如下公式（3）所示：

（6）

其中，为驱动电机的驱动功率。

综上，在本实施例中，根据燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流，计算驱动电机的实际功率；根据油门开度信息以及车辆坡度信息，计算驱动电机的修正功率；根据驱动电机的实际功率和修正功率，计算驱动电机的驱动功率。从而，综合考虑实际功率与修正功率，精准地计算得到驱动功率。

在上述图2对应的实施例的基础上，在本申请另一实施例中，其他耗能系统包括：空调系统、转向系统、制动系统以及车载低压系统，其他耗能系统的耗能信息包括：空调系统的能耗电流、转向系统的能耗电流、制动系统的能耗电流以及车载低压系统的能耗电流。

在S103中的根据燃料电池车辆上动力电池的母线电压、其他耗能系统的耗能信息，计算其他耗能系统的耗能功率，包括：

根据动力电池的母线电压、空调系统的能耗电流、转向系统的能耗电流、制动系统的能耗电流以及车载低压系统的能耗电流，计算其他耗能系统的耗能功率。

车辆驾驶室空调系统的压缩机、暖风PTC、转向系统、制动系统的能量供给直接来自车辆高压系统，设定车辆动力电池母线电压为U_bat，设定空调工作模式为，当空调工作模式为制冷模式时，能耗电流为I_AC。当空调工作模式为制热模式时，能耗电流为，转向系统能耗电流为，制动系统消耗电流为；车辆热管理系统和车辆其他附件系统为车载低压系统，车载低压系统的能耗电流为。

耗能功率的具体计算方式如下公式（7）所示：

（7）

其中，为其他耗能系统的耗能功率。

综上，在本实施例中，其他耗能系统包括：空调系统、转向系统、制动系统以及车载低压系统，其他耗能系统的耗能信息包括：空调系统的能耗电流、转向系统的能耗电流、制动系统的能耗电流以及车载低压系统的能耗电流；根据动力电池的母线电压、空调系统的能耗电流、转向系统的能耗电流、制动系统的能耗电流以及车载低压系统的能耗电流，计算其他耗能系统的耗能功率。从而，精准计算其他耗能系统的能耗功率。

在上述图2对应的实施例的基础上，本申请实施例还提供了一种确定燃料电池的电堆需求功率的方法。图4为本申请实施例还提供的一种确定燃料电池的电堆需求功率的方法的流程示意图。如图4所示，在S105中的根据燃料电池车辆上动力电池的当前荷电状态值、目标车辆需求功率、车辆行驶模式，确定燃料电池车辆上燃料电池的电堆需求功率，包括：

S301、若目标车辆需求功率大于燃料电池的电堆输出功率，则确定燃料电池的最大输出功率作为电堆需求功率。

若目标车辆需求功率大于电堆输出功率，则表明目标车辆需要燃料电池和动力电池同时提供能量，动力电池处于放电状态。因此，确定燃料电池的最大输出功率作为电堆需求功率，以增大电堆输出功率，满足车辆的能量需求。

S302、若目标车辆需求功率小于或等于燃料电池的电堆输出功率，则确定燃料电池的最高效输出功率作为电堆需求功率。

若目标车辆需求功率小于或等于电堆输出功率，则表明目标车辆仅需要燃料电池同时提供能量，动力电池处于充电状态。因此，确定燃料电池的最高效输出功率作为电堆需求功率。无需燃料电池以最大输出功率进行供能，以最高效输出功率作为电堆需求功率，保证燃料电池高效运转。

其中，预设荷电状态上限值、预设荷电状态下限值为预设值。

上述步骤S301与S302只作示例说明，并无严格的先后顺序。

综上，在本实施例中，若目标车辆需求功率大于燃料电池的电堆输出功率，则确定燃料电池的最大输出功率作为电堆需求功率；若目标车辆需求功率小于或等于燃料电池的电堆输出功率，则确定燃料电池的最高效输出功率作为电堆需求功率。从而，在满足车辆能量需求的前提下，保证了燃料电池高效运转。

在上述图2对应的实施例的基础上，本申请实施例还提供了另一种燃料电池车辆的能量管理方法。图5为本申请实施例还提供的另一种燃料电池车辆的能量管理方法的流程示意图。车辆运营分析数据还包括：荷电状态修正系数、车辆运营工况类型；如图5所示，该方法还包括：

S401、根据荷电状态修正系数，对动力电池的目标荷电状态值进行修正。

荷电状态修正系数的计算方式如下公式（8）所示：

（8）

其中，为荷电状态修正系数，为车辆总计行驶里程对修正系数的影响系数，为车辆总计行驶里程，为车辆总计运营时间对修正系数的影响系数，为总计运营时间，为电池健康度对修正系数的影响系数，为电池健康程度系数。

动力电池的目标荷电状态值（SOC）的初始值根据车辆所搭载的动力电池进行设定，初始值SOC_Ini通常设定为60%，此值的设定保证动力电池具有良好的充电能力和放电能力。根据动力电池目标SOC的荷电状态修正系数进行电堆运行启停边界的设定，修正后动力电池的目标SOC修改为SOC_Target，当确认目标SOC数据更新后，将SOC_Target下电保存，下次上电时将本次保存的SOC作为下次目标SOC。SOC_Target的计算公式如下公式（9）所示：

（9）

S402、根据车辆运营工况类型，确定燃料电池车辆的目标运营工况，目标运营工况用于指示燃料电池车辆是否处于重载短途运输工况。

车辆运营工况类型θ取值为1、2、3、4。主要根据车辆的运营时长、运营地点、载重、车辆空满载状态、坡度、空载平均等待时长、满载平均等待时长等进行特征识别对比确认运营工况。商用汽车常见的运营工况为长途干线运输工况、重载短途运输工况、西南山区工况以及综合工况。根据对车辆一次完整的上下电过程中的车辆的运营时长、运营地点、载重、车辆空满载状态、坡度、空载平均等待时长、满载平均等待时长进行计算，并与各运营工况的特点进行比较，确认车辆当前的运营工况。在本实施例中，当θ=1时，表示运营工况为长途线运输工况，其特点是在高速公路运输；当θ=2时，表示运营工况为重载短途运输工况，其主要特点是路况多样，包括高速公路和国道；当θ=3时，表示运营工况为西南山区工况，其主要特点是路况异常负载，包括各种陡坡和长坡；当θ=4时，表示运营工况为综合工况，其主要特点是路况多样，包括高速公路和国道。

当运营工况为重载短途运输工况，即θ=2时，车辆停车时，燃料电池电堆的发电功率需求根据电堆最高效功率区间进行设置。

示例地，电堆最高效功率区间为预先根据燃料电池及车辆信息进行设置。

综上，在本实施例中，车辆运营分析数据还包括：荷电状态修正系数、车辆运营工况类型；根据荷电状态修正系数，对动力电池的目标荷电状态值进行修正；根据车辆运营工况类型，确定燃料电池车辆的目标运营工况，目标运营工况用于指示燃料电池车辆是否处于重载短途运输工况。从而，更加精准地进行车辆的能量管理。

示例地，控制设备对计算得到的荷电状态修正系数、车辆运营工况类型、驱动功率修正系数和其他功率修正系数需要进行二次确认。如果上述参数均在预设合理范围内，则采用上述参数。如果上述参数未在预设合理范围内，则设置车辆运营工况类型为4，荷电状态修正系数、驱动功率修正系数和其他功率修正系数均为1。

在上述图2对应的实施例的基础上，在本申请另一实施例中，在S106中的根据电堆需求功率，控制燃料电池进行功率输出之前，方法还包括：

根据预设功率变速间隔内多个历史时刻燃料电池的历史电堆需求功率以及多个历史时刻对应的加权值，对当前时刻燃料电池的电堆需求功率进行滤波处理。

根据电堆的变载特性需求、电堆的输出能力对电堆的输出功率进行滤波。考虑频繁波动会大幅衰减燃料电池系统的寿命，设计加权均值滤波算法对需求功率进行滤波。T为预设功率变速间隔，变载速率设定为N kW/s，设定为滤波处理后的电堆功率需求，为（t-i）时刻计算的电堆需求功率的权值，为（t-i）时刻的电堆功率需求。因此，经过经过加权均值滤波的t时刻的电堆功率需求如下公式（10）所示：

（10）

综上，在本实施例中，根据预设功率变速间隔内多个历史时刻燃料电池的历史电堆需求功率以及多个历史时刻对应的加权值，对当前时刻燃料电池的电堆需求功率进行滤波处理。从而，通过滤波处理，得到根据精准的电堆需求功率。

在上述图2对应的实施例的基础上，本申请实施例还提供了又一种燃料电池车辆的能量管理方法。图6为本申请实施例还提供的又一种燃料电池车辆的能量管理方法的流程示意图。如图6所示，车辆运营分析数据还包括：最优能量回收档位信息，该方法还包括：

S501、根据燃料电池车辆上驱动电机的当前运行模式，计算驱动电机的需求扭矩。

其中，当前运行模式为：启动模式、蠕行模式、油门驱动模式、定速巡航模式、制动能量回收模式，或车辆跛行模式。

不同的运行模式对应不同的驱动电机需求扭矩。

S502、根据最优能量回收档位信息，对需求扭矩进行修正。

当能量回收挡位为自动挡时，根据解析的当前挡位信息进行车辆能量回收扭矩计算，对需求扭矩进行修正。

示例地，通常情况下，根据车辆车型的差异，能量回收挡位为6个挡位（0-5挡），挡位值越大，能量回收越强。此外，也会将其中一个档位（例如0挡）设置为能量回收自动挡，在能量回收自动挡位时，会根据车辆运行工况（主要是坡度和坡道长度），自动匹配1-5挡的能量回收扭矩的扭矩预设值给0挡，从而实现对需求扭矩进行修正，避免新手司机来回调节能量回收挡位。

S503、根据预设权值参数，对修正后的当前时刻的需求扭矩和预设历史时刻的历史需求扭矩进行加权运算，得到驱动电机的目标扭矩。

通过加权运算，对驱动电机的需求扭矩进行滤波，保证扭矩平滑、不出现突变等情况，进而保证车辆不同驾驶模式运行时的车辆平顺性。

扭矩滤波采用低通滤波算法，设定为整车中央控制器经过滤波后发送给驱动电机的需求扭矩，为车辆中央控制器根据驾驶需求计算的当次电机需求扭矩，为当次计算的电机需求扭矩的权值，为车辆中央控制器上次计算的电机需求扭矩，为上次计算的电机需求扭矩的权值，为车辆中央控制器计算的上上次的电机需求扭矩，为上上次计算的电机需求扭矩的权值，因此目标扭矩的加权计算方式如下公式（11）所示：

（11）

S504、根据目标扭矩，对驱动电机进行控制。

综上，在本实施例中，车辆运营分析数据还包括：最优能量回收档位信息；根据燃料电池车辆上驱动电机的当前运行模式，计算驱动电机的需求扭矩，当前运行模式为：启动模式、蠕行模式、油门驱动模式、定速巡航模式、制动能量回收模式，或车辆跛行模式；根据最优能量回收档位信息，对需求扭矩进行修正；根据预设权值参数，对修正后的当前时刻的需求扭矩和预设历史时刻的历史需求扭矩进行加权运算，得到驱动电机的目标扭矩；根据目标扭矩，对驱动电机进行控制。从而，采用修正、滤波后的扭矩对驱动电机进行控制。

在上述图6对应的实施例的基础上，本申请实施例还提供了一种计算驱动电机的需求扭矩的方法。图7为本申请实施例还提供的一种计算驱动电机的需求扭矩的方法的流程示意图。如图7所示，在S501中的根据燃料电池车辆上驱动电机的当前运行模式，计算驱动电机的需求扭矩，包括：

S601、若当前运行模式为启动模式，对动力电池和燃料电池进行高压自检，并在燃料电池车辆处于静止状态时，确定需求扭矩为预设最小扭矩。

示例地，预设最小扭矩为0。

S602、若当前运行模式为蠕行模式，根据驱动电机的初始扭矩和反馈扭矩之和，计算需求扭矩。

初始扭矩为车辆空载以预设蠕行目标车速进行蠕行的扭矩，反馈扭矩为当前车速与蠕行目标车速的差计算的实时反馈扭矩。

当前车速与蠕行目标车速的差与每个速度单位对应扭矩差之积，为实时反馈扭矩。

示例地，预设蠕行目标车速为5km/h。车速与扭矩之间的对应关系，每个速度单位对应扭矩差，均为预设值。

S603、若当前运行模式为油门驱动模式，则根据燃料电池车辆在当前装载模式下驱动电机的预设最大扭矩，以及油门开度信息，计算需求扭矩。

当前装载模式为：空载模式、半载模式或者满载模式。

需求扭矩的计算方式如下公式（12）所示：

（12）

其中，为需求扭矩，为油门开度信息，为当前装载模式下驱动电机的预设最大扭矩。

S604、若当前运行模式为定速巡航模式，则根据燃料电池车辆的当前车速和预设巡航车速的偏差，计算需求扭矩。

根据燃料电池车辆的当前车速和预设巡航车速的偏差，通过PI调节计算需求扭矩。

S605、若当前运行模式为制动能量回收模式，根据燃料电池车辆的当前车速和制动开度信息，查表得到需求扭矩，或者，根据燃料电池车辆的当前车速和预设能量回收档位，查表得到需求扭矩。

当驾驶员有制动踏板请求时，根据燃料电池车辆的当前车速和制动开度信息，查表得到需求扭矩。当驾驶员无制动踏板、也无加速踏板请求时，根据燃料电池车辆的当前车速和预设能量回收档位，查表得到需求扭矩。

S606、若当前运行模式为车辆跛行模式，则根据燃料电池车辆的当前车速、预设最高车速、驱动电机的预设最大扭矩和实时转速，计算需求扭矩。

示例地，预设最高车速为20km/h，电机需求功率为电机峰值功率的50%进行限制。

车辆在跛行模式下：如果车速超过20km/h，则电机需求扭矩清0；如果车速未超过20km/h且需求扭矩未超过，则电机需求扭矩根据S601-S605的方法计算；如果车速未超过20km/h但是需求扭矩超过，则将电机需求扭矩的最大限制如下公式（4-12）所示。

（13）

设定为预设最大扭矩，为驱动电机最大功率（单位为kW），n为实时转速。

综上，在本实施例中，若当前运行模式为启动模式，对动力电池和燃料电池进行高压自检，并在燃料电池车辆处于静止状态时，确定需求扭矩为预设最小扭矩；若当前运行模式为蠕行模式，根据驱动电机的初始扭矩和反馈扭矩之和，计算需求扭矩，初始扭矩为车辆空载以预设蠕行目标车速进行蠕行的扭矩，反馈扭矩为当前车速与蠕行目标车速的差计算的实时反馈扭矩；若当前运行模式为油门驱动模式，则根据燃料电池车辆在当前装载模式下驱动电机的预设最大扭矩，以及油门开度信息，计算需求扭矩，当前装载模式为：空载模式、半载模式或者满载模式；若当前运行模式为定速巡航模式，则根据燃料电池车辆的当前车速和预设巡航车速的偏差，计算需求扭矩；若当前运行模式为制动能量回收模式，根据燃料电池车辆的当前车速和制动开度信息，查表得到需求扭矩，或者，根据燃料电池车辆的当前车速和预设能量回收档位，查表得到需求扭矩；若当前运行模式为车辆跛行模式，则根据燃料电池车辆的当前车速、预设最高车速、驱动电机的预设最大扭矩和实时转速，计算需求扭矩。从而，精准确定不同运行模式下的扭矩，实现更加精准地进行车辆的能量管理。

下述对用以执行的本申请所提供的一种燃料电池车辆的能量管理装置、设备及存储介质等进行说明，其具体的实现过程以及技术效果参见上述，下述不再赘述。

图8为本申请实施例提供的一种燃料电池车辆的能量管理装置的示意图，如图8所示，该装置包括：

获取模块801，用于获取燃料电池车辆的车辆运营分析数据，车辆运营分析数据包括：驱动功率修正系数、其他功率修正系数。

第一计算模块802，用于根据燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流、燃料电池车辆的油门开度信息以及燃料电池车辆的车辆坡度信息，计算驱动电机的驱动功率。

第二计算模块803，用于根据燃料电池车辆上动力电池的母线电压、其他耗能系统的耗能信息，计算其他耗能系统的耗能功率。

第一确定模块804，用于根据燃料电池车辆的车辆行驶模式、驱动功率修正系数和其他功率修正系数，对驱动电机的驱动功率以及耗能功率进行加权修正，确定燃料电池车辆的目标车辆需求功率。

第二确定模块805，用于根据燃料电池车辆上动力电池的当前荷电状态值、目标车辆需求功率、车辆行驶模式，确定燃料电池车辆上燃料电池的电堆需求功率。

控制模块806，用于根据电堆需求功率，控制燃料电池进行功率输出。

进一步地，第一计算模块802，具体用于根据燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流，计算驱动电机的实际功率；根据油门开度信息以及车辆坡度信息，计算驱动电机的修正功率；根据驱动电机的实际功率和修正功率，计算驱动电机的驱动功率。

进一步地，第二计算模块803，具体用于其他耗能系统包括：空调系统、转向系统、制动系统以及车载低压系统，其他耗能系统的耗能信息包括：空调系统的能耗电流、转向系统的能耗电流、制动系统的能耗电流以及车载低压系统的能耗电流；根据动力电池的母线电压、空调系统的能耗电流、转向系统的能耗电流、制动系统的能耗电流以及车载低压系统的能耗电流，计算其他耗能系统的耗能功率。

进一步地，第二确定模块805，具体用于若目标车辆需求功率大于燃料电池的电堆输出功率，则确定燃料电池的最大输出功率作为电堆需求功率；若目标车辆需求功率小于或等于燃料电池的电堆输出功率，则确定燃料电池的最高效输出功率作为电堆需求功率。

进一步地，第二确定模块805，还用于车辆运营分析数据还包括：荷电状态修正系数、车辆运营工况类型；根据荷电状态修正系数，对动力电池的目标荷电状态值进行修正；根据车辆运营工况类型，确定燃料电池车辆的目标运营工况，目标运营工况用于指示燃料电池车辆是否处于重载短途运输工况。

进一步地，第二确定模块805，还用于根据预设功率变速间隔内多个历史时刻燃料电池的历史电堆需求功率以及多个历史时刻对应的加权值，对当前时刻燃料电池的电堆需求功率进行滤波处理。

进一步地，控制模块806，还用于车辆运营分析数据还包括：最优能量回收档位信息；根据燃料电池车辆上驱动电机的当前运行模式，计算驱动电机的需求扭矩，当前运行模式为：启动模式、蠕行模式、油门驱动模式、定速巡航模式、制动能量回收模式，或车辆跛行模式；根据最优能量回收档位信息，对需求扭矩进行修正；根据预设权值参数，对修正后的当前时刻的需求扭矩和预设历史时刻的历史需求扭矩进行加权运算，得到驱动电机的目标扭矩；根据目标扭矩，对驱动电机进行控制。

进一步地，控制模块806，具体用于若当前运行模式为启动模式，对动力电池和燃料电池进行高压自检，并在燃料电池车辆处于静止状态时，确定需求扭矩为预设最小扭矩；若当前运行模式为蠕行模式，根据驱动电机的初始扭矩和反馈扭矩之和，计算需求扭矩，初始扭矩为车辆空载以预设蠕行目标车速进行蠕行的扭矩，反馈扭矩为当前车速与蠕行目标车速的差计算的实时反馈扭矩；若当前运行模式为油门驱动模式，则根据燃料电池车辆在当前装载模式下驱动电机的预设最大扭矩，以及油门开度信息，计算需求扭矩，当前装载模式为：空载模式、半载模式或者满载模式；若当前运行模式为定速巡航模式，则根据燃料电池车辆的当前车速和预设巡航车速的偏差，计算需求扭矩；若当前运行模式为制动能量回收模式，根据燃料电池车辆的当前车速和制动开度信息，查表得到需求扭矩，或者，根据燃料电池车辆的当前车速和预设能量回收档位，查表得到需求扭矩。若当前运行模式为车辆跛行模式，则根据燃料电池车辆的当前车速、预设最高车速、驱动电机的预设最大扭矩和实时转速，计算需求扭矩。

图9为本申请实施例提供的一种控制设备的示意图，该控制设备可以是具备计算处理功能的设备。

该控制设备包括：处理器901、存储介质902。处理器901和存储介质902通过总线连接。

存储介质902用于存储程序，处理器901调用存储介质902存储的程序，以执行上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。

可选地，本发明还提供一种存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（英文：processor）执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（英文：Read-Only Memory，简称：ROM）、随机存取存储器（英文：Random Access Memory，简称：RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (9)

1.一种燃料电池车辆的能量管理方法，其特征在于，应用于所述燃料电池车辆的控制设备，所述方法包括：

获取所述燃料电池车辆的车辆运营分析数据，所述车辆运营分析数据包括：驱动功率修正系数、其他功率修正系数；

根据所述燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流、所述燃料电池车辆的油门开度信息以及所述燃料电池车辆的车辆坡度信息，计算所述驱动电机的驱动功率；

根据所述燃料电池车辆上动力电池的母线电压、其他耗能系统的耗能信息，计算所述其他耗能系统的耗能功率；

根据所述燃料电池车辆的车辆行驶模式、所述驱动功率修正系数和所述其他功率修正系数，对所述驱动电机的驱动功率以及所述耗能功率进行加权修正，确定所述燃料电池车辆的目标车辆需求功率；

根据所述燃料电池车辆上动力电池的当前荷电状态值、所述目标车辆需求功率、所述车辆行驶模式，确定所述燃料电池车辆上燃料电池的电堆需求功率；

根据所述电堆需求功率，控制所述燃料电池进行功率输出；

所述车辆运营分析数据还包括：最优能量回收档位信息；所述方法还包括：

根据所述燃料电池车辆上驱动电机的当前运行模式，计算所述驱动电机的需求扭矩，所述当前运行模式为：启动模式、蠕行模式、油门驱动模式、定速巡航模式、制动能量回收模式，或车辆跛行模式；

根据所述最优能量回收档位信息，对所述需求扭矩进行修正；

根据预设权值参数，对修正后的当前时刻的需求扭矩和预设历史时刻的历史需求扭矩进行加权运算，得到所述驱动电机的目标扭矩；

根据所述目标扭矩，对所述驱动电机进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流、所述燃料电池车辆的油门开度信息以及所述燃料电池车辆的车辆坡度信息，计算所述驱动电机的驱动功率，包括：

根据所述燃料电池车辆上驱动电机的母线电压、母线电流，计算所述驱动电机的实际功率；

根据所述油门开度信息以及所述车辆坡度信息，计算所述驱动电机的修正功率；

根据所述驱动电机的实际功率和修正功率，计算所述驱动电机的驱动功率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述其他耗能系统包括：空调系统、转向系统、制动系统以及车载低压系统，所述其他耗能系统的耗能信息包括：所述空调系统的能耗电流、所述转向系统的能耗电流、所述制动系统的能耗电流以及车载低压系统的能耗电流；所述根据所述燃料电池车辆上动力电池的母线电压、其他耗能系统的耗能信息，计算所述其他耗能系统的耗能功率，包括：

根据所述动力电池的母线电压、所述空调系统的能耗电流、所述转向系统的能耗电流、所述制动系统的能耗电流以及车载低压系统的能耗电流，计算所述其他耗能系统的耗能功率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述燃料电池车辆上动力电池的当前荷电状态值、所述目标车辆需求功率、所述车辆行驶模式，确定所述燃料电池车辆上燃料电池的电堆需求功率，包括：

若所述目标车辆需求功率大于燃料电池的电堆输出功率，则确定燃料电池的最大输出功率作为所述电堆需求功率；

若所述目标车辆需求功率小于或等于所述燃料电池的电堆输出功率，则确定燃料电池的最高效输出功率作为所述电堆需求功率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆运营分析数据还包括：荷电状态修正系数、车辆运营工况类型；所述方法还包括：

根据所述荷电状态修正系数，对所述动力电池的目标荷电状态值进行修正；

根据所述车辆运营工况类型，确定所述燃料电池车辆的目标运营工况，所述目标运营工况用于指示所述燃料电池车辆是否处于重载短途运输工况。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电堆需求功率，控制所述燃料电池进行功率输出之前，所述方法还包括：

根据预设功率变速间隔内多个历史时刻所述燃料电池的历史电堆需求功率以及所述多个历史时刻对应的加权值，对当前时刻所述燃料电池的电堆需求功率进行滤波处理。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述燃料电池车辆上驱动电机的当前运行模式，计算所述驱动电机的需求扭矩，包括：

若所述当前运行模式为启动模式，对所述动力电池和所述燃料电池进行高压自检，并在所述燃料电池车辆处于静止状态时，确定所述需求扭矩为预设最小扭矩；

若所述当前运行模式为蠕行模式，根据所述驱动电机的初始扭矩和反馈扭矩之和，计算所述需求扭矩，所述初始扭矩为车辆空载以预设蠕行目标车速进行蠕行的扭矩，所述反馈扭矩为当前车速与所述蠕行目标车速的差计算的实时反馈扭矩；

若所述当前运行模式为油门驱动模式，则根据所述燃料电池车辆在当前装载模式下所述驱动电机的预设最大扭矩，以及所述油门开度信息，计算所述需求扭矩，所述当前装载模式为：空载模式、半载模式或者满载模式；

若所述当前运行模式为定速巡航模式，则根据所述燃料电池车辆的当前车速和预设巡航车速的偏差，计算所述需求扭矩；

若所述当前运行模式为制动能量回收模式，根据所述燃料电池车辆的当前车速和制动开度信息，查表得到所述需求扭矩，或者，根据所述燃料电池车辆的当前车速和预设能量回收档位，查表得到所述需求扭矩；

若所述当前运行模式为车辆跛行模式，则根据所述燃料电池车辆的当前车速、预设最高车速、所述驱动电机的预设最大扭矩和实时转速，计算所述需求扭矩。

8.一种燃料电池车辆的能量管理系统，其特征在于，所述能量管理系统包括：控制设备、动力电池、燃料电池、驱动电机控制系统、变速箱的控制系统、其他耗能系统；

所述控制设备分别连接所述动力电池、所述燃料电池、所述驱动电机控制系统、所述变速箱的控制系统、所述其他耗能系统，所述控制设备用于执行上述权利要求1-7任一所述的能量管理方法。

9.一种燃料电池车辆，其特征在于，所述燃料电池车辆包括：车辆本体，以及设置在所述车辆本体上的上述权利要求8所述的能量管理系统。