CN112026524A - 一种用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法和系统 - Google Patents

一种用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法和系统，涉及车辆的发动机技术领域。故障诊断及处理方法包括：动力域控制器接受各个控制对象的数据信息；动力域控制器中的故障诊断模块根据所述数据信息识别所述控制对象的故障；动力域控制器根据所述故障对动力系统和整车的影响程度控制所述燃料电池汽车进行相应地动作。本发明提供的故障诊断及处理方法能够保证燃料电池汽车的稳定性和安全性。

Description

一种用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法和系统
技术领域
本发明涉及车辆的发动机领域，特别是涉及一种用于燃料电池汽车的故障诊断及处理系统和方法。
背景技术
燃料电池汽车是清洁能源汽车的主要类别之一。现有技术中，燃料电池汽车的动力系统由众多控制器组成，整车的稳定运行需要各个控制器之间的相互协调合作。当某一个或多个控制器上报故障时，整车控制器需要对不同故障做出不同处理，从而使整车处于一种安全可控的状态。每个控制器对其控制部件或系统独自做故障监测以及故障程度判断或等级划分和相应的处理信息，之后经总线上传至整车控制器，由其做出故障等级再次划分、等级仲裁和处理。这样的处理方式对于现今可多达一百多个控制器的控制系统来说，其整车控制器通讯和处理负荷过重，系统效率低下，车辆的稳定性和安全性得不到很好的保障。
发明内容
本发明第一方面的一个目的是提供一种用于燃料电池汽车的能够保证燃料电池汽车的稳定性和安全性的故障诊断及处理方法。
本发明第一方面的进一步的目的是提供一种用于燃料电池汽车的成本较低的故障诊断及处理方法。
本发明第二方面的目的是提供一种用于燃料电池汽车的能够保证燃料电池汽车的稳定性和安全性的故障诊断及处理系统。
根据上述第一方面，本发明提供了一种用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法，所述燃料电池汽车包括动力系统，所述动力系统包括燃料电池系统部件、锂离子电池测量与均衡部件、DC/DC转换器、电机和传感器，所述故障诊断及处理方法包括：
动力域控制器接受各个控制对象的数据信息；
动力域控制器中的故障诊断模块根据所述数据信息识别所述控制对象的故障；
动力域控制器根据所述故障对动力系统和整车的影响程度控制所述燃料电池汽车进行相应地动作；
其中，各个控制对象的数据信息包括：燃料电池系统部件的数据信息、锂离子电池测量与均衡部件信息、DC/DC转换器的数据信息、电机的数据信息和传感器信息。
可选地，在动力域控制器中的故障诊断模块根据所述数据信息识别所述控制对象的故障后，还包括：
所述故障诊断模块按照故障对动力系统和整车的影响程度从高至低将故障分为一级故障、二级故障和三级故障；
所述动力域控制器根据故障等级控制所述燃料电池汽车进行相应地动作。
可选地，所述故障诊断模块按照故障对动力系统和整车的影响程度从高至低将故障分为一级故障、二级故障和三级故障后，还包括：
判断当前时刻是否存在超过一个等级的故障；
若是，所述动力域控制器对故障进行仲裁，并控制所述燃料电池汽车优先处理故障等级高的故障。
可选地，所述故障诊断模块按照故障对动力系统和整车的影响程度从高至低将故障分为一级故障、二级故障和三级故障后，还包括：
判断当前时刻是否存在多个相同等级的故障；
若是，所述动力域控制器对故障进行仲裁，按照故障对动力系统和整车的影响程度决定是否需要对多个相同等级的故障进行升级处理，并控制所述燃料电池汽车按照仲裁等级结果进行故障处理。
可选地，所述动力域控制器根据故障等级控制所述燃料电池汽车进行相应地动作包括：
在所述一级故障时控制所述动力系统停止运行；
在所述二级故障时控制所述动力系统限制功率运行；
在所述三级故障时警示驾驶人员。
可选地，动力域控制器接受各个控制对象的数据信息包括：
所述动力域控制器接受燃料电池系统的氢气循环泵的数据信息；
所述故障诊断模块根据氢气循环泵的数据信息识别所述氢气循环泵是否发生故障；
若是，所述故障诊断模块将故障划分等级；
所述动力域控制器控制所述燃料电池系统按照既定动作处理应对故障。
可选地，动力域控制器接受各个控制对象的数据信息包括：
所述动力域控制器接受燃料电池系统的氢气进堆压力的数据信息；
所述故障诊断模块根据氢气进堆压力的数据信息识别所述氢气进堆压力是否发生异常；
若是，所述故障诊断模块将故障划分等级；
所述动力域控制器控制所述燃料电池系统按照既定动作处理应对故障。
根据上述第二方面，本发明还提供了一种用于燃料电池汽车的故障诊断及处理系统，按照所述的故障诊断及处理方法进行工作，所述燃料电池汽车包括动力系统，所述动力系统包括燃料电池系统部件、锂离子电池测量与均衡部件、DC/DC转换器、电机和传感器，所述故障诊断及处理系统包括：
动力域控制器，与所述燃料电池汽车的动力系统连接，所述动力域控制器用于接受各个控制对象的数据信息；
所述动力域控制器包括：
故障诊断模块，用于所述数据信息识别所述控制对象的故障；
所述动力域控制器还用于根据所述故障对动力系统和整车的影响程度控制所述燃料电池汽车进行相应地动作；
其中，各个控制对象的数据信息包括：燃料电池系统部件的数据信息、锂离子电池测量与均衡部件信息、DC/DC转换器的数据信息、电机的数据信息及传感器信息。
可选的，所述动力域控制器与所述动力系统通过CAN连接。
本发明提供的用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法利用动力域控制器将动力系统中涉及的控制对象的故障进行集中诊断和处理，针对性非常强，这使得整车的信息交互量和途径都极大地降低，使得系统控制的实时性、可靠性和安全性都显著加强。
进一步地，该燃料电池汽车采用集中式域控制器架构，动力域控制器是其中的一个域控制器。对于动力系统的故障诊断和处理均在动力域控制器中完成，对于一些非动力域的故障诊断和处理则由相应域的域控制器处理，各域控制器间并通过网关协调处理故障。如此，既减少了控制器的数量和相应的线束，又降低了控制器间的通讯和处理负荷，极大地降低了成本和提高了控制系统的实时性、可靠性和安全性。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了解本发明的上述以及其他的目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法的流程框图；
图2是根据本发明的另一个实施例的用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法的流程框图；
图3是根据本发明的一个实施例的用于燃料电池汽车的故障诊断及处理系统的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
图1是根据本发明的一个实施例的用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法的流程框图。如图1所示，本发明提供了一种用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法，燃料电池汽车包括动力系统20，动力系统20包括燃料电池系统部件21、锂离子电池测量与均衡部件22、DC/DC转换器23、电机24和传感器25，故障诊断及处理方法一般性地包括：
S10：动力域控制器10接受各个控制对象的数据信息；
S20：动力域控制器10中的故障诊断模块11根据数据信息识别控制对象的故障；
S30：动力域控制器10根据故障对动力系统20和整车的影响程度控制燃料电池汽车进行相应地动作。
其中，各个控制对象的数据信息包括：燃料电池系统部件21的数据信息、锂离子电池测量与均衡部件22的信息、DC/DC转换器23的数据信息、电机24的数据信息及传感器25的信息。以上信息涵盖了动力系统20中的绝大部分信息，因此，可以对动力系统20进行全方位的故障诊断和处理。
本实施例提供的用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法利用动力域控制器10将动力系统20中涉及的控制对象的故障进行集中诊断和处理，针对性非常强，这使得整车的信息交互量和途径都极大地降低，使得系统控制的实时性、可靠性和安全性都显著加强。
进一步地，该燃料电池汽车采用集中式域控制器架构，动力域控制器是其中的一个域控制器。对于动力系统的故障诊断和处理均在动力域控制器中完成，对于一些非动力域的故障诊断和处理则由相应域的域控制器处理，各域控制器间并通过网关协调处理故障。如此，既减少了控制器的数量和相应的线束，又降低了控制器间的通讯和处理负荷，极大地降低了成本和提高了控制系统的实时性、可靠性和安全性。
在一个实施例中，在动力域控制器10中的故障诊断模块11根据数据信息识别控制对象的故障后，还包括：
故障诊断模块11按照故障对动力系统20和整车的影响程度从高至低将故障分为一级故障、二级故障和三级故障；
动力域控制器10根据故障等级控制燃料电池汽车进行相应地动作。
在本实施例中，将故障按照严重程度分为三级，其中，一级故障的故障等级最高，严重程度也最高。当动力系统20中有多个故障发生，先将每个故障定级，然后根据故障等级相应地动作。
当然，在其他实施例中，也可以依据实际情况将故障分为二级、四级、五级等。
在一个具体的实施例中，故障诊断模块11按照故障对动力系统20和整车的影响程度从高至低将故障分为一级故障、二级故障和三级故障后，还包括：
判断当前时刻是否存在超过一个等级的故障；
若是，动力域控制器对故障进行仲裁，并控制燃料电池汽车优先处理故障等级高的故障。
在本实施例中，优先处理故障等级高的故障，例如，同时存在一级故障和二级故障，则优先处理一级故障。如此，可以极大地提升燃料电池汽车的安全性。
在一个具体的实施例中，故障诊断模块11按照故障对动力系统20和整车的影响程度从高至低将故障分为一级故障、二级故障和三级故障后，还包括：
判断当前时刻是否存在多个相同等级的故障；
若是，所述动力域控制器对故障进行仲裁，按照故障对动力系统20和整车的影响程度决定是否需要对多个相同等级的故障进行升级处理，并控制所述燃料电池汽车按照仲裁等级结果进行故障处理。
在本实施例中，当动力系统20存在多个相同等级的故障时，需要对这些故障进行仲裁，优选的，当出现两个三级故障时，将故障等级升级到二级，当出现三个或更多三级故障时，则升级为一级；当出现两个或更多二级故障时，则将故障等级升级到一级。
在一个更为具体的实施例中，动力域控制器10根据故障等级控制燃料电池汽车进行相应地动作包括：
在一级故障时控制动力系统20停止运行；
在二级故障时控制动力系统20限制功率运行；
在三级故障时警示驾驶人员。
在一级故障时，动力系统20的问题非常严重，此时需要将燃料电池汽车停止，避免因动力系统20故障导致进一步的事故。
图2是根据本发明的另一个实施例的用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法的流程框图。如图2所示，在一个更为具体的实施例中，动力域控制器10接受各个控制对象的数据信息包括：
S11：动力域控制器10接受燃料电池系统的氢气循环泵的数据信息；
S12：故障诊断模块11根据氢气循环泵的数据信息识别氢气循环泵是否发生故障；
S13：若是，故障诊断模块11将故障划分等级；
S14：动力域控制器10控制燃料电池系统按照既定动作处理应对故障。
既定动作例如，在燃料电池系统的氢气循环泵发生一级故障后，控制燃料电池系统停止供电、锂离子电池供电、将氢气系统排气阀打开、将空气节气门开度调至预设比例，待氢气的进堆压力小于第一限定值且空气的进堆压力小于第二限定值时，控制氢气喷射器关闭、氢气循环泵转速设置为零、氢气循环泵使能和氢气循环泵继电器使能均设置为零、空压机转速设定为零、空压机使能关闭。
本发明采用集中式域控制器架构，也即仅通过动力域控制器10对动力系统20的故障进行诊断和处理。以氢气循环泵为例，故障诊断和处理系统按照如下方式进行工作：先进行信息采集，对循环泵的数据信息进行采集；再进行故障判断，对数据信息进行解析，捕获异样的循环泵供电电压信息并判定是否发生故障；再进行故障等级划分；再进行故障仲裁，如有多个故障则将对多个故障进行结果仲裁；最后进行故障处理，当发生一级故障时，控制燃料电池停止供电并控制锂离子电池供电，进一步控制氢气系统排气阀打开，然后将空气节气门开度调至预设值，例如，80％，待氢气和空气进堆压力小于各自的限定值后，将氢气喷射器关闭，循环泵转速设置为零，循环泵使能设置为零，循环泵继电器使能设置为零，空压机转速设定为零，空压机使能关闭，最后使得整车断开高压继电器，燃料电池汽车停止行驶，避免安全隐患。
而在现有技术中，采用分布式控制器架构，同样以氢气循环泵为例。第一步为发送故障，一旦发生供电电压故障，氢气循环泵控制器将故障信息发送给燃料电池系统控制器；然后燃料电池系统控制器接收到循环泵的供电电压故障信息后对其实施分级并发送给整车控制器；如有多个故障信息，则整车控制器将对多个故障信息进行结果仲裁；最后由整车控制器将故障处理指令发送给燃料电池系统控制器和其他需要协作的系统和部件的控制器，燃料电池系统控制器在获得故障处理指令后只对燃料电池系统按照既定动作处理故障，同时整车控制器按照既定动作处理，如断开高压继电器，停止燃料电池汽车行驶等。
集中式域控制器架构中所有的故障诊断和处理动作都在动力域控制器中完成。而分布式控制器架构中的所述故障诊断和处理动作分别在循环泵控制器、燃料电池系统控制和整车控制器中完成。也就是说，集中式域控制器架构和分布式控制器架构最主要的区别在于前者的处理层级只有一级，而后者则有三级。因此，集中式控制器架构的故障诊断与处理更快捷和合理。
在一个进一步的实施例中，动力域控制器10接受各个控制对象的数据信息包括：
动力域控制器10接受燃料电池系统的氢气进堆压力的数据信息；
故障诊断模块11根据氢气进堆压力的数据信息识别氢气进堆压力是否发生异常；
若是，故障诊断模块11将故障划分等级；
动力域控制器10控制燃料电池系统按照既定动作处理应对故障。
在集中式域控制器架构中，动力域控制器10对氢气进堆压力的数据信息进行采集，对数据信息进行解析并捕获异样的氢气进推压力信息，然后判断是否发生故障，若是，将故障进行等级划分。当请求进堆压力小于第一预设阈值，例如250kPa时，判定故障等级为三级故障并判定是动力域中出现的警告故障，当氢气进堆压力大于第二预设阈值，例如270kPa时，则判定为二级故障；如有多个故障则需进行仲裁；最后，对于三级故障，处理单元控制燃料电池汽车上自带的警示系统，如发出声光报警和/或显示屏上显示警示信息，提醒驾驶人员注意警告信息，对于二级故障，控制燃料电池系统输出功率进行限定，使整车在安全的功率下运行。
而在分布式控制器架构中，燃料电池控制器接收到氢气进推压力数据信息后进行数据分析判断，确定是否发生故障，燃料电池系统控制器对氢气进堆压力故障实施分级并发送给整车控制器，整车控制器根据燃料电池系统控制器发来的故障信息进行仲裁，将故障处理指令发送给燃料电池系统控制器和其他需要协作的系统和部件的控制器，最后，燃料电池系统在获得故障处理指令后对燃料电池系统按照故障等级进行相应的处理，整车控制器根据故障等级对整车进行相应的处理。
图3是根据本发明的一个实施例的用于燃料电池汽车的故障诊断及处理系统的结构框图。如图3所示，本发明提供了一种用于燃料电池汽车的故障诊断及处理系统，采用上述任意一个实施例提供的故障诊断及处理方法工作，燃料电池汽车包括动力系统20，动力系统20包括燃料电池系统部件21、锂离子电池测量与均衡部件22、DC/DC转换器23、电机24和传感器25，故障诊断及处理系统一般性地包括动力域控制器10，与车辆的动力系统20连接，动力域控制器10用于接受各个控制对象的数据信息。动力域控制器10包括故障诊断模块11，用于数据信息识别控制对象的故障。动力域控制器10还用于根据故障对动力系统20和整车的影响程度控制燃料电池汽车进行相应地动作。
其中，各个控制对象的数据信息包括：燃料电池系统部件21的数据信息、锂离子电池测量与均衡部件22的信息、DC/DC转换器23的数据信息、电机24的数据信息及传感器25的信息。以上信息涵盖了动力系统20中的绝大部分信息，因此，可以对动力系统20进行全方位的故障诊断和处理。
本实施例提供的用于燃料电池汽车的故障诊断及处理系统利用动力域控制器10将动力系统20中涉及的控制对象的故障进行集中诊断和处理，针对性非常强，这使得整车的信息交互量和途径都极大地降低，使得系统控制的实时性、可靠性和安全性都显著加强。
在一个更为具体的实施例中，动力域控制器10与动力系统20通过CAN连接。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种用于燃料电池汽车的故障诊断及处理方法，所述燃料电池汽车包括动力系统(20)，所述动力系统(20)包括燃料电池系统部件(21)、锂离子电池测量与均衡部件(22)、DC/DC转换器(23)、电机(24)和传感器(25)，其特征在于，所述故障诊断及处理方法包括：
动力域控制器(10)接受各个控制对象的数据信息；
动力域控制器(10)中的故障诊断模块(11)根据所述数据信息识别所述控制对象的故障；
动力域控制器(10)根据所述故障对动力系统(20)和整车的影响程度控制所述燃料电池汽车进行相应地动作；
其中，各个控制对象的数据信息包括：燃料电池系统部件(21)的数据信息、锂离子电池测量与均衡部件(22)的信息、DC/DC转换器(23)的数据信息、电机(24)的数据信息和传感器(25)的信息。
2.根据权利要求1所述的故障诊断及处理方法，其特征在于，在动力域控制器(10)中的故障诊断模块(11)根据所述数据信息识别所述控制对象的故障后，还包括：
所述故障诊断模块(11)按照故障对动力系统(20)和整车的影响程度从高至低将故障分为一级故障、二级故障和三级故障；
所述动力域控制器(10)根据故障等级控制所述燃料电池汽车进行相应地动作。
3.根据权利要求2所述的故障诊断及处理方法，其特征在于，所述故障诊断模块(11)按照故障对动力系统(20)和整车的影响程度从高至低将故障分为一级故障、二级故障和三级故障后，还包括：
判断当前时刻是否存在超过一个等级的故障；
若是，所述动力域控制器对故障进行仲裁，并控制所述燃料电池汽车优先处理故障等级高的故障。
4.根据权利要求3所述的故障诊断及处理方法，其特征在于，所述故障诊断模块(11)按照故障对动力系统(20)和整车的影响程度从高至低将故障分为一级故障、二级故障和三级故障后，还包括：
判断当前时刻是否存在多个相同等级的故障；
若是，所述动力域控制器对故障进行仲裁，按照故障对动力系统(20)和整车的影响程度决定是否需要对多个相同等级的故障进行升级处理，并控制所述燃料电池汽车按照仲裁等级结果进行故障处理。
5.根据权利要求2所述的故障诊断及处理方法，其特征在于，所述动力域控制器(10)根据故障等级控制所述燃料电池汽车进行相应地动作包括：
在所述一级故障时控制所述动力系统(20)停止运行；
在所述二级故障时控制所述动力系统(20)限制功率运行；
在所述三级故障时警示驾驶人员。
6.根据权利要求1所述的故障诊断及处理方法，其特征在于，动力域控制器(10)接受各个控制对象的数据信息包括：
所述动力域控制器(10)接受燃料电池系统的氢气循环泵的数据信息；
所述故障诊断模块(11)根据氢气循环泵的数据信息识别所述氢气循环泵是否发生故障；
若是，所述故障诊断模块(11)将故障划分等级；
所述动力域控制器(10)控制所述燃料电池系统按照既定动作处理应对故障。
7.根据权利要求1所述的故障诊断及处理方法，其特征在于，动力域控制器(10)接受各个控制对象的数据信息包括：
所述动力域控制器(10)接受燃料电池系统的氢气进堆压力的数据信息；
所述故障诊断模块(11)根据氢气进堆压力的数据信息识别所述氢气进堆压力是否发生异常；
若是，所述故障诊断模块(11)将故障划分等级；
所述动力域控制器(10)控制所述燃料电池系统按照既定动作处理应对故障。
8.一种用于燃料电池汽车的故障诊断及处理系统，按照权利要求1-7任一项所述的故障诊断及处理方法进行工作，所述燃料电池汽车包括动力系统(20)，所述动力系统(20)包括燃料电池系统部件(21)、锂离子电池测量与均衡部件(22)、DC/DC转换器(23)、电机(24)和传感器(25)，其特征在于，所述故障诊断及处理系统包括：
动力域控制器(10)，与所述车辆的动力系统(20)连接，所述动力域控制器(10)用于接受各个控制对象的数据信息；
所述动力域控制器(10)包括：
故障诊断模块(11)，用于所述数据信息识别所述控制对象的故障；
所述动力域控制器(10)还用于根据所述故障对动力系统(20)和整车的影响程度控制所述燃料电池汽车进行相应地动作；
其中，各个控制对象的数据信息包括：燃料电池系统部件(21)的数据信息、锂离子电池测量与均衡部件(22)的信息、DC/DC转换器(23)的数据信息、电机(24)的数据信息和传感器(25)的信息。
9.根据权利要求8所述的故障诊断及处理系统，其特征在于，所述动力域控制器(10)与所述动力系统(20)通过CAN连接。
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