燃料電池汽車及其控制方法和控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及汽車技術領域，特別涉及一種燃料電池汽車的控制系統、一種燃料電池汽車的控制系方法和一種燃料電池汽車。
【背景技術】
[0002]隨著電動汽車的廣泛推廣，電動汽車續駛里程的短板逐漸成為人們關注的焦點，而當前電池的高成本、低壽命阻礙了電動汽車的發展，增程式電動汽車的出現緩解了人們對電動汽車續駛里程的焦慮。燃料電池汽車與其它增程式電動汽車相比優點很突出，效率高，零排放，是一種發展前景很好的新能源汽車。燃料電池混合動力系統的能量管理和控制是燃料電池汽車中燃料電池系統研宄的核心技術之一，燃料電池混合動力系統的能量管理和控制主要作用是充分根據燃料電池和輔助能源的參數特點，實時控制能量輸出，優化能量分配，同時減少燃料電池發動機的動態負荷，保護燃料電池系統，通過優化燃料電池發動機的工作區域并最大程度回收制動能量，使燃料電池系統效率最優。
[0003]燃料電池系統可以被看作電動汽車的增程器。傳統的增程器控制通常是采用恒溫器式控制策略，即增程器的啟動和關閉主要依據動力電池的荷電值的大小，根據動力電池的荷電值決定燃料電池系統的開啟。恒溫器式控制策略中燃料電池系統始終工作在恒定功率點上，雖然可以提高燃料電池系統的效率，但并不能同時滿足整車的動力性和經濟性，且頻繁起停會對昂貴的燃料電池系統造成損害。
[0004]相關技術中提出了以下三種方案用于增程器控制:方案一為燃料電池混合動力系統的功率分配方法，方案二為燃料電池混合動力能量管理控制系統，方案三為燃料電池混合動力整車控制方法。以上三種方案的共同特征是，燃料電池系統采取功率跟隨式控制策略，即燃料電池系統跟隨整車需求功率變化，動力電池起到削峰填谷的作用，在加速和爬坡時提供輔助功率，同時回收制動能量，能量分配的原則是根據動力電池和燃料電池系統各自局部的最優功率分配，然后進行整個系統的最優功率調節，使動力電池和燃料電池系統兩者相互折中，以達到能量的最優分配。
[0005]以上三種方案存在的缺點是:功率跟隨式控制策略沒有考慮到系統參數的匹配特點和特定的行駛工況，不能有效發揮動力電池和燃料電池系統的作用，不利于整車系統效率的提高，且在整車需求功率變化較大工況下，功率跟隨式控制策略往往會對燃料電池系統造成損害，同時在進行能量分配時均使用了復雜的模型，例如整車混合動力系統模型采用最小二乘原理模型，估計動力電池功率時采用模糊控制模型等，控制系統比較復雜，成本高，可靠性低。

【發明內容】

[0006]本發明是發明人基于以下認識和發現提出的:
[0007]相關技術中，燃料電池系統的控制策略可以根據燃料電池發動機的工作方式分為恒溫器式控制策略和功率跟隨式控制策略，二者各有利弊。恒溫器式控制策略是滯環控制，根據動力電池的荷電值的限值決定燃料電池發動機的工作狀態，燃料電池系統工作時能在最高效率點附近為動力電池充電，缺點是如果動力電池的容量較小，則需要頻繁開關燃料電池系統，不利于保護燃料電池發動機。功率跟隨式控制策略是隨動控制，燃料電池系統一般在最佳運行線附近運行，跟隨負載功率變化，缺點是需要配置較大功率的燃料電池系統，增加了燃料電池系統和整車的成本。
[0008]本發明的目的旨在至少從一定程度上解決上述的技術問題之一。
[0009]為此，本發明的一個目的在于提出一種燃料電池汽車的控制系統，該燃料電池汽車的控制系統優化了整車能量分配，提高了整車的效率，保護了燃料電池系統，簡化了整車控制算法，降低了控制成本。
[0010]本發明的另一個目的在于提出一種燃料電池汽車。
[0011]本發明的再一個目的在于提出一種燃料電池汽車的控制方法。
[0012]為達到上述目的，本發明一方面實施例提出了一種燃料電池汽車的控制系統，該燃料電池汽車的控制系統包括:燃料電池發動機和DC/DC變換器；控制所述燃料電池發動機和所述DC/DC變換器的燃料電池管理器；動力電池；控制所述動力電池的電池管理器；模式選擇開關；電機和電機控制器；以及整車控制器，所述整車控制器分別與所述燃料電池管理器、所述電池管理器和所述電機控制器相連，所述整車控制器根據燃料電池汽車的故障狀態、所述動力電池的荷電值和所述模式選擇開關的狀態確定所述燃料電池發動機的工作模式，并根據所述工作模式對所述燃料電池管理器進行控制。
[0013]本發明實施例提出的燃料電池汽車的控制系統能夠優化整車能量分配，保護燃料電池系統的同時提高燃料電池系統和動力電池的效率，并可以簡化整車控制算法，實現降低整車控制成本。
[0014]進一步地，在本發明的一個實施例中，其中，當所述燃料電池汽車無故障，且所述動力電池的荷電值小于最高門限值且大于最低門限值，且所述模式選擇開關未被駕駛員選擇或所述模式選擇開關的狀態為系統控制模式時，所述整車控制器控制所述燃料電池管理器以功率跟隨模式運行；當所述燃料電池汽車無故障，且所述動力電池的荷電值小于所述最高門限值且大于所述最低門限值，且所述模式選擇開關的狀態為功率跟隨模式時，所述整車控制器控制所述燃料電池管理器以所述功率跟隨模式運行；當所述燃料電池汽車無故障，且所述動力電池的荷電值小于所述最高門限值且大于所述最低門限值，且所述模式選擇開關的狀態為恒溫器模式時，所述整車控制器控制所述燃料電池管理器在所述動力電池的荷電值小于預設閾值時，啟動所述燃料電池發動機以最佳效率點為所述動力電池充電，直至所述動力電池的荷電值大于所述預設閾值。
[0015]進一步地，在本發明的一個實施例中，其中，當所述燃料電池汽車無故障，且所述動力電池的荷電值小于最低門限值時，所述整車控制器禁止所述模式選擇開關工作，并控制所述燃料電池管理器以最佳效率點為所述動力電池充電，直至所述動力電池的荷電值大于所述最低門限值。
[0016]進一步地，在本發明的一個實施例中，其中，當所述燃料電池汽車無故障，且所述動力電池的荷電值大于或等于最高門限值時，所述整車控制器控制所述燃料電池汽車進入純電動模式。
[0017]進一步地，在本發明的一個實施例中，所述整車控制器控制所述燃料電池管理器以功率跟隨模式運行具體包括:獲取所述燃料電池汽車的需求功率；獲取所述動力電池的充放電功率；根據所述燃料電池汽車的需求功率和所述充放電功率確定所述燃料電池發動機的穩態輸出功率；以及根據所述燃料電池發動機的穩態輸出功率獲取所述DC/DC變換器的動態目標電流，并根據所述動態目標電流控制所述DC/DC變換器。
[0018]進一步地，在本發明的一個實施例中，所述整車控制器根據所述動力電池的充放電功率和所述燃料電池發動機的穩態輸出功率確定所述燃料電池汽車的總功率，并根據所述總功率對所述電機控制器進行控制。
[0019]進一步地，在本發明的一個實施例中，通過以下公式計算所述燃料電池發動機的穩態輸出功率:
[0020]Pf= P d*_Pb+Paux
[0021]其中，Pd*為所述燃料電池汽車的需求功率，Pb為所述動力電池的充放電功率，P aux為所述燃料電池汽車的附件功率，Pf—min<Pf〈Pf—_，IPf (k+1)-Pf (k) I < ΔPf, Pf _與P f max分別為所述燃料電池發動機的最小瞬時功率和最大瞬時功率，△ Pf為所述燃料電池發動機的穩態輸出功率的允許變化率。
[0022]為達到上述目的，本發明另一方面實施例還提出了一種燃料電池汽車，該燃料電池汽車包括所述的燃料電池汽車的控制系統。
[0023]本發明實施例提出的燃料電池汽車，通過燃料電池汽車的控制系統優化了整車能量分配，提高了燃料電池系統和動力電池的效率，同時保護了燃料電池系統，簡化了整車控制算法，降低了整車控制成本。
[0024]為達到上述目的，本發明再一方面實施例還提出了一種燃料電池汽車的控制方法，該燃料電池汽車的控制方法包括以下步驟:獲取燃料電池汽車的故障狀態、動力電池的荷電值和模式選擇開關的狀態；根據所述燃料電池汽車的故障狀態、所述動力電池的荷電值和所述模式選擇開關的狀態確定燃料電池發動機的工作模式，并根據所述工作模式對燃料電池管理器進行控制。
[0025]本發明實施例提出的燃料電池汽車的控制方法，能夠優化整車能量分配，保護燃料電池系統的同時提高燃料電池系統和動力電池的