[发明专利]一种高可靠性燃料电池轿车动力系统控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车领域，尤其是涉及一种高可靠性燃料电池轿车动力系统控制方法。 

背景技术

燃料电池轿车是一种新能源汽车，由于它具有节能、环保和噪声小的优点近年来成为汽车研发的热点。动力系统的开发是燃料电池轿车发展的关键技术。 

电-电混合燃料电池汽车的动力系统具有区别于其他类型车辆动力系统显著的特点，由于燃料电池自身的输出特性偏软，在通常情况下，燃料电池轿车的动力源由主动力源燃料电池系统与辅助动力源蓄电池组成，而两种动力源如何配合使用是由动力系统能量管理策略决定的。燃料电池轿车动力系统能量管理策略的优劣将直接影响整车的动力性、安全性以及氢燃料经济性。燃料电池和蓄电池的寿命是燃料电池轿车开发的另一难题，现在已开发出的燃料电池和蓄电池通常有一定的工作寿命，较优的动力系统能量管理策略可以使燃料电池和蓄电池工作在合理的状态下，从而可以大大延长燃料电池和蓄电池的使用寿命。 

近年来燃料电池的冷启动成为研究的热点，由于燃料电池的工作原理，燃料电池堆内有大量的水存在，在寒冷环境下停机会使燃料电池内的水结冰，这样会造成燃料电池的损坏甚至报废。所以冷启动问题是燃料电池轿车研发不能回避的问题，如何使燃料电池轿车在寒冷的环境下停机并长时间停车后能够在短时间内顺利启动已成为燃料电池汽车研发的关键技术。将燃料电池的冷启动控制策略和整车能量管理策略相结合，不仅可以保护燃料电池在冷环境下的安全，而且在整车能量管理策略的配合下可以保证冷启动的可靠性和缩短冷启动的时间。 

传统内燃机轿车的故障诊断研究已经非常成熟，并且很多故障都可以用直接的物理方法进行诊断。然而燃料电池轿车由于自身的特点很多故障不能直接检测，若将基于模型的故障诊断方法和容错处理策略融入动力系统的控制算法，不仅可以有 效地检测出燃料电池汽车动力系统的故障并做出相应的处理，而且可以有效的提高燃料电池轿车实际运行过程中的安全性和维修保养的方便性。 

由于燃料电池轿车所用燃料的特殊性和高压电路的存在，燃料电池轿车和传统内燃机轿车相比，其对安全性的要求更高。在动力系统控制算法中设定一些紧急情况处理措施以保证汽车和乘客的安全性是燃料电池轿车开发必不可少的。 

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高可靠性燃料电池轿车动力系统控制方法，通过对燃料电池轿车动力系统的协调控制，在满足整车能量需求的前提下实现燃料电池和蓄电池的能量平衡，降低能耗，提高动力系统的使用寿命，同时具有冷启动协调、故障诊断及容错处理、氢气和高压电安全保护控制等功能。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 

一种高可靠性燃料电池轿车动力系统控制方法，所述的动力系统包括整车控制器、空调、燃料电池、燃料电池控制器、蓄电池、蓄电池控制器、电机和电机控制器，所述的整车控制器通过I/O接口分别连接蓄电池、燃料电池、电机和空调，所述的整车控制器、燃料电池控制器、蓄电池控制器和电机控制器通过CAN线相互通信连接，所述的燃烧电池通过氢路连接有氢气罐，该控制方法在燃料电池和电机控制器间增设DC/DC变换器，所述的DC/DC变换器与整车控制器连接，该控制方法具体包括： 

能量管理控制子方法：根据驾驶员的驾驶意图估计整车的能量需求，并根据燃料电池的输出特性和蓄电池的SOC情况调整DC/DC变换器的输出电流控制燃料电池和蓄电池的输出功率； 

冷启动控制子方法：通过控制蓄电池的充放电、空调的开启，并发送驾驶员指令，配合燃料电池控制器在冷环境下停止或启动燃料电池； 

故障诊断及容错处理子方法：通过分析处理整车控制器接收的状态信号实现故障诊断，并实时输出诊断结果，同时，进行容错处理； 

氢气和电安全控制子方法：通过实时监控氢气罐、氢路和高压电路的状态对氢气罐、氢路和高压电路进行安全控制。 

所述的能量管理控制子方法具体包括以下步骤： 

101）通过基于蓄电池电流、SOC双闭环反馈的动力系统功率平衡控制算法控制蓄电池的SOC值处于最佳状态； 

102）根据加速踏板信号计算出驱动电机目标转矩，并根据当前蓄电池的SOC值和燃料电池的工作状态，计算DC/DC变换器应输出电流的大小，并根据输出电流控制燃料电池和蓄电池的输出功率分配。 

所述的基于蓄电池电流、SOC双闭环反馈的动力系统功率平衡控制算法具体为：