一种用于燃料电池汽车控制的多合一集成控制系统技术方案

本发明专利技术提出了一种用于燃料电池汽车控制的多合一集成控制系统，所述系统包括直流稳压转换器、多合一集成控制器、空压机控制器和水泵控制器；所述直流稳压转换器的电压输入端与燃料电池汽车的电堆高压端相连；所述直流稳压转换器的电压输出端分别与所述多合一集成控制器、空压机控制器和水泵控制器的电压输入端相连；所述多合一集成控制器的空压机控制信号输出端与所述空压机控制器的控制信号输入端相连；所述多合一集成控制器的水泵控制信号输出端与所述水泵控制器的控制信号输入端相连。

【技术实现步骤摘要】
一种用于燃料电池汽车控制的多合一集成控制系统
本专利技术涉及燃料电池汽车控制
，特别涉及一种用于燃料电池汽车控制的多合一集成控制系统。
技术介绍
近年来，随着氢燃料电池技术的突破、新能源汽车的快速发展，以及国家对清洁能源的日益重视。我国开始加大对氢燃料电池领域的规划和支持力度，在《中国制造2025》提出实现燃料电池汽车的运行规模进一步扩大，达到1000辆的运行规模，到2025年，制氢、加氢等配套基础设施基本完善，燃料电池汽车实现区域小规模运行。将发展氢燃料电池提升到了战略高度。燃料电池汽车的核心技术在于对燃料电池电堆以及燃料电池电堆附件净功率控制，然而现有的控制系统仍存在输出功率低，可靠性差的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于燃料电池汽车控制的多合一集成控制系统，用以解决现有的控制系统存在输出功率低，可靠性差的问题，所采取的技术方案如下：一种用于燃料电池汽车控制的多合一集成控制系统，所述系统包括直流稳压转换器、多合一集成控制器、空压机控制器和水泵控制器；所述直流稳压转换器的电压输入端与燃料电池汽车的电堆高压端相连；所述直流稳压转换器的电压输出端分别与所述多合一集成控制器、空压机控制器和水泵控制器的电压输入端相连；所述多合一集成控制器的空压机控制信号输出端与所述空压机控制器的控制信号输入端相连；所述多合一集成控制器的水泵控制信号输出端与所述水泵控制器的控制信号输入端相连。所述多合一集成控制器的供电端与燃料电池汽车的电堆附件和负载的电源端相连，其中，所述电堆附件包括喷氢阀、膜增湿器、空气阀、排水阀和散热风扇。进一步地，所述多合一集成控制器包括中央处理器和功率输出装置；所述中央控制器与所述功率输出装置电气连接；所述功率输出装置的信号输出端与所述燃料电池汽车的电堆附件的功率控制信号输入端相连，其中，所述电堆附件包括喷氢阀、膜增湿器、空气阀、排水阀和散热风扇；所述功率输出装置，用于通过PWM功率输出控制散热风扇转速和膜增湿器，并通过高端功率输出控制排水阀开闭和喷氢阀开闭。进一步地，所述多合一集成控制器还包括CAN通讯装置，所述多合一集成控制器通过CAN通讯装置与燃料电池汽车的整车控制器进行通讯。进一步地，所述多合一集成控制器还包括第一三相逆变器和第二三相逆变器；所述第一三相逆变器与中央控制器电器相连，并且所述第一三湘逆变器的三相电流信号输出端与水泵控制器的三相电流控制信号输入端相连；所述第二三相逆变器与中央控制器电器相连，并且所述第二三相逆变器的三相电流控制信号输出端与空压机控制器的三相电流控制信号输入端相连；所述第一三相逆变器，用于控制水泵的运行状态；所述第二三相逆变器，用于控制空压机的运行状态。进一步地，所述多合一集成控制器还包括模拟量采集装置；所述模拟量采集装置的采集信号输入端分别与空压机的三相电流反馈信号端、电机温度采集端、电机电压信号采集端和母线电压信号采集端相连；所述模拟量采集装置的采集信号输入端还分别与燃料电池电堆内部的氧气传感器、温度传感器和湿度传感器的信号输入端相连；所述模拟量采集装置，用于采集空压机的三相电流、空压机的电机温度、电机电压、母线电压以及燃料电池电堆内部的氧气浓度、湿度和温度。进一步地，所述多合一集成控制器的空压机的电机位置、速度和电流三闭环控制过程包括：第一步、利用电机的三相电流Ia、Ib、Ic和电角度θ，结合q轴电流预设值Iq_Ref和d轴电流预设值Id_Ref获得电机的三相电压Va,Vb,Vc，并输入到电机三相上，完成了电流环的控制；第二步、利用滑模观测器计算获得电机的转速反馈ω，将所述转速反馈ω与速度设定值Speed_Ref进行误差值计算获取速度误差值，然后将所述速度误差值带入电机的PI控制环中获取PI环控制输出结果，将所述PI环控制的输出结果的数值作为电流环控制的电流预设值，此时，令d轴电流预设值Id_Ref为0，则q轴电流预设值Iq_Ref就等于PI环控制的输出结果，结合第一步的电流环控制，完成电机的速度-电流的双闭环控制；第三步、利用滑模观测器计算获得电机的当前位置Position(θ)，将所述当前位置与位置设定值进行误差计算获得位置误差值，然后将所述位置误差值带入到电机的P控制环中获得的P环输出结果的数值作为电机的速度控制的输入速度设定值(即Speed_Ref)，结合第二步的速度电流双闭环控制，完成电机的位置、速度和电流的三闭环控制。进一步地，第一步所述完成电流环控制的具体过程包括：步骤一、获取电机的三相电流Ia、Ib、Ic和电角度θ；其中，Ia,Ib,Ic分别是A相、B相、C相的采样电流，是可以直接通过AD采样得到的，通常直接采样其中两相，利用公式Ia+Ib+Ic＝0计算得到第三相，电角度θ可以通过滑模观测器计算得到；步骤二、将三相电流Ia、Ib、Ic经过Clark变换获得αβ坐标系下的电流Iα,Iβ，然后将Iα,Iβ经过Park变换获得q轴电流Iq和d轴电流Id；步骤三、将q轴电流Iq和d轴电流Id分别与q轴电流设定值Iq_Ref和d轴电流设定值Id_Ref计算误差，获得q轴和d轴的电流误差值；步骤四、将q轴电流误差值代入q轴电流PI环中计算获得q轴电压Vq，将d轴电流误差值代入d轴电流PI环计算获得d轴电压Vd；步骤五、将q轴电压Vq和d轴电压Vd进行反Park变换获得αβ坐标系下的电压Vα,Vβ；步骤六、利用SVPWM算法经过三相逆变器最终得到电机的三相电压Va,Vb,Vc，并输入到电机三相上，完成了电流环的控制。进一步地，利用滑模观测器计算获得电机的当前位置的过程包括：步骤1、将滑模观测器模型与电机的以电流为状态变量的状态方程做差，获得滑模观测器的电流误差状态方程；步骤2、设置滑模观测器的模糊系统的输入条件使电流误差状态方程渐进稳定，并获得滑模观测器的模糊切换增益、模糊集分以及模糊系统规则；步骤3、利用状态点到达滑模面做滑膜运动时的电流模型结合滑模观测器的电流误差状态方程获得等效的连续开关信号；步骤4、对所述连续开关信号进行低通滤波滤除高频分量，获得反电动势估计值；步骤5、利用α-β坐标系下反电动势的关系，获得估算的转子位置信息，然后对转子位置信息进行相位补偿，获得最终的转子位置。进一步地，所述滑模观测器的模型结构如下：其中，所述滑模观测器的滑模面为其中k(t)为滑模观测器增益，为观测器输出；为观测误差，为开关函数。进一步地，所述滑模观测器的模糊切换增益为：If则kw变大；If则kw变小；所述滑模观测器的模糊系统的输入项和输出项的模糊集分如下：为{NBNMZOPMPB}kw为{NBNMZOPMPB}其中，是输入项，kw是输出项，NB表示负大，NM表示负中，ZO表示零，PM表示正中，PB表示正大；所述模糊系统规则为：输入项取值PB对应输出项取值PB；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池汽车控制的多合一集成控制系统，其特征在于，所述系统包括直流稳压转换器、多合一集成控制器、空压机控制器和水泵控制器；/n所述直流稳压转换器的电压输入端与燃料电池汽车的电堆高压端相连；所述直流稳压转换器的电压输出端分别与所述多合一集成控制器、空压机控制器和水泵控制器的电压输入端相连；所述多合一集成控制器的空压机控制信号输出端与所述空压机控制器的控制信号输入端相连；所述多合一集成控制器的水泵控制信号输出端与所述水泵控制器的控制信号输入端相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池汽车控制的多合一集成控制系统，其特征在于，所述系统包括直流稳压转换器、多合一集成控制器、空压机控制器和水泵控制器；
所述直流稳压转换器的电压输入端与燃料电池汽车的电堆高压端相连；所述直流稳压转换器的电压输出端分别与所述多合一集成控制器、空压机控制器和水泵控制器的电压输入端相连；所述多合一集成控制器的空压机控制信号输出端与所述空压机控制器的控制信号输入端相连；所述多合一集成控制器的水泵控制信号输出端与所述水泵控制器的控制信号输入端相连。


2.根据权利要求1所述多合一集成控制系统，其特征在于，所述多合一集成控制器包括中央处理器和功率输出装置；所述中央控制器与所述功率输出装置电气连接；所述功率输出装置的信号输出端与所述燃料电池汽车的电堆附件的功率控制信号输入端相连，其中，所述电堆附件包括喷氢阀、膜增湿器、空气阀、排水阀和散热风扇；
所述功率输出装置，用于通过PWM功率输出控制散热风扇转速和膜增湿器，并通过高端功率输出控制排水阀开闭和喷氢阀开闭。


3.根据权利要求2所述多合一集成控制系统，其特征在于，所述多合一集成控制器还包括CAN通讯装置，所述多合一集成控制器通过CAN通讯装置与燃料电池汽车的整车控制器进行通讯。


4.根据权利要求2所述多合一集成控制系统，其特征在于，所述多合一集成控制器还包括第一三相逆变器和第二三相逆变器；
所述第一三相逆变器与中央控制器电器相连，并且所述第一三湘逆变器的三相电流信号输出端与水泵控制器的三相电流控制信号输入端相连；所述第二三相逆变器与中央控制器电器相连，并且所述第二三相逆变器的三相电流控制信号输出端与空压机控制器的三相电流控制信号输入端相连；
所述第一三相逆变器，用于控制水泵的运行状态；
所述第二三相逆变器，用于控制空压机的运行状态。


5.根据权利要求2所述多合一集成控制系统，其特征在于，所述多合一集成控制器还包括模拟量采集装置；
所述模拟量采集装置的采集信号输入端分别与空压机的三相电流反馈信号端、电机温度采集端、电机电压信号采集端和母线电压信号采集端相连；所述模拟量采集装置的采集信号输入端还分别与燃料电池电堆内部的氧气传感器、温度传感器和湿度传感器的信号输入端相连；
所述模拟量采集装置，用于采集空压机的三相电流、空压机的电机温度、电机电压、母线电压以及燃料电池电堆内部的氧气浓度、湿度和温度。


6.根据权利要求1所述多合一集成控制系统，其特征在于，所述多合一集成控制器的空压机的电机位置、速度和电流三闭环控制过程包括：
第一步、利用电机的三相电流Ia、Ib、Ic和电角度θ，结合q轴电流预设值Iq_Ref和d轴电流预设值Id_Ref获得电机的三相电压Va,Vb,Vc，并输入到电机三相上，完成了电流环的控制；
第二步、利用滑模观测器计算获得电机的转速反馈ω，将所述转速反馈ω与速度设定值Speed_Ref进行误差值计算获取速度误差值，然后将所述速度误差值带入电机的PI控制环中获取PI环控制输出结果，将所述PI环控制的输出结果的数值作为电流环控制的电流预设值，此时，令d轴电流预设值Id_Ref为0，则q轴电流预设值Iq_Ref就等于PI环控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文成，赵凯旋，丁文超，
申请(专利权)人：北京九州华海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11