CN102167036A - 一种燃料电池混合动力整车控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池混合动力整车控制方法，步骤如下：1)整车控制器中设置电机状态切换模块、司机命令解释模块、动力电池荷电状态校验模块、路况自适应补偿模块、整车诊断修正模块和等效氢耗优化分配模块；2)整车控制器读入挡位信号、踏板信号和TTCAN总线数据；3)电机状态切换模块切换电机状态；4)司机命令解释模块确定电机目标转矩；5)动力电池荷电状态校验模块对SOC值，TTCAN总线电压、动力电池电流校验；6)路况自适应补偿模块计算整车辅助功率、DC/DC动态补偿时间常数；7)整车诊断修正模块修正电机目标转矩和DC/DC目标电流；8)等效氢耗优化分配模块中，整车目标功率在动力电池和燃料电池之间优化分配；9)修正后的电机目标转矩及DC/DC目标电流发送至电机控制器和DC/DC控制器，实现对电机和燃料电池的输出功率控制。

Description

一种燃料电池混合动力整车控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆控制方法，特别是关于一种面向一般城市工况的燃料电池混合动力整车控制方法。

背景技术

石油资源匮乏和环境污染是当今各国政府、科研机构和跨国企业关注的重大问题，许多国家政府和企业投入大量资源研究解决该问题的技术方案。燃料电池(或称为质子交换膜燃料电池)依靠氢和氧的化学反应产生电流，并生成水，噪声低且无污染，因此被认为是解决资源及环境问题的重要技术方案。

当前燃料电池主要是应用于燃料电池混合动力汽车。燃料电池混合动力汽车一般采用燃料电池加动力电池或者超级电容的构型。动力电池(或超级电容)在加载时提供过载功率，避免燃料电池工况突变；制动时，动力电池(或超级电容)吸收部分制动能量，提高***经济性。燃料电池混合动力***包括多个动力源(例如燃料电池动力源与动力电池动力源)，由整车控制器控制该多个动力源进行工作。

在燃料电池混合动力汽车的混合动力构型方面，现有技术提供了一种“能量型”混合动力***。如图1所示(图中细实线表示高压连接，粗实线表示机械连接)，在这种构型中，燃料电池***通过直流/直流变换器(Direct Current to Direct Current converter，DC/DC)与动力电池并联，而后通过直流/交流逆变器(Direct Current to Alternating Current inverter，DC/AC)转变为交流电驱动三相异步电机。现有技术中还提供了多种燃料电池混合动力汽车的整车控制方法，包括基于规则的整车控制方法、瞬时优化、全局优化和制动能量回馈整车控制方法等，但是没有提供面向一般城市工况的整车控制方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种平均速率低、加减速工况所占比例高、制动消耗的能量大，能够解决城市工况的燃料电池混合动力整车控制方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种燃料电池混合动力整车控制方法，包括以下步骤：1)在整车控制器中设置电机状态切换模块、司机命令解释模块、动力电池荷电状态校验模块、路况自适应补偿模块、整车诊断修正模块和等效氢耗优化分配模块，其中，TTCAN为时间触发式控制器局域网；2)所述整车控制器从数字量、模拟量和TTCAN通讯端口读入司机挡位信号、司机踏板信号和TTCAN总线通讯数据；3)所述电机状态切换模块根据司机挡位信号和司机踏板信号将电机状态在“驱动、怠速、滑行、制动、倒车”之间切换；4)所述司机命令解释模块根据电机状态切换模块设置的电机状态信号，确定电机状态，进而确定电机目标转矩；5)所述动力电池荷电状态校验模块对动力电池管理***发送的SOC值，以及TTCAN总线电压、动力电池电流进行校验，其中，SOC值为动力电池荷电状态校验值；6)所述路况自适应补偿模块根据接收的部件状态信息，在线计算整车辅助功率P_aux、DC/DC动态补偿时间常数τ_dc，并对动力电池SOC值、燃料电池性能衰退进行补偿和自适应调整；7)所述整车诊断修正模块根据各部件的工作范围的限制，修正电机目标转矩和DC/DC目标电流；8)所述等效氢耗优化分配模块中，整车目标功率在动力电池和燃料电池之间优化分配，使***等效氢耗最小，并保持SOC值平衡；9)整车控制器将修正后的电机目标转矩及DC/DC目标电流通过TTCAN总线分别发送给电机控制器和DC/DC控制器，实现对电机和燃料电池的输出功率控制。

所述步骤3)中，所述电机状态切换模块的切换步骤如下：①判断司机档位信号是否为空挡，如果是，则设置电机状态为怠速，否则进入下一步；②判断档位信号是否为倒车档，如果是，则设置电机状态为倒车；否则进入下一步；③判断制动踏板是否大于制动阈值，如果是，则设置电机状态为制动；否则进入下一步；④判断制动踏板是否小于等于制动阈值，且加速踏板大于加速阈值，如果是，则设置电机状态为驱动，否则，设置电机状态为滑行。

所述步骤4)中，所述司机命令解释模块确定电机在怠速、倒车、驱动和滑行状态下时，则电机目标转矩为驱动目标转矩

上式中α为司机踏板位置信号，取值范围0～1；T_qd，max为电机最大驱动转矩，根据电机在驱动状态下的外特性曲线及目标转矩关系图，得到驱动目标转矩

的值；所述司机命令解释模块确定电机在制动状态下时，则电机目标转矩为制动目标转矩

上式中γ为制动踏板系数，T_qb，max为最大制动转矩，根据电机在制动状态下的外特性曲线及目标转矩关系图，得到制动目标转矩

的值。

所述制动踏板系数γ，在采用串联式制动能量回馈策略时，所述制动踏板系数γ通过下式得到：γ＝4(β-β₁)(β-β₂)(β₁-β₂)^-2，上式中β为制动踏板位置信号，β₁和β₂为制动回馈策略参数，该参数影响车辆制动效果，根据实际情况标定得到。

所述步骤5)中，所述动力电池荷电状态校验模块的校验过程如下：①使用最小二乘递推算法在线估算当前动力电池开路电压和平均充放电内阻，并结合动力电池开路电压-SOC曲线和充放电内阻-SOC曲线反推SOC值；②根据动力电池管理***发送的SOC值，结合动力电池开路电压-SOC曲线和充放电内阻-SOC曲线，推算出动力电池开路电压和平均充放电内阻；③根据步骤②中推算得到的开路电压、平均充放电内阻、以及动力电池管理***发送的SOC值，计算相对于步骤①中估算得到的开路电压、平均充放电内阻、以及SOC值的相对误差；④如果三种参数取值的相对误差均小于10％，则动力电池荷电状态校验模块判定动力电池管理***发送的SOC值可信，否则动力电池荷电状态校验模块采用步骤①中得到的SOC估算值代替动力电池管理***发送的SOC值。

所述步骤6)中，在所述路况自适应补偿模块中，所述整车辅助功率P_aux根据TTCAN总线数据，采用一阶低通滤波算法进行在线估算：

$P_{\mathrm{aux}}=\frac{P_{\mathrm{dc}}+P_{\mathrm{bat}}-P_{m,\mathrm{in}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{aux}}s+1},$

上式中P_dc为DC/DC输出功率，P_bat为动力电池输出功率，P_m，in为电机输入功率，均能从TTCAN总线数据读取，τ_aux为滤波常数，S为传递函数的复数变量；所述DC/DC动态补偿时间常数τ_dc按下式计算：τ_dc＝λ₁Δτ_dc1+λ₂Δτ_dc2+λ₃Δτ_dc3+τ_dc0，上式中λ₁、λ₂、λ₃为燃料电池性能衰退加权系数：λ₁＝0.4，λ₂＝0.4，λ₃＝0.2，τ_dc0＝5s，Δτ_dc1、Δτ_dc2和Δτ_dc3分别为根据燃料电池***U-I曲线三参数开路电压U₀，欧姆内阻R_fc和浓差极化参数b确定的修正值，Δτ_dc1、Δτ_dc2和Δτ_dc3随燃料电池电堆性能衰退而变化。

所述步骤9)中，修正后的所述电机目标转矩和DC/DC目标电流的计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{dc},\mathrm{mod}\mathrm{ified}}^{*}=I_{\mathrm{dc}}^{*}-{\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{dc},\mathrm{mod}\mathrm{ified}1}^{*}-{\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{dc},\mathrm{mod}\mathrm{ified}2}^{*}\\ T_{q,\mathrm{mod}\mathrm{ified}}^{*}=T_q^{*}-{\mathrm{\ΔT}}_{q,\mathrm{mod}\mathrm{ified}}^{*}\end{array}\right.,$

上式中

为电机目标转矩，为电机目标转矩诊断修正值，

为未经修正的DC/DC目标电流，为考虑动力电池SOC值平衡的DC/DC目标电流修正值，

为DC/DC目标电流诊断修正值，

为驱动电机目标转矩诊断修正值。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明考虑了***经济性、燃料电池耐久性和整车安全性，解决城市工况的能量管理问题。2、本发明提供一种燃料电池混合动力客车综合能量管理方法，整车控制器根据输入的司机挡位信号、司机踏板信号和时间触发式控制器局域网TTCAN总线通讯数据，确定电机目标转矩和DC/DC目标电流，将电机目标转矩和DC/DC目标电流向TTCAN总线。3、本发明可以在城市工况下实现***经济性优化，保证动力电池SOC平衡，尽量延长燃料电池使用寿命，保障整车安全。使用本发明的燃料电池城市客车已成功进行了奥运示范和北京公交示范运营，达到国内一流、国际先进的水平，因此可以广泛应用于燃料电池混合动力汽车控制应用中。

附图说明

图1是现有技术中的控制示意图

图2是本发明整车控制器组成示意图

图3是本发明整车控制器工作流程图

图4是本发明电机状态切换模块工作流程图

图5是本发明电机状态切换关系示意图

图6是本发明司机命令解释模块工作流程图

图7是本发明电机在驱动状态下的外特性曲线及电机制动目标转矩关系图

图8是本发明电机在制动状态下的外特性曲线及目标转矩关系图

图9是本发明SOC校验模块工作流程图

图10是本发明路况自适应补偿模块工作流程图

图11是本发明动态补偿时间常数Δτ_dc与三参数的关系图

图12是本发明整车诊断修正模块工作流程图

图13是本发明整车诊断修正算法框图

图14是本发明等效氢耗优化分配模块工作流程图

图15是本发明当动力电池SOC平衡修正系数μ＝0.6时，动力电池最优功率与SOC的关系图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图2、图3所示，本发明的整车控制器中包括电机状态切换模块、司机命令解释模块、SOC(State of Charge，动力电池荷电状态)校验模块、路况自适应补偿模块、整车诊断修正模块和等效氢耗优化分配模块，还具备数字量端口、模拟量端口和TTCAN通讯端口等接口。图示中SOC、总线电压、动力电池电流等信号，由现有设备中的BMS(Battery Management System，动力电池管理***)测量、计算后，发送到TTCAN(Time Triggered Controller Area Network，时间触发式控制器局域网)总线上；电机转速信号由现有设备中的电机控制器测量、计算，发送到TTCAN总线上；部件状态信息由各个部件控制器(电机控制器、DC/DC控制器、动力电池管理***、燃料电池控制器等)测量、计算后，发送到TTCAN总线上。

本发明整车控制方法包括以下步骤：

1、读入数据

整车控制器从数字量、模拟量和TTCAN通讯端口读入司机档位信号、司机踏板信号和TTCAN总线通讯数据。例如，整车控制器从数字量端口读入司机挡位信号，从模拟量端口读入司机踏板信号，从TTCAN通讯端口读入TTCAN总线通讯数据。除此之外，根据不同***的需要，整车控制器还可以从模拟量端口读入漏电传感器、制动气压传感器等发出的信号，从数字量端口读入包括电机状态切换、高压上电等信号。

2、电机状态切换

如图4、图5所示，整车控制器的电机状态切换模块根据司机挡位信号和司机踏板信号将电机状态在“驱动、怠速、滑行、制动、倒车”之间切换。

比如：整车控制器首先判断司机档位信号是否为空挡，如果是，则设置电机状态为怠速；否则，进一步判断档位信号是否为倒车档，如果是，则设置电机状态为倒车；否则，进一步判断制动踏板是否大于制动阈值，如果是则设置电机状态为制动；否则，进一步判断制动踏板是否小于等于制动阈值，且加速踏板大于加速阈值，如果是，则设置电机状态为驱动，否则，设置电机状态为滑行。

3、司机命令解释

如图2、图6所示，司机命令解释模块根据电机状态切换模块设置的电机状态信号，确定电机状态是否为制动状态，如果不是制动状态，则为“怠速”、“倒车”、“驱动”或“滑行”状态，此时电机目标转矩为驱动目标转矩

$T_{\mathrm{qd}}^{*}=\mathrm{\α}{T}_{\mathrm{qd},\max }---\left(1\right)$

式(1)中α为司机踏板位置信号，取值范围0～1；T_qd，max为电机最大驱动转矩，如图7所示，是驱动状态下最大驱动转矩T_qd，max与电机转速n和电机驱动目标转矩的对应关系图，根据式(1)以及图7所示对应关系，可以得到驱动目标转矩

的值。

如图6所示，如果是制动状态，此时电机目标转矩为电机制动目标转矩

$T_{\mathrm{qb}}^{*}=T_{\mathrm{qb},\max }\mathrm{\γ}---\left(2\right)$

式(2)中T_qb，max为最大制动转矩，如图8所示，是制动状态下电机最大制动转矩T_qb，max与电机转速n和电机制动目标转矩

的对应关系图。

式(2)中γ为制动踏板系数，当不采用制动能量回馈策略时，γ＝0；当采用串联式制动能量回馈策略时，γ通过下式得到：

γ＝4(β-β₁)(β-β₂)(β₁-β₂)^-2，(3)

式(3)中β为制动踏板位置信号，β₁和β₂为制动回馈策略参数。该参数影响车辆制动效果，根据实际情况标定得到。

4、SOC校验

如图2、图9所示，SOC校验模块对BMS发送的SOC值，以及TTCAN总线电压、动力电池电流进行校验，校验过程如下：

1)根据动力电池充放电电流、电压信号，使用RLS(Recursive Least Squares Algorithm，最小二乘递推算法)在线估算当前动力电池开路电压和平均充放电内阻，并结合动力电池开路电压-SOC曲线和充放电内阻-SOC曲线反推SOC值。其中，平均充放电内阻指一定SOC下动力电池充电内阻和放电内阻的平均值。

2)根据BMS发送的SOC值，结合动力电池开路电压-SOC曲线和充放电内阻-SOC曲线，推算出动力电池开路电压和平均充放电内阻。

3)根据步骤2)中推算得到的开路电压、平均充放电内阻、以及BMS发送的SOC值，计算相对于步骤1)中估算得到的开路电压、平均充放电内阻、以及SOC值的相对误差。

4)如果计算得到开路电压、平均充放电内阻、以及BMS发送的SOC值三种参数取值的相对误差均小于10％，则SOC校验模块判定BMS发送的SOC值可信，否则SOC校验模块采用步骤1)中得到的SOC估计值代替BMS发送的SOC值；确定的SOC值由SOC校验模块传输至等效氢耗优化分配模块。

5、路况自适应补偿

如图10所示，路况自适应补偿模块根据接收的部件状态信息，在线计算整车辅助功率P_aux、DC/DC动态补偿时间常数τ_dc，并对动力电池SOC值、燃料电池性能衰退进行相应的补偿和自适应调整。

其中，整车辅助功率P_aux可以根据TTCAN总线数据，采用一阶低通滤波算法进行在线估算：

$P_{\mathrm{aux}}=\frac{P_{\mathrm{dc}}+P_{\mathrm{bat}}-P_{m,\mathrm{in}}}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{aux}}s+1},---\left(4\right)$

式(4)中P_dc为DC/DC输出功率，P_bat为动力电池输出功率，P_m，in为电机输入功率，均可以从TTCAN总线数据读取，τ_aux为滤波常数。S为传递函数的复数变量。

之后，从TTCAN总线读取数据，采用最小二乘在线递推算法估算燃料电池U-I曲线三参数U₀(开路电压)，R_fc(欧姆内阻)和b(浓差极化参数)。根据图11所示的曲线，计算对应Δτ_dc1、Δτ_dc2和Δτ_dc3的值。其中，Δτ_dc1、Δτ_dc2和Δτ_dc3分别为根据燃料电池U-I曲线三参数U₀，R_fc和b而确定的修正值，随燃料电池电堆性能衰退，DC/DC动态补偿时间常数应变大，以使电堆输出功率变化更为缓慢，从而保护燃料电池。因此，Δτ_dc1随U₀递减，Δτ_dc2随R_fc递增，Δτ_dc3随b递增。而后，根据下式计算DC/DC动态补偿时间常数τ_dc：

τ_dc＝λ₁Δτ_dc1+λ₂Δτ_dc2+λ₃Δτ_dc3+τ_dc0，(5)

式(5)中λ₁、λ₂、λ₃为燃料电池性能衰退加权系数：λ₁＝0.4，λ₂＝0.4，λ₃＝0.2。τ_dc0＝5s。

考虑动力电池SOC平衡的DC/DC目标电流修正值

按下式计算：

$\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{dc},\mathrm{mod}\mathrm{ified}1}^{*}=\frac{k{K}_p{P}_{\mathrm{mb}}^{*}}{(U_{\mathrm{ocv}}\mathrm{Qs}+k){\mathrm{\η}}_m}---\left(6\right)$

式(6)中Q为动力电池容量，k为动力电池最优功率-SOC曲线与x轴相交处的斜率，K_p为修正系数，取值1～1.5之间，为电机制动功率(取绝对值)，η_m为电机效率，s为传递函数的复数变量，U_ocv为动力电池端电压。通过式(6)，当整车制动能量通过电机回收至动力电池时，燃料电池输出功率相应减小一部分，从而防止动力电池SOC过高。

6、整车诊断修正

如图12所示，整车诊断修正模块根据各部件的工作范围的限制，修正电机目标转矩和DC/DC目标电流，防止出现过压、过流和超温现象。如图13所示，是整车诊断修正方法框图。该整车诊断修正方法的计算结果为电机目标转矩诊断修正值

和DC/DC目标电流诊断修正值

图中各变量意义为：

λ_cL  根据漏电程度确定的电机目标转矩修正系数

λ_fc  根据燃料电池诊断信息确定的电机目标转矩修正系数

λ_hL  根据氢气泄露程度确定的电机目标转矩修正系数

λ_mcu 根据MCU温度确定的电机目标转矩修正系数

λ_m，temp根据电机温度确定的电机目标转矩修正系数

λ_Tbat根据动力电池温度确定的电机目标转矩修正系数

λ_Ubat根据总线电压确定的电机目标转矩修正系数

μ_cL  根据漏电程度确定的DC/DC目标功率修正系数

μ_dc1 根据DC/DC输出电流I_dc确定的DC/DC目标功率修正系数

μ_dc2 根据DC/DC工作温度T_dc确定的DC/DC目标功率修正系数

μ_dc3 根据DC/DC输入电压U_fc确定的DC/DC目标功率修正系数

μ_fc  根据燃料电池诊断信息确定的DC/DC目标功率修正系数

μ_hL  根据氢气泄露程度确定的DC/DC目标功率修正系数

μ_Tfc 根据燃料电池冷却水温度确定的DC/DC目标功率修正系数

根据燃料电池冷却水温度确定的DC/DC目标电流修正值(A)

根据MCU温度确定的电机目标转矩修正值(N.m)

根据电机温度确定的电机目标转矩修正值(N.m)

根据动力电池温度确定的电机目标转矩修正值(N.m)

7、等效氢耗优化分配

如图14所示，在等效氢耗优化分配模块中，整车目标功率在动力电池和燃料电池之间优化分配，使***等效氢耗最小，并保持SOC值平衡，这样可以最大限度地优化燃料电池***效率，并保证动力电池有足够的电量，从而保证整车的动力性。等效氢耗优化分配中首先需要计算动力电池最优功率P_bat，opt：

$P_{\mathrm{bat},\mathrm{opt}}=\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{bus},\min }(U_{\mathrm{ocv}}-U_{\mathrm{bus},\min })/R_{\mathrm{dis}},K_1^{\&prime;}\&le;x_{\min }\\ U_{\mathrm{ocv}}^2(1-{K_1^{\&prime;}}^2)/\left({4R}_{\mathrm{dis}}\right),x_{\min }<K_1^{\&prime;}\&le;1\\ \mathrm{0,1}<K_1^{\&prime;}<1/\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{chg}}}\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{dis}}}\right)\\ U_{\mathrm{ocv}}^2(1-{\left(K_1^{\&prime;}\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{chg}}}\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{dis}}}\right)}^2)/\left({4R}_{\mathrm{chg}}\right),1/\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{chg}}}\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{dis}}}\right)<K_1^{\&prime;}<x_{\max }/\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{chg}}}\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{dis}}}\right)\\ -U_{\mathrm{bus},\max }(U_{\mathrm{bus},\max }-U_{\mathrm{ocv}})/R_{\mathrm{chg}},K_1^{\&prime;}\&GreaterEqual;x_{\max }/\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{chg}}}\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{dis}}}\right)\end{array}\right.---\left(7\right)$

式(7)中U_bus，min为总线电压最小值，U_bus，max为总线电压最大值，U_ocv为动力电池端电压，R_dis为放电内阻，R_chg为充电内阻，

和

为动力电池平均放电效率和平均充电效率，K’₁与x为自定义参数：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_1^{\&prime;}=\mathrm{\&kappa;}\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{chg}}}\\ x_{\min }=\sqrt{1+4U_{\mathrm{bus},\min }(U_{\mathrm{bus},\min }-U_{\mathrm{ocv}})/\left(U_{\mathrm{ocv}}^2\right)}\\ x_{\max }=\sqrt{1+4U_{\mathrm{bus},\max }(U_{\mathrm{bus},\max }-U_{\mathrm{ocv}})/\left(U_{\mathrm{ocv}}^2\right)}\end{array}\right.,---\left(8\right)$

式(8)中κ为修正系数，其定义为：

κ＝1-2μ(SOC-0.5(SOC_H+SOC_L))/(SOC_H-SOC_L)，             (9)

式(9)中μ为动力电池SOC平衡修正系数。SOC_H为SOC的上限值，SOC_L为SOC的下限值。根据不同的路况，根据调整动力电池SOC平衡修正系数μ的值，保证SOC处于[SOC_L，SOC_H]的范围之内。如图15所示，是当动力电池SOC平衡修正系数μ＝0.6时，给出的动力电池最优功率与SOC关系的计算结果。

根据动力电池最优功率可计算出DC/DC最优目标功率为：

$P_{\mathrm{dc},\mathrm{opt}}^{*}=\max (\min (P_m^{*}/{\mathrm{\&eta;}}_m+P_{\mathrm{aux}}-P_{\mathrm{bat},\mathrm{opt}},P_{\mathrm{dc},\max }),P_{\mathrm{dc},\min })---\left(10\right)$

式(10)中P_dc，max为DC/DC最大输出功率，P_dc，min为最小输出功率，P_aux为整车辅助功率(在路况自适应补偿模块中计算)，η_m为电机效率，

为驱动电机目标功率，是电机制动目标转矩

与电机实际转速的乘积，P_bat，opt为动力电池最优功率。DC/DC动态目标电流为：

$I_{\mathrm{dc}1}^{*}=P_{\mathrm{dc},\mathrm{opt}}^{*}/U_{\mathrm{bus}}---\left(11\right)$

式(11)中U_bus为总线电压。将DC/DC动态目标电流进行一阶滤波，得到DC/DC目标电流

为：

$I_{\mathrm{dc}}^{*}=\frac{I_{\mathrm{dc}1}^{*}}{{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{dc}}s+1}---\left(12\right)$

式(12)中τ_dc为DC/DC动态补偿时间常数(在路况自适应补偿模块中计算)，

为DC/DC动态目标电流。

8、整车控制器将修正后的电机目标转矩及DC/DC目标电流通过TTCAN总线分别发送给电机控制器和DC/DC控制器，实现对电机和燃料电池的输出功率控制。

修正后的电机目标转矩和DC/DC目标电流的计算方法为：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{dc},\mathrm{mod}\mathrm{ified}}^{*}=I_{\mathrm{dc}}^{*}-{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dc},\mathrm{mod}\mathrm{ified}1}^{*}-{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dc},\mathrm{mod}\mathrm{ified}2}^{*}\\ T_{q,\mathrm{mod}\mathrm{ified}}^{*}=T_q^{*}-{\mathrm{\&Delta;T}}_{q,\mathrm{mod}\mathrm{ified}}^{*}\end{array}\right.,---\left(13\right)$

式(13)中

为电机目标转矩，其在制动状态时为

其余状态为

为电机目标转矩诊断修正值。

为未经修正的DC/DC目标电流，

为考虑动力电池SOC值平衡的DC/DC目标电流修正值，为DC/DC目标电流诊断修正值，

为驱动电机目标转矩诊断修正值。

Claims (7)

1.一种燃料电池混合动力整车控制方法，包括以下步骤：

1)在整车控制器中设置电机状态切换模块、司机命令解释模块、动力电池荷电状态校验模块、路况自适应补偿模块、整车诊断修正模块和等效氢耗优化分配模块；

2)所述整车控制器从数字量、模拟量和TTCAN通讯端口读入司机挡位信号、司机踏板信号和TTCAN总线通讯数据，其中，TTCAN为时间触发式控制器局域网；

3)所述电机状态切换模块根据司机挡位信号和司机踏板信号将电机状态在“驱动、怠速、滑行、制动、倒车”之间切换；

4)所述司机命令解释模块根据电机状态切换模块设置的电机状态信号，确定电机状态，进而确定电机目标转矩；

5)所述动力电池荷电状态校验模块对动力电池管理***发送的SOC值，以及TTCAN总线电压、动力电池电流进行校验，其中，SOC值为动力电池荷电状态校验值；

6)所述路况自适应补偿模块根据接收的部件状态信息，在线计算整车辅助功率P_aux、DC/DC动态补偿时间常数τ_dc，并对动力电池SOC值、燃料电池性能衰退进行补偿和自适应调整；

7)所述整车诊断修正模块根据各部件的工作范围的限制，修正电机目标转矩和DC/DC目标电流；

8)所述等效氢耗优化分配模块中，整车目标功率在动力电池和燃料电池之间优化分配，使***等效氢耗最小，并保持SOC值平衡；

9)整车控制器将修正后的电机目标转矩及DC/DC目标电流通过TTCAN总线分别发送给电机控制器和DC/DC控制器，实现对电机和燃料电池的输出功率控制。

2.如权利要求1所述的一种燃料电池混合动力整车控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述电机状态切换模块的切换步骤如下：

①判断司机档位信号是否为空挡，如果是，则设置电机状态为怠速，否则进入下一步；

②判断档位信号是否为倒车档，如果是，则设置电机状态为倒车；否则进入下一步；

③判断制动踏板是否大于制动阈值，如果是，则设置电机状态为制动；否则进入下一步；

④判断制动踏板是否小于等于制动阈值，且加速踏板大于加速阈值，如果是，则设置电机状态为驱动，否则，设置电机状态为滑行。

3.如权利要求1所述的一种燃料电池混合动力整车控制方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述司机命令解释模块确定电机在怠速、倒车、驱动和滑行状态下时，则电机目标转矩为驱动目标转矩

$T_{\mathrm{qd}}^{*}=\mathrm{\&alpha;}{T}_{\mathrm{qd},\max },$

上式中α为司机踏板位置信号，取值范围0～1；T_qd，max为电机最大驱动转矩，根据电机在驱动状态下的外特性曲线及目标转矩关系图，得到驱动目标转矩

的值；

所述司机命令解释模块确定电机在制动状态下时，则电机目标转矩为制动目标转矩

$T_{\mathrm{qb}}^{*}=T_{\mathrm{qb},\max }\mathrm{\&gamma;},$

上式中γ为制动踏板系数，T_qb，max为最大制动转矩，根据电机在制动状态下的外特性曲线及目标转矩关系图，得到制动目标转矩

的值。

4.如权利要求3所述的一种燃料电池混合动力整车控制方法，其特征在于：所述制动踏板系数γ，在采用串联式制动能量回馈策略时，所述制动踏板系数γ通过下式得到：

γ＝4(β-β₁)(β-β₂)(β₁-β₂)^-2，

上式中β为制动踏板位置信号，β₁和β₂为制动回馈策略参数，该参数影响车辆制动效果，根据实际情况标定得到。

5.如权利要求1所述的一种燃料电池混合动力整车控制方法，其特征在于：所述步骤5)中，所述动力电池荷电状态校验模块的校验过程如下：

①使用最小二乘递推算法在线估算当前动力电池开路电压和平均充放电内阻，并结合动力电池开路电压-SOC曲线和充放电内阻-SOC曲线反推SOC值；

②根据动力电池管理***发送的SOC值，结合动力电池开路电压-SOC曲线和充放电内阻-SOC曲线，推算出动力电池开路电压和平均充放电内阻；

③根据步骤②中推算得到的开路电压、平均充放电内阻、以及动力电池管理***发送的SOC值，计算相对于步骤①中估算得到的开路电压、平均充放电内阻、以及SOC值的相对误差；

④如果三种参数取值的相对误差均小于10％，则动力电池荷电状态校验模块判定动力电池管理***发送的SOC值可信，否则动力电池荷电状态校验模块采用步骤①中得到的SOC估算值代替动力电池管理***发送的SOC值。

6.如权利要求1所述的一种燃料电池混合动力整车控制方法，其特征在于：所述步骤6)中，在所述路况自适应补偿模块中，所述整车辅助功率P_aux根据TTCAN总线数据，采用一阶低通滤波算法进行在线估算：

$P_{\mathrm{aux}}=\frac{P_{\mathrm{dc}}+P_{\mathrm{bat}}-P_{m,\mathrm{in}}}{{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{aux}}s+1},$

上式中P_dc为DC/DC输出功率，P_bat为动力电池输出功率，P_m，in为电机输入功率，均能从TTCAN总线数据读取，τ_aux为滤波常数，S为传递函数的复数变量；

所述DC/DC动态补偿时间常数τ_dc按下式计算：

τ_dc＝λ₁Δτ_dc1+λ₂τ_dc2+λ₃τ_dc3+τ_dc0，

上式中λ₁、λ₂、λ₃为燃料电池性能衰退加权系数：λ₁＝0.4，λ₂＝0.4，λ₃＝0.2，τ_dc0＝5s，Δτ_dc1、Δτ_dc2和Δτ_dc3分别为根据燃料电池***U-I曲线三参数开路电压U₀，欧姆内阻R_fc和浓差极化参数b确定的修正值，Δτ_dc1、Δτ_dc2和Δτ_dc3随燃料电池电堆性能衰退而变化。

7.如权利要求1所述的一种燃料电池混合动力整车控制方法，其特征在于：所述步骤9)中，修正后的所述电机目标转矩和DC/DC目标电流的计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{dc},\mathrm{mod}\mathrm{ified}}^{*}=I_{\mathrm{dc}}^{*}-{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dc},\mathrm{mod}\mathrm{ified}1}^{*}-{\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{dc},\mathrm{mod}\mathrm{ified}2}^{*}\\ T_{q,\mathrm{mod}\mathrm{ified}}^{*}=T_q^{*}-{\mathrm{\&Delta;T}}_{q,\mathrm{mod}\mathrm{ified}}^{*}\end{array}\right.,$

上式中

为电机目标转矩，

为电机目标转矩诊断修正值，

为未经修正的DC/DC目标电流，为考虑动力电池SOC值平衡的DC/DC目标电流修正值，

为DC/DC目标电流诊断修正值，为驱动电机目标转矩诊断修正值。

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