中心議題：

• 混合電源的在線測量技術的研究

解決方案：

• 將測量出的剩餘燃料數據寫回到燃料盒中
• 啟動係統診斷

將燃料電池與蓄電池
、chaojidianronghuoqitadiannengchucunzhuangzhijichengzaiyiqigouchenghunhedianyuan
，nenggoujiejuehenduodongtaigongdianyufaredewenti。danshi，zhezhongfanganbenshenyejuyoudianyuanguanlifangmiandewenti。

混合電源

在本文所討論的電源架構中，我們稱燃料電池與蓄電池的組合結構為混合（電源）係xi統tong。這zhe種zhong架jia構gou廣guang泛fan應ying用yong於yu多duo種zhong燃ran料liao電dian池chi和he蓄xu電dian池chi，並bing取qu代dai了le諸zhu如ru超chao電dian容rong或huo超chao級ji電dian容rong之zhi類lei的de儲chu電dian裝zhuang置zhi。但dan是shi，每mei種zhong混hun合he電dian源yuan實shi現xian方fang案an都dou是shi經jing過guo專zhuan門men設she計ji的de
，以yi滿man足zu所suo選xuan擇ze的de燃ran料liao電dian池chi和he蓄xu電dian池chi的de獨du特te需xu求qiu。

混合電源係統主要的組件包括燃料電池

、燃料盒
、蓄電池、係統負荷
、直流輸入電源和電源控製器（見圖1）。燃料電池與蓄電池的結合稱為混合電源（HPS）。

上述係統在使用的不同階段，能夠用做三種能源和兩種負載。當該係統沒有插接直流電源時，燃料電池和/或(huo)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)組(zu)合(he)結(jie)構(gou)能(neng)夠(gou)為(wei)係(xi)統(tong)負(fu)載(zai)供(gong)電(dian)。另(ling)外(wai)
，當(dang)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)不(bu)存(cun)在(zai)時(shi)，燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)還(hai)能(neng)夠(gou)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)，以(yi)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)增(zeng)強(qiang)電(dian)源(yuan)斷(duan)電(dian)末(mo)期(qi)（end-of-power-shutdown）的性能

，或者實現更好的係統動態電源響應特性。當直流電源可用時


，它既對蓄電池進行充電也對係統負載進行供電。

對(dui)於(yu)這(zhe)種(zhong)複(fu)雜(za)的(de)結(jie)構(gou)
，我(wo)們(men)必(bi)須(xu)對(dui)係(xi)統(tong)的(de)電(dian)源(yuan)通(tong)路(lu)管(guan)理(li)進(jin)行(xing)精(jing)確(que)控(kong)製(zhi)，以(yi)確(que)保(bao)係(xi)統(tong)負(fu)載(zai)的(de)運(yun)行(xing)總(zong)是(shi)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)終(zhong)端(duan)用(yong)戶(hu)的(de)使(shi)用(yong)要(yao)求(qiu)。關(guan)鍵(jian)的(de)控(kong)製(zhi)時(shi)機(ji)是(shi)當(dang)可(ke)用(yong)的(de)電(dian)量(liang)降(jiang)低(di)到(dao)一(yi)定(ding)的(de)水(shui)平(ping)時(shi)
，這(zhe)時(shi)電(dian)源(yuan)無(wu)法(fa)再(zai)為(wei)係(xi)統(tong)負(fu)載(zai)供(gong)電(dian)，導(dao)致(zhi)了(le)受(shou)限(xian)的(de)使(shi)用(yong)配(pei)置(zhi)，甚(shen)至(zhi)執(zhi)行(xing)了(le)受(shou)控(kong)的(de)關(guan)機(ji)操(cao)作(zuo)。

為了實現這種精確的控製
，電源控製器必須能夠檢測多種因素以產生有效電量和總有效電量峰值等關鍵數據。這些關鍵數據的定義如下：有效電量峰值定義為混合電源在一定的短期時間內能夠提供的電量，例如DVD機(ji)啟(qi)動(dong)或(huo)關(guan)機(ji)時(shi)光(guang)盤(pan)操(cao)作(zuo)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)量(liang)。峰(feng)值(zhi)周(zhou)期(qi)取(qu)決(jue)於(yu)終(zhong)端(duan)設(she)備(bei)的(de)負(fu)載(zai)分(fen)布(bu)特(te)征(zheng)。總(zong)有(you)效(xiao)電(dian)量(liang)定(ding)義(yi)為(wei)混(hun)合(he)電(dian)源(yuan)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)的(de)總(zong)電(dian)量(liang)，它(ta)與(yu)放(fang)電(dian)比(bi)率(lv)無(wu)關(guan)。

係統監測

利用目前市場上供應的標準燃料計可以對蓄電池進行監測，例如使用bq20z75監測兩組、三組或四組串聯結構的鋰離子電池，或者使用bq27210監測單組串聯的鋰電池。這些監測方案能夠為電源控製器提供所需的電壓、電流、溫度、電荷狀態等數據。

蓄電池監測係統通過I2C、SMBus或HDQ之類的數據總線實現與電源控製器連接。通過這種接口方式
，電源控製器能夠獲得非常精確的電池電荷狀態（SOC），以確保在充放電的過程中都能夠安全使用電池。

對dui燃ran料liao電dian池chi和he燃ran料liao盒he的de監jian測ce更geng具ju挑tiao戰zhan性xing。燃ran料liao盒he內nei可ke用yong燃ran料liao的de種zhong類lei和he數shu量liang，以yi及ji燃ran料liao電dian池chi的de當dang前qian與yu平ping均jun效xiao率lv都dou是shi監jian測ce燃ran料liao電dian池chi有you效xiao電dian量liang需xu要yao考kao慮lv的de因yin素su。

zaihenduoqingkuangxia，ranliaoheshixitongteyoudezhuangzhi，yinciranliaodeleixingshujukeyibaocunzaidianyuankongzhiqizhong。zaiqitayixiedianchijiancexitongdeshixianfanganzhong
，womenxuyaotigongcunchuzairanliaoheneiranliaodeshuju，bingtongguoleisidejiekouzongxianchuangeidianyuankongzhiqi。

具(ju)有(you)數(shu)據(ju)存(cun)儲(chu)功(gong)能(neng)的(de)燃(ran)料(liao)盒(he)實(shi)現(xian)方(fang)案(an)中(zhong)，最(zui)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)通(tong)過(guo)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)器(qi)或(huo)者(zhe)燃(ran)料(liao)加(jia)注(zhu)係(xi)統(tong)將(jiang)測(ce)量(liang)出(chu)的(de)剩(sheng)餘(yu)燃(ran)料(liao)數(shu)據(ju)寫(xie)回(hui)到(dao)燃(ran)料(liao)盒(he)中(zhong)。但(dan)是(shi)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)可(ke)能(neng)隻(zhi)適(shi)用(yong)於(yu)燃(ran)料(liao)盒(he)能(neng)夠(gou)取(qu)出(chu)並(bing)重(zhong)新(xin)插(cha)入(ru)的(de)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)。

除了燃料盒的燃料數據之外，對於燃料電池還需要監測其他一些參數，包括溫度、燃料注入速率、輸出電壓和輸出電流。這些參數用於計算燃料電池的當前效率。比如，通過溫度參數可以判斷出燃料電池當前是否處於最佳工作狀態。

此ci外wai
，我wo們men還hai需xu要yao測ce量liang直zhi流liu電dian源yuan和he係xi統tong的de負fu載zai功gong率lv等deng數shu據ju。通tong過guo這zhe些xie數shu據ju以yi及ji來lai自zi於yu監jian測ce子zi係xi統tong的de數shu據ju
，我wo們men就jiu可ke以yi計ji算suan出chu總zong有you效xiao電dian量liang和he峰feng值zhi有you效xiao電dian量liang的de值zhi。終zhong端duan設she備bei的de有you效xiao運yun行xing時shi間jian取qu決jue於yu這zhe四si個ge因yin素su。

在分析電源斷電末期的特性時，燃料電池功率輸出的響應能力和蓄電池的尺寸也會帶來新的問題。這需要進一步了解有關知識。
[page]
預測HPS運行時間

xudianchiheranliaodianchijiancezixitongnenggouweizhuxitongtigongzongdianlianghefengzhidianliangdeshuju，shizhuxitongnenggoupanduangezhongsuoxudeyonghushuju。zaizhegeshilijiegouzhong
，womencaiyongleyigedianyuankongzhiqi，tajuyouduozhongyoudian。zhuyaoyoudianzhiyijiushinenggouguanlishujuhezixitong，shidehunhedianyuanzaishiyongguochengzhongjiuhaoxiangyigebiaozhundexudianchidianyuanyiyang。

電源控製器負責接收監測數據並管理蓄電池的使用過程，在HPS的預期壽命期內發揮最高的性能。這對於兩個方麵特別有利。

• 通過燃料電池對蓄電池進行充電，即使在沒有直流電源的情況下，也能夠確保峰值有效電量處於最佳的水平。
• 管理電池的電荷狀態（SOC），從而盡可能地提高這一結構的可用性。

對SOC特te性xing的de管guan理li與yu當dang前qian大da多duo數shu便bian攜xie式shi應ying用yong中zhong使shi用yong電dian池chi的de方fang式shi是shi相xiang背bei離li的de。一yi般ban而er言yan，蓄xu電dian池chi是shi唯wei一yi的de無wu線xian電dian源yuan，所suo以yi它ta必bi須xu為wei主zhu係xi統tong提ti供gong所suo有you的de電dian能neng。因yin此ci
，蓄xu電dian池chi應ying該gai安an全quan地di存cun儲chu盡jin可ke能neng多duo的de電dian能neng，最zui終zhong實shi現xian最zui長chang的de係xi統tong運yun行xing時shi間jian。同tong樣yang，蓄xu電dian池chi的de充chong電dian時shi間jian也ye是shi至zhi關guan重zhong要yao的de，充chong電dian時shi間jian越yue短duan越yue好hao。我wo們men可ke以yi在zai蓄xu電dian池chi的de充chong電dian時shi間jian和he壽shou命ming之zhi間jian進jin行xing權quan衡heng，但dan是shi這zhe在zai目mu前qian的de消xiao費fei產chan品pin中zhong並bing不bu常chang見jian。對dui於yuHPS而言，這兩個使用動力不起作用，因此采用電源控製器可以在蓄電池與燃料電池兩者的最佳狀態之間實現更好的平衡。理想情況下，HPS中的蓄電池能夠在整個HPSshoumingqixianneichixugongzuo，buxuyaogenghuan。weileshixianzheyimubiao
，dianyuankongzhiqikeyitigongxudianchichongdianguanligongneng，liruzaijiaodidedianyaxiachongdian
，caiyongjiaomandesulvchongdian，yijiduichongdiandianya/速率進行溫度補償。電源控製器通過調節電池的充電電流，能夠確保當連接係統負載時有足夠的直流電源供電。

最近推出的智能電池數據集（SBDS）補(bu)遺(yi)將(jiang)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)數(shu)據(ju)添(tian)加(jia)到(dao)現(xian)有(you)的(de)支(zhi)持(chi)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)數(shu)據(ju)集(ji)中(zhong)
，使(shi)主(zhu)機(ji)能(neng)夠(gou)訪(fang)問(wen)
，從(cong)而(er)控(kong)製(zhi)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)和(he)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)。采(cai)用(yong)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)器(qi)之(zhi)後(hou)，能(neng)夠(gou)處(chu)理(li)複(fu)雜(za)的(de)HPS功能，根據SBDS燃料電池附加內容能夠幫助主係統更有效地使用HPS。

增加燃料電池和蓄電池的總有效電量，能夠使主係統實現有效運行時間指示

、剩餘時間報警（RTA），或剩餘容量/電量報警（RCA）等基本功能。

預測運行時間的公式如下所示：

AtRateTimeToEmpty (ARTTE) =總有效電量/AtRate( )

根據這一公式，主係統能夠根據其掌握的用戶操作意圖判斷有效運行時間，例如播放DVD
，或者啟動係統診斷。如果主係統能夠進一步掌握在不同模式和不同程序下的能耗情況，那就更好了。
受控式斷電與HPS運行時間的最大化

由於未來總是難以預測的，因此為用戶預測運行時間是一種“水晶球”shidezuofa。danshi，genjudianyuanxitongsuotigongdeshuju，womenkeyizaidianliangjiaodishishixianyizhongshoukongdexitongduandianguocheng。zhezhongkongzhigongnengyuejingque，xitongdeyunxingshijianjiuyuechang。

受shou控kong關guan斷duan必bi須xu要yao考kao慮lv測ce量liang誤wu差cha，以yi確que保bao其qi在zai任ren何he條tiao件jian下xia都dou能neng實shi現xian。對dui測ce量liang總zong可ke用yong電dian量liang的de準zhun確que度du的de提ti高gao將jiang會hui直zhi接jie增zeng加jia用yong戶hu的de可ke用yong電dian量liang。因yin此ci
，充chong分fen發fa掘jue能neng源yuan的de潛qian力li將jiang會hui獲huo得de更geng長chang的de運yun行xing時shi間jian（見圖2）。

總結：

本(ben)文(wen)通(tong)過(guo)對(dui)混(hun)合(he)電(dian)源(yuan)的(de)在(zai)線(xian)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)的(de)探(tan)討(tao)研(yan)究(jiu)
，讓(rang)我(wo)們(men)全(quan)麵(mian)認(ren)識(shi)到(dao)混(hun)合(he)電(dian)源(yuan)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)及(ji)其(qi)重(zhong)要(yao)應(ying)用(yong)，然(ran)後(hou)我(wo)們(men)認(ren)識(shi)混(hun)合(he)電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)
、預測HPS運行時間、受控式斷電與HPS運行時間的最大化等方麵技術的研討。相信工程師能從中獲其所需。