[发明专利]一种燃料电池增程器的控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源电动汽车技术领域，涉及一种对燃料电池增程器的启动和停机进行控制以及对燃料电池和动力电池的能量进行协调控制与分配的方法，具体是一种燃料电池增程器的控制系统及控制方法。

背景技术

随着科技的进步、石油资源的日益匮乏和公众环保意识的提高，电动汽车越来越受到人们的重视。近年来电动汽车已取得重大发展，但是电池的能量密度不高、电池寿命短，导致续航里程短，是当前市场推广的较大瓶颈。

为了解决电动汽车续航里程短的问题，各种增程式电动汽车应运而生。增程式电动汽车是在纯电动汽车的基础上加载车载充电器，从而大大延长了电动汽车的续航能力。目前增程式电动汽车采用动力蓄电池为主要驱动能源，而车载充电器一般采用小型汽油或柴油发动机，当电池电量充足时，发动机停机，当电池电量不足时，发动机启动进行辅助驱动，延长续航里程。但作为车载充电器的发动机仍采用汽油或柴油等不可再生能源，能量转换效率低，且排放出CO,CO₂，硫化物等污染物与电动汽车零排放的目标不符合。

近年来，燃料电池技术不断取得突破，获得快速发展。燃料电池以氢气和氧气为反应剂，生成电和水，转换效率高并且完全零污染、零排放。对于以燃料电池为主要驱动能量的汽车，由于汽车的运行并不是一个稳态情况,频繁的启动、加速和爬坡使得汽车动态工况非常复杂，燃料电池的输出随着车载工况变化，而燃料电池在这种动态工况下耐久性及寿命欠佳，并且燃料电池动态响应比较慢,在启动、急加速或爬陡坡时燃料电池的输出特性无法满足车辆的行驶要求。同时对于以燃料电池为主要驱动能量的汽车，燃料电池的成本势必较高。因此以动力电池作为主要驱动能源，以燃料电池作为增程器是一个很好的技术发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池增程器的控制系统及控制方法，以动力电池作为驱动能源，燃料电池作为增程辅助能源，在动力电池效率和功率范围内，尽量减少燃料电池增程器的启动，减少增程器频繁启动的损坏以及对动力电池频繁充放电的寿命影响，在极大利用动力电池能量后，启动燃料电池，并根据需求功率控制燃料电池的输出功率，延长续航里程。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：

一种燃料电池增程器的控制系统，包括燃料电池增程器、动力电池及动力电池管理系统、整车控制器和电机控制器；所述燃料电池增程器包括氢气供给装置、减压阀、可控电磁阀、燃料电池发电装置、燃料电池管理系统和DC/DC变换器；所述燃料电池管理系统、动力电池管理系统、电机控制器和整车控制器通过CAN总线组成一个分布式系统，进行信息交互；所述燃料电池增程器的氢气供给装置与减压阀连接，减压阀连接可控电磁阀，可控电磁阀与燃料电池发电装置连接，燃料电池发电装置与DC/DC变换器连接；所述燃料电池发电装置的输出、动力电池的输出、电机控制器的输入共直流母线。

所述燃料电池管理系统对燃料电池增程器进行实时监测、控制与故障诊断；燃料电池管理系统通过IO口控制可控电磁阀的打开或关闭，实现接通或切断燃料电池发电装置的氢气流入通道；燃料电池管理系统通过PWM控制DC/DC变换器，调整燃料电池增程器的输出功率。

所述动力电池管理系统对动力电池状态进行实时监测、控制与故障诊断；所述动力电池管理系统通过CAN总线将动力电池状态信息发送给整车控制器。

所述电机控制器将直流逆变为三相交流驱动电机，所述电机控制器对电机状态进行监测、控制与故障诊断；所述电机控制器通过CAN总线将动力电池状态信息发送给整车控制器。

所述整车控制器对驾驶员输入、整车状态进行采集与诊断，并对整个系统进行协调与控制。

一种燃料电池增程器的控制方法，包括如下步骤：

（1）当动力电池的容量处于高荷电状态时，燃料电池增程器停止工作，靠动力电池提供功率输出，充分利用动力电池的能量并避免动力电池出现过充电，整车控制器给燃料电池管理系统发送燃料电池增程器关闭请求，同时燃料电池输出功率请求为0；