CN108357387A - 一种氢燃料系统客车的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种氢燃料系统客车的控制系统，包括整车控制器、电机控制器、辅驱控制器、电池管理系统和氢燃料电堆控制器；电机通过减速器连接于后桥；整车控制器通过CAN线束与电池管理系统、电机控制器、配电柜、辅驱控制器、氢燃料电堆控制器进行连接；氢燃料电堆控制器连接DCF升压控制器，DCF升压控制器连接高压电池组；高压电池组连接配电柜，配电柜与电机控制器、辅驱控制器连接；电机控制器与电机连接。本发明整车控制器与氢燃料电堆控制器协同工作，通过精确的控制策略启动氢燃料系统，将电堆反应产生的能量存储到燃料电池中，是氢燃料电堆提供车辆行驶的主要动力源。

Description

一种氢燃料系统客车的控制系统
技术领域
本发明属于新能源汽车电子控制技术领域，特别涉及到一种氢燃料系统的客车控制系统。
背景技术
汽车作为一种交通工具，在现代工业社会里扮演着一个非常重要角色。随着汽车保有量的不断增多，以及人们对新能源汽车日益增长需求，同时续驶里程较长的新能源得到广泛关注。氢燃料电池汽车是一种绿色、无污染的新型汽车，通过电极反应将氢气与氧气产生的化学能转换为电能，能量转换效率高，提高新能源汽车续驶里程。
随着新能源产业在政策的支撑下，技术层次与市场均得到很大提升，然而国家补贴的退坡及现有新能源产业企业的鱼目混杂骗补情况的发生，新能源汽车需进行电池、电机、电控三方面技术的完善及国家技术层面和市场方面的管控，在降低成本的基础上提升产品软硬件使其能满足汽车行业基本标准及安全功能。
目前纯电动主要受制于电池的发展，高能量密度、电池极端环境下工作状态及寿命，致使续驶里程无法得到质的提升，混合动力汽车是通过优化发动机高效区与电机的高效区耦合，降低发动机油耗，属于比较契合过渡产品，终将会被代替。而氢燃料系统则通过氢气与氧气的反应，通过升压器来达到整车电压水平，目前从技术层面完全可实现四百公里乃至更高的续驶里程，在日本已建立一千多座汽车加氢站，丰田的氢燃料车可实现平台化标准化通用化，我国在补贴政策中以明确提出2020年氢燃料系统汽车依旧满足补贴要求，这样的背景下氢燃料的发展尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氢燃料系统客车的控制系统，通过整车控制器与氢燃料电堆系统间交互整车输出请求及燃料系统内部可执行功率，进而燃料电池反应堆需要通过内部氢燃料电堆控制器进行氢气与空气中氧气反应产生电能，电能通过升压器进行变压，以达到整车需求电压平台，驱动整车正常行驶制动及故障诊断。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种氢燃料系统客车的控制系统，包括整车控制器、电机控制器、辅驱控制器、电池管理系统和氢燃料电堆控制器；电机通过减速器连接于后桥；整车控制器通过CAN线束与电池管理系统、电机控制器、配电柜、辅驱控制器、氢燃料电堆控制器进行连接；氢燃料电堆控制器连接DCF升压控制器，DCF升压控制器连接高压电池组；高压电池组连接配电柜，配电柜与电机控制器、辅驱控制器连接；电机控制器通过U、V、W三相交流线束与电机连接。
配电柜与整车控制器实现CAN通讯，通过该配电柜将高压电池组高压电传递给电机控制器；整车控制器与氢燃料电堆控制器通过并联动力分流实现燃料电池的充电；电池管理系统通过控制高压电池组充放电，使脉冲电压连续工作驱动整车行驶。
DCF升压控制器连接于氢燃料电堆控制器，氢燃料电堆控制器控制电堆系统及氢气，通过与整车控制器交互信息判断整车当前高压电池组放电情况，根据所需信息来启或停电堆。
氢燃料电池系统通过与整车控制器交互信息，在整车控制器发送启动指令后，首先经过自检排查氢燃料系统是否有故障，若氢燃料系统检测出内部氢气、水温、硬件等故障，均无法正常开启氢堆，若无任何故障，氢燃料电堆则启动以产生电能供于整车行驶所用。
整车控制器为整车主控制单元，在整车控制逻辑中可通过驾驶员操作启动或关闭高压指令，进而整车控制器下发上下电指令来连接整车高压部分，将整车高压电器串并联，通过高压线束将高压电池组电流传递给电机，进而使整车实现驱动与电制动功能，此策略为纯电动模式下工况。
当整车控制器检测出电池管理系统中SOC低于某数值后，整车控制器下发氢燃料启动指令，氢燃料电堆控制器收到整车启动指令，同时氢燃料电堆控制器进行内部故障检测及氢气开启命令，将氢气与氧气进入氢燃料反应堆，产生电能与水，在整车处于纯电动模式依旧可发电给高压电池组。
氢燃料电堆控制器是通过氢燃料反应堆与氢气管理系统及冷却系统将氢气与氧气通过质子交换膜进行化学反应，整车控制器给氢燃料电池系统下发开启指令，氢燃料电堆控制器将燃料电池系统各工作模块信息上传给整车控制器进行监控，同时将电能通过DCF升压为整车电压平台，传输到高压电池组提供整车驱动能源。
氢燃料电堆控制器对氢气进行控制，若氢气传感器检测氢气含量超过限值，氢燃料电堆控制器立即发送氢气控制阀关闭命令，同时也将此命令发送给整车控制器，通过仪表显示。
电机控制器通过整车控制器进行通讯传输，通过CAN通讯将整车需求动力、转速限制下发与电机控制器，进而电机控制器通过内部算法进行计算，使电机正常驱动与电制动，电机作为整车的执行动力机构，将整车动力原通过电机控制器传递到电机进而驱动车轮行驶。
本发明的有益效果：本发明整车控制器与氢燃料电堆控制器协同工作，通过精确的控制策略启动氢燃料系统，将电堆反应产生的能量存储到燃料电池中，使氢燃料电堆提供车辆行驶的主要动力源；本发明通过开发创新电堆管理系统与整车控制器间控制路线的CAN通讯及连接方式，使氢燃料系统客车能实现超长续驶里程的运行，提高了新能源汽车的发展。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种氢燃料系统客车整车控制CAN总线网络架构示意图。
图中各附图标记的含义如下：1-电机、2-高压电池组、3-电池管理系统、4-CAN线束、5-电机控制器、6-配电柜、7-整车控制器、8-辅驱控制器、9-DCF升压控制器、10-氢燃料电堆控制器。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如附图1所示，一种氢燃料系统客车的控制系统(路线)，主要包括整车控制器7、电机控制器5、辅驱控制器8、电池管理系统3和氢燃料电堆控制器10；在图1中实线箭头表示机械连接，虚线箭头表示电气连接；
氢燃料电池的电机1通过减速器连接于后桥，作为驱动结构电机特性体现在起步加速快、噪声小；
整车控制器7通过CAN线束4与电池管理系统3、电机控制器5、配电柜6、辅驱控制器8、氢燃料电堆控制器10进行连接；氢燃料电堆控制器10连接DCF升压控制器9，DCF升压控制器9连接高压电池组2；高压电池组2连接配电柜6，配电柜6与电机控制器5、辅驱控制器8连接；电机控制器5与电机1连接；
配电柜6与整车控制器7实现CAN通讯，通过该配电柜6将高压电池组2高压电传递给电机控制器5，进而调节控制电机运行提供整车动力源，而整车控制器7与氢燃料电堆控制器10通过并联动力分流来实现燃料电池的充电。
DCF升压控制器9连接于氢燃料电堆控制器10，氢燃料电堆控制器10可控制电堆系统及氢气，通过与整车控制器7交互信息判断整车当前高压电池组2放电情况，根据所需信息来启或停电堆；
氢燃料电池系统通过与整车控制器交互信息，在整车控制器发送启动指令后，首先经过自检排查氢燃料系统是否有故障，若氢燃料系统检测出内部氢气、水温、硬件等故障，均无法正常开启氢堆，若无任何故障，氢燃料电堆则启动以产生电能供于整车行驶所用。整车控制器7即为整车主控制单元，在整车控制逻辑中可通过驾驶员操作启动或关闭高压指令，进而整车控制器下发上下电指令来连接整车高压部分，将整车高压电器串并联，通过高压线束将高压电池组2电流传递给电机1，进而使整车实现驱动与电制动等功能，此策略为纯电动模式下工况，氢燃料客车属于增程式混合动力，氢堆只给电池充电，不参与驱动整车。
当整车控制器7检测出电池管理系统3中SOC低于某数值后，整车控制器7下发氢燃料启动指令，氢燃料电堆控制器10收到整车启动指令，同时氢燃料电堆控制器10进行内部故障检测及氢气开启命令，将氢气与氧气进入氢燃料反应堆，产生电能与水，在整车处于纯电动模式依旧可发电给高压电池组2。
氢燃料电堆控制器10是通过氢燃料反应堆与氢气管理系统及冷却系统将氢气与氧气通过质子交换膜等过程进行化学反应，整车控制器7给氢燃料电池系统下发开启指令，氢燃料电堆控制器10将燃料电池系统各工作模块信息上传给整车控制器7进行监控，同时将电能通过DCF升压为整车电压平台，传输到高压电池组2提供整车驱动能源。氢燃料电堆控制器需对氢气进行控制，若氢气传感器检测氢气含量超过限值，氢燃料电堆控制器立即发送氢气控制阀关闭命令，同时也将此命令发送给整车控制器，通过仪表显示。电机控制器5通过整车控制器7进行通讯传输，通过CAN通讯将整车需求动力、转速限制下发与电机控制器5，进而电机控制器5通过内部算法进行计算，使电机正常驱动与电制动，电机作为整车的执行动力机构，将整车动力原通过电机控制器传递到电机进而驱动车轮行驶。高压配电柜6作为整车上高压电的中转启动系统，通过预充、闭合主接触器、绝缘检测、主驱辅驱输出等高压部件，使整车驱动部件获得动力源进行驱动、制动、转向、空调及除霜等功能。整车通过高压配电柜进行高压电预充保护各部件，进而确保行驶的安全性及功能性符合要求。
以上对本发明所提供的氢燃料客车整车控制组件控制路线进行了详细说明，本发明创新设计了由电机、高压电池组、电池管理系统、电机控制器、高压配电柜、整车控制器、辅驱控制器、DCF、氢燃料电堆控制器构成的氢燃料系统，合理调试氢燃料电堆系统与各部件的通讯，使整车在合适的情况下启动氢燃料电池，符合整车性能需求。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种氢燃料系统客车的控制系统，其特征在于，包括整车控制器(7)、电机控制器(5)、辅驱控制器(8)、电池管理系统(3)和氢燃料电堆控制器(10)；
电机(1)通过减速器连接于后桥；
整车控制器(7)通过CAN线束(4)与电池管理系统(3)、电机控制器(5)、配电柜(6)、辅驱控制器(8)、氢燃料电堆控制器(10)进行连接；
氢燃料电堆控制器(10)连接DCF升压控制器(9)，DCF升压控制器(9)连接高压电池组(2)；
高压电池组(2)连接配电柜(6)，配电柜(6)与电机控制器(5)、辅驱控制器(8)连接；
电机控制器(5)与电机(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料系统客车的控制系统，其特征在于，配电柜(6)与整车控制器(7)实现CAN通讯，通过该配电柜(6)将高压电池组(2)高压电传递给电机控制器(5)；整车控制器(7)与氢燃料电堆控制器(10)通过并联动力分流实现燃料电池的充电；电池管理系统通过控制高压电池组充放电，使脉冲电压连续工作驱动整车行驶。
3.根据权利要求1所述的一种氢燃料系统客车的控制系统，其特征在于，DCF升压控制器(9)连接于氢燃料电堆控制器(10)，氢燃料电堆控制器(10)控制电堆系统及氢气，通过与整车控制器(7)交互信息判断整车当前高压电池组(2)放电情况，根据所需信息来启或停电堆。
4.根据权利要求1所述的一种氢燃料系统客车的控制系统，其特征在于，氢燃料电池系统通过与整车控制器交互信息，在整车控制器发送启动指令后，首先经过自检排查氢燃料系统是否有故障，若氢燃料系统检测出内部氢气、水温、硬件故障，均无法正常开启氢堆，若无任何故障，氢燃料电堆则启动以产生电能供于整车行驶所用。
5.根据权利要求1所述的一种氢燃料系统客车的控制系统，其特征在于，整车控制器(7)为整车主控制单元，在整车控制逻辑中通过驾驶员操作启动或关闭高压指令，进而整车控制器下发上下电指令来连接整车高压部分，将整车高压电器串并联，通过高压线束将高压电池组(2)电流传递给电机(1)，进而使整车实现驱动与电制动功能，此策略为纯电动模式下工况。
6.根据权利要求1所述的一种氢燃料系统客车的控制系统，其特征在于，当整车控制器(7)检测出电池管理系统(3)中SOC低于某数值后，整车控制器(7)下发氢燃料启动指令，氢燃料电堆控制器(10)收到整车启动指令，同时氢燃料电堆控制器(10)进行内部故障检测及氢气开启命令，将氢气与氧气进入氢燃料反应堆，产生电能与水，在整车处于纯电动模式依旧可发电给高压电池组(2)。
7.根据权利要求1所述的一种氢燃料系统客车的控制系统，其特征在于，氢燃料电堆控制器(10)是通过氢燃料反应堆与氢气管理系统及冷却系统将氢气与氧气通过质子交换膜进行化学反应，整车控制器(7)给氢燃料电池系统下发开启指令，氢燃料电堆控制器(10)将燃料电池系统各工作模块信息上传给整车控制器(7)进行监控，同时将电能通过DCF升压为整车电压平台，传输到高压电池组(2)提供整车驱动能源。
8.根据权利要求1所述的一种氢燃料系统客车的控制系统，其特征在于，氢燃料电堆控制器对氢气进行控制，若氢气传感器检测氢气含量超过限值，氢燃料电堆控制器立即发送氢气控制阀关闭命令，同时也将此命令发送给整车控制器，通过仪表显示。
9.根据权利要求1所述的一种氢燃料系统客车的控制系统，其特征在于，电机控制器(5)通过整车控制器(7)进行通讯传输，通过CAN通讯将整车需求动力、转速限制下发与电机控制器(5)，进而电机控制器(5)通过内部算法进行计算，使电机正常驱动与电制动，电机作为整车的执行动力机构，将整车动力原通过电机控制器传递到电机进而驱动车轮行驶。
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