燃料电池汽车及其控制方法和控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种燃料电池汽车的控制系统、一种燃料电池汽车的控制系方法和一种燃料电池汽车。
【背景技术】
[0002]随着电动汽车的广泛推广，电动汽车续驶里程的短板逐渐成为人们关注的焦点，而当前电池的高成本、低寿命阻碍了电动汽车的发展，增程式电动汽车的出现缓解了人们对电动汽车续驶里程的焦虑。燃料电池汽车与其它增程式电动汽车相比优点很突出，效率高，零排放，是一种发展前景很好的新能源汽车。燃料电池混合动力系统的能量管理和控制是燃料电池汽车中燃料电池系统研宄的核心技术之一，燃料电池混合动力系统的能量管理和控制主要作用是充分根据燃料电池和辅助能源的参数特点，实时控制能量输出，优化能量分配，同时减少燃料电池发动机的动态负荷，保护燃料电池系统，通过优化燃料电池发动机的工作区域并最大程度回收制动能量，使燃料电池系统效率最优。
[0003]燃料电池系统可以被看作电动汽车的增程器。传统的增程器控制通常是采用恒温器式控制策略，即增程器的启动和关闭主要依据动力电池的荷电值的大小，根据动力电池的荷电值决定燃料电池系统的开启。恒温器式控制策略中燃料电池系统始终工作在恒定功率点上，虽然可以提高燃料电池系统的效率，但并不能同时满足整车的动力性和经济性，且频繁起停会对昂贵的燃料电池系统造成损害。
[0004]相关技术中提出了以下三种方案用于增程器控制:方案一为燃料电池混合动力系统的功率分配方法，方案二为燃料电池混合动力能量管理控制系统，方案三为燃料电池混合动力整车控制方法。以上三种方案的共同特征是，燃料电池系统采取功率跟随式控制策略，即燃料电池系统跟随整车需求功率变化，动力电池起到削峰填谷的作用，在加速和爬坡时提供辅助功率，同时回收制动能量，能量分配的原则是根据动力电池和燃料电池系统各自局部的最优功率分配，然后进行整个系统的最优功率调节，使动力电池和燃料电池系统两者相互折中，以达到能量的最优分配。
[0005]以上三种方案存在的缺点是:功率跟随式控制策略没有考虑到系统参数的匹配特点和特定的行驶工况，不能有效发挥动力电池和燃料电池系统的作用，不利于整车系统效率的提高，且在整车需求功率变化较大工况下，功率跟随式控制策略往往会对燃料电池系统造成损害，同时在进行能量分配时均使用了复杂的模型，例如整车混合动力系统模型采用最小二乘原理模型，估计动力电池功率时采用模糊控制模型等，控制系统比较复杂，成本高，可靠性低。
【发明内容】
[0006]本发明是发明人基于以下认识和发现提出的:
[0007]相关技术中，燃料电池系统的控制策略可以根据燃料电池发动机的工作方式分为恒温器式控制策略和功率跟随式控制策略，二者各有利弊。恒温器式控制策略是滞环控制，根据动力电池的荷电值的限值决定燃料电池发动机的工作状态，燃料电池系统工作时能在最高效率点附近为动力电池充电，缺点是如果动力电池的容量较小，则需要频繁开关燃料电池系统，不利于保护燃料电池发动机。功率跟随式控制策略是随动控制，燃料电池系统一般在最佳运行线附近运行，跟随负载功率变化，缺点是需要配置较大功率的燃料电池系统，增加了燃料电池系统和整车的成本。
[0008]本发明的目的旨在至少从一定程度上解决上述的技术问题之一。
[0009]为此，本发明的一个目的在于提出一种燃料电池汽车的控制系统，该燃料电池汽车的控制系统优化了整车能量分配，提高了整车的效率，保护了燃料电池系统，简化了整车控制算法，降低了控制成本。
[0010]本发明的另一个目的在于提出一种燃料电池汽车。
[0011]本发明的再一个目的在于提出一种燃料电池汽车的控制方法。
[0012]为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种燃料电池汽车的控制系统，该燃料电池汽车的控制系统包括:燃料电池发动机和DC/DC变换器；控制所述燃料电池发动机和所述DC/DC变换器的燃料电池管理器；动力电池；控制所述动力电池的电池管理器；模式选择开关；电机和电机控制器；以及整车控制器，所述整车控制器分别与所述燃料电池管理器、所述电池管理器和所述电机控制器相连，所述整车控制器根据燃料电池汽车的故障状态、所述动力电池的荷电值和所述模式选择开关的状态确定所述燃料电池发动机的工作模式，并根据所述工作模式对所述燃料电池管理器进行控制。
[0013]本发明实施例提出的燃料电池汽车的控制系统能够优化整车能量分配，保护燃料电池系统的同时提高燃料电池系统和动力电池的效率，并可以简化整车控制算法，实现降低整车控制成本。
[0014]进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，当所述燃料电池汽车无故障，且所述动力电池的荷电值小于最高门限值且大于最低门限值，且所述模式选择开关未被驾驶员选择或所述模式选择开关的状态为系统控制模式时，所述整车控制器控制所述燃料电池管理器以功率跟随模式运行；当所述燃料电池汽车无故障，且所述动力电池的荷电值小于所述最高门限值且大于所述最低门限值，且所述模式选择开关的状态为功率跟随模式时，所述整车控制器控制所述燃料电池管理器以所述功率跟随模式运行；当所述燃料电池汽车无故障，且所述动力电池的荷电值小于所述最高门限值且大于所述最低门限值，且所述模式选择开关的状态为恒温器模式时，所述整车控制器控制所述燃料电池管理器在所述动力电池的荷电值小于预设阈值时，启动所述燃料电池发动机以最佳效率点为所述动力电池充电，直至所述动力电池的荷电值大于所述预设阈值。
[0015]进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，当所述燃料电池汽车无故障，且所述动力电池的荷电值小于最低门限值时，所述整车控制器禁止所述模式选择开关工作，并控制所述燃料电池管理器以最佳效率点为所述动力电池充电，直至所述动力电池的荷电值大于所述最低门限值。
[0016]进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，当所述燃料电池汽车无故障，且所述动力电池的荷电值大于或等于最高门限值时，所述整车控制器控制所述燃料电池汽车进入纯电动模式。
[0017]进一步地，在本发明的一个实施例中，所述整车控制器控制所述燃料电池管理器以功率跟随模式运行具体包括:获取所述燃料电池汽车的需求功率；获取所述动力电池的充放电功率；根据所述燃料电池汽车的需求功率和所述充放电功率确定所述燃料电池发动机的稳态输出功率；以及根据所述燃料电池发动机的稳态输出功率获取所述DC/DC变换器的动态目标电流，并根据所述动态目标电流控制所述DC/DC变换器。
[0018]进一步地，在本发明的一个实施例中，所述整车控制器根据所述动力电池的充放电功率和所述燃料电池发动机的稳态输出功率确定所述燃料电池汽车的总功率，并根据所述总功率对所述电机控制器进行控制。
[0019]进一步地，在本发明的一个实施例中，通过以下公式计算所述燃料电池发动机的稳态输出功率:
[0020]Pf= P d*_Pb+Paux
[0021]其中，Pd*为所述燃料电池汽车的需求功率，Pb为所述动力电池的充放电功率，P aux为所述燃料电池汽车的附件功率，Pf—min<Pf〈Pf—_，IPf (k+1)-Pf (k) I < ΔPf, Pf _与P f max分别为所述燃料电池发动机的最小瞬时功率和最大瞬时功率，△ Pf为所述燃料电池发动机的稳态输出功率的允许变化率。
[0022]为达到上述目的，本发明另一方面实施例还提出了一种燃料电池汽车，该燃料电池汽车包括所述的燃料电池汽车的控制系统。
[0023]本发明实施例提出的燃料电池汽车，通过燃料电池汽车的控制系统优化了整车能量分配，提高了燃料电池系统和动力电池的效率，同时保护了燃料电池系统，简化了整车控制算法，降低了整车控制成本。
[0024]为达到上述目的，本发明再一方面实施例还提出了一种燃料电池汽车的控制方法，该燃料电池汽车的控制方法包括以下步骤:获取燃料电池汽车的故障状态、动力电池的荷电值和模式选择开关的状态；根据所述燃料电池汽车的故障状态、所述动力电池的荷电值和所述模式选择开关的状态确定燃料电池发动机的工作模式，并根据所述工作模式对燃料电池管理器进行控制。
[0025]本发明实施例提出的燃料电池汽车的控制方法，能够优化整车能量分配，保护燃料电池系统的同时提高燃料电池系统和动力电池的