一种燃料电池汽车驱动系统及控制方法和控制装置与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池汽车驱动系统及控制方法和控制装置。


背景技术：

2.目前，在能源与环境危机的背景下，世界各国汽车企业都在大力推进新能源汽车的研发。燃料电池汽车具有零排放、低噪声的优点，同时相对于电动汽车，具有燃料能量密度高，加注时间短的优点。燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。其采用高纯度氢气作为燃料，在燃料电池反应堆中与空气中的氧气发生化学反应产生电能，作为电机的动力源。但是，目前车辆在怠速以及驱动车辆运行的过程中，燃料电堆存在能量利用率低的问题。因此，如何提高燃料电堆的能量利用率，是本领域人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种燃料电池汽车驱动系统及控制方法和控制装置，以提高燃料电堆的能量利用率。
4.根据本发明的一方面，提供了一种燃料电池汽车驱动系统的控制方法，燃料电池汽车驱动系统包括：整车机械连接结构、电路结构、自循环冷却系统和冷却驱动系统；控制方法包括：
5.获取车辆行驶速度，根据车辆行驶速度确定车辆的工况；其中，车辆的工况包括停车怠速工况和运行工况；
6.若车辆处于停车怠速工况，则控制断开整车机械连接结构中的第一离合器，并获取车辆中高压电池的电荷状态，以及在高压电池的电荷状态小于第一目标电荷状态时控制燃料电堆和驱动电机中的至少一种对高压电池进行充电；其中，第一离合器位于整车机械连接结构中的变速器和电路结构中的驱动电机之间；
7.若车辆处于运行工况，则获取燃料电堆的冷却液温度，并根据冷却液温度切换自循环冷却系统或冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温；以及在冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温时，根据冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力控制冷却驱动系统的机械扭矩的输出状态；其中，冷却驱动系统还用于为驱动电机提供机械扭矩。
8.进一步的，根据冷却液温度切换自循环冷却系统或冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温，包括：
9.将冷却液温度与第一预设温度和第二预设温度进行比较；
10.若冷却液温度小于第一预设温度，则控制自循环冷却系统对冷却液降温；
11.若冷却液温度大于第二预设温度，则控制冷却驱动系统对冷却液降温。
12.进一步的，自循环冷却系统包括：燃料电堆、冷却工质泵、三通阀和热交换器；冷却驱动系统包括：热交换器、工质循环泵、控制阀、膨胀机和冷凝器；燃料电堆的冷却工质出口
端与冷却工质泵的进口端连接；冷却工质泵的出口端与三通阀的第一端连接；三通阀的第二端与热交换器的第一进口端连接；三通阀的第三端与燃料电堆的冷却工质出口端连接；热交换器的第一出口端与燃料电堆的冷却工质出口端连接；热交换器的第二入口端与工质循环泵的出口端连接；热交换器的第二出口端与控制阀的第一端连接，控制阀的第二端与膨胀机的入口端连接；控制阀的第三端以及膨胀机的出口端与冷凝器的入口端连接，冷凝器的出口端与工质循环泵的入口端连接；
13.控制自循环冷却系统对冷却液降温包括：
14.控制三通阀的第一端与第三端导通，以使冷却液经过冷却工质泵后通过三通阀的第一端和第三端流向燃料电堆的冷却工质入口端；
15.控制冷却驱动系统对冷却液降温包括：
16.控制三通阀的第一端与第二端导通，以使冷却液经过冷却工质泵进入热交换器，与热交换器中的冷却工质进行热交换，并通过热交换器的第一出口端流向燃料电堆的冷却工质入口端。
17.进一步的，根据冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力控制冷却驱动系统的机械扭矩输出状态，燃料电池汽车驱动系统的控制方法包括：
18.获取冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力，将工质循环泵的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较；
19.若工质循环泵的出口压力小于第一预设压力，则控制冷却驱动系统内的控制阀的第一端和第三端导通，以控制冷却驱动系统暂停对驱动电机输出机械扭矩；
20.若工质循环泵的出口压力大于第二预设压力，则控制冷却驱动系统内的控制阀的第一端和第二端导通，以控制冷却驱动系统对驱动电机输出机械扭矩。
21.进一步的，高压电池的电荷状态小于第一目标电荷状态时控制燃料电堆和驱动电机中的至少一种对高压电池进行充电包括：
22.控制冷却驱动系统为驱动电机提供机械扭矩，以通过驱动电机将基于机械扭矩产生的机械能转化为电能为高压电池进行充电；并且，控制燃料电堆为高压电池充电。
23.进一步的，燃料电池汽车驱动系统的控制方法还包括：
24.在高压电池的电荷状态大于第二目标电荷状态时控制燃料电堆停止对高压电池充电，并维持驱动电机为高压电池充电。
25.进一步的，燃料电堆的充电功率基于高压电池的电荷量所处的电荷量区间确定；高压电池的电荷量包括多个电荷量区间，每一电荷量区间对应一充电功率。
26.进一步的，控制冷却驱动系统对所述驱动电机输出所述机械扭矩，包括：
27.获取膨胀机和驱动电机的转速，当驱动电机的转速与膨胀机的转速的差小于第一预设值时，控制第二离合器的主动盘与从动盘结合；其中，主动盘与膨胀机的机械输出轴固定连接，从动盘与驱动电机的驱动轴固定连接。
28.根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池汽车驱动系统的控制装置，燃料电池汽车驱动系统的控制装置包括：
29.车辆状态判断模块，用于获取车辆行驶速度，根据车辆行驶速度确定车辆的工况；其中，车辆的工况包括停车怠速工况和运行工况；
30.高压电池充电模块，用于在车辆处于停车怠速工况时，控制断开整车机械连接结
构中的第一离合器，并获取车辆中高压电池的电荷状态，以及在高压电池的电荷状态小于第一目标电荷状态时控制燃料电堆和驱动电机中的至少一种对高压电池进行充电；其中，第一离合器位于整车机械连接结构中的变速器和电路结构中的驱动电机之间；
31.冷却降温模块，用于当车辆处于运行工况时，获取燃料电堆的冷却液温度，并根据冷却液温度切换自循环冷却系统或冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温；以及在冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温时，根据冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力控制冷却驱动系统的机械扭矩的输出状态；其中，冷却驱动系统还用于为驱动电机提供机械扭矩。
32.根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池汽车驱动系统，燃料电池汽车驱动系统包括：
33.电路结构，用于将电能转化为整车的驱动力；
34.自循环冷却系统，用于在燃料电堆的冷却液温度小于第一预设温度时，对燃料电堆进行降温；
35.冷却驱动系统，用于在燃料电堆的冷却液温度大于第二预设温度时，对燃料电堆进行降温，并给整车机械连接结构中的驱动电机提供动力；
36.整车机械连接结构包括第一离合器、驱动电机和变速器，第一离合器位于整车机械连接结构中的变速器和电路结构中的驱动电机之间；整车机械连接结构用于将冷却驱动系统和电路结构中产生的动力转化为整车的驱动力。
37.本发明实施例提供的燃料电池汽车驱动系统的控制方法，通过获取车辆行驶速度，根据车辆行驶速度确定车辆的工况，当车辆处于停车怠速工况时，控制断开整车机械连接结构中的第一离合器，并获取车辆中高压电池的电荷状态，在高压电池的电荷状态小于第一目标电荷状态时，控制燃料电堆和驱动电机中的至少一种对高压电池进行充电，在驱动电机参与为高压电池充电的过程中，通过将冷却驱动系统产生的机械能转化为高压电池的电能，增加了燃料电堆的能量利用率；当车辆处于运行工况时，则获取燃料电堆的冷却液温度，在冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温时，根据冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力控制冷却驱动系统的机械扭矩的输出状态，当冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力较大时，冷却驱动系统参与机械扭矩的输出，能够将燃料电堆作用产生的废热转化为驱动电机的动力，进一步增加了燃料电堆的能量利用率。
38.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1是根据本发明实施例提供的一种燃料电池汽车驱动系统的控制方法的流程图；
41.图2是根据本发明实施例提供的一种燃料电池汽车驱动系统的结构示意图；
42.图3是根据本发明实施例提供的一种燃料电池汽车驱动系统的控制装置的结构示
意图。
具体实施方式
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
44.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
45.本发明实施例提供了一种燃料电池汽车驱动系统的控制方法，图1是根据本发明实施例提供的一种燃料电池汽车驱动系统的控制方法的流程图，图2是根据本发明实施例提供的一种燃料电池汽车驱动系统的结构示意图，参考图1和图2，燃料电池汽车驱动系统包括：整车机械连接结构、电路结构、自循环冷却系统和冷却驱动系统；所述控制方法包括：
46.s110、获取车辆行驶速度，根据车辆行驶速度确定车辆的工况；其中，车辆的工况包括停车怠速工况和运行工况。
47.具体的，可以通过车载速度传感器实时检测车载行驶速度，当速度传感器的检测结果为0时，则可确定车辆的工况为停车怠速工况；当速度传感器的检测结果不为0时，则可确定车辆的工况为运行工况。
48.s120、若车辆处于停车怠速工况，则控制断开整车机械连接结构中的第一离合器，并获取车辆中高压电池的电荷状态，以及在高压电池的电荷状态小于第一目标电荷状态时，控制燃料电堆和驱动电机中的至少一种对高压电池进行充电；其中，第一离合器位于整车机械连接结构中的变速器和电路结构中的驱动电机之间。
49.其中，电路结构包括燃料电堆171、高压电池181和驱动电机153，整车机械连接结构包括第一离合器156、变速器152和驱动电机153，驱动电机153同属于整车机械连接结构和电路结构。
50.具体的，控制断开整车机械连接结构中的第一离合器156，能够避免在冷却驱动系统为高压电池181充电的过程中，将冷却驱动系统产生的机械能转化为整车驱动力，进而提高高压电池181的充电效率。其中，高压电池181的电荷量可以通过整车控制系统下的电池管理系统进行采集。具体的，当高压电池181的电荷状态小于第一目标电荷状态时，说明高压电池的电量较低，需通过燃料电堆171和驱动电机153中的至少一种对高压电池181进行充电，其中，至少一种可以为一种及一种以上，示例性的，可以通过燃料电堆171对高压电池181进行充电，也可以通过燃料电堆171和驱动电机153共同对高压电池181进行充电，本发明实施例对此不进行限制，能够满足充电需求即可，而在驱动电机153参与为高压电池181
充电的过程中，通过将冷却驱动系统产生的机械能转化为高压电池181的电能，增加了燃料电堆171的能量利用率。
51.s130、若车辆处于运行工况，则获取燃料电堆的冷却液温度，并根据冷却液温度切换自循环冷却系统或冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温；以及在冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温时，根据冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力控制冷却驱动系统的机械扭矩的输出状态；其中，冷却驱动系统还用于为驱动电机提供机械扭矩。
52.其中，冷却驱动系统包括工质循环泵161，燃料电堆171的冷却液温度可以根据自循环冷却系统内设置的温度传感器获得，温度传感器的类型可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制，能够满足试验需求即可。当燃料电堆171的冷却液温度较低时，通过自循环冷却系统对燃料电堆171的冷却液进行降温即可满足要求；当燃料电堆171的冷却液温度较高时，需通过冷却驱动系统为燃料电堆171的冷却液降温。具体的，当冷却驱动系统中工质循环泵161的出口压力较小时，冷却驱动系统不参与机械扭矩的输出；当冷却驱动系统中工质循环泵161的出口压力较大时，冷却驱动系统参与机械扭矩的输出，能够将燃料电堆171作用产生的废热转化为驱动电机153的动力，进而增加了燃料电堆171的能量利用率。
53.本发明实施例提供的燃料电池汽车驱动系统的控制方法，通过获取车辆行驶速度，根据车辆行驶速度确定车辆的工况，当车辆处于停车怠速工况时，控制断开整车机械连接结构中的第一离合器156，并获取车辆中高压电池181的电荷状态，在高压电池181的电荷状态小于第一目标电荷状态时，控制燃料电堆171和驱动电机153中的至少一种对高压电池181进行充电，在驱动电机153参与为高压电池181充电的过程中，通过将冷却驱动系统产生的机械能转化为高压电池181的电能，增加了燃料电堆171的能量利用率；当车辆处于运行工况时，则获取燃料电堆171的冷却液温度，在冷却驱动系统为燃料电堆171的冷却液降温时，根据冷却驱动系统中工质循环泵161的出口压力控制冷却驱动系统的机械扭矩的输出状态，当冷却驱动系统中工质循环泵161的出口压力较大时，冷却驱动系统参与机械扭矩的输出，能够将燃料电堆171作用产生的废热转化为驱动电机153的动力，进一步增加了燃料电堆171的能量利用率。
54.可选的，参考图2，根据冷却液温度切换自循环冷却系统或冷却驱动系统为燃料电堆171的冷却液降温，包括：
55.将冷却液温度与第一预设温度和第二预设温度进行比较；
56.若冷却液温度小于第一预设温度，则控制自循环冷却系统对冷却液降温；
57.若冷却液温度大于第二预设温度，则控制冷却驱动系统对冷却液降温。
58.其中，第一预设温度和第二预设温度可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制，示例性的，第一预设温度可以为70℃、第二预设温度可以为80℃。
59.具体的，当燃料电堆171的冷却液温度小于第一预设温度时，说明燃料电堆171的冷却液温度并不太高，通过自循环冷却系统对燃料电堆171的冷却液进行降温即可满足要求，此时，整车控制器控制第二离合器154断开，减少了冷却驱动系统中膨胀机165对驱动电机153的拖拽损失，进而提高了膨胀机165的使用寿命；当燃料电堆171的冷却液温度大于第一预设温度时，说明燃料电堆171的冷却液温度较高，通过自循环冷却系统对燃料电堆171的冷却液进行降温不能满足要求，此时需通过冷却驱动系统对燃料电堆171的冷却液降温。
若在冷却驱动系统对燃料电堆171的冷却液降温的过程中，出现燃料电堆171的冷却液温度小于第二预设温度且大于第一预设温度，则继续通过冷却驱动系统对燃料电堆171的冷却液进行降温，直至燃料电堆171的冷却液温度小于第一预设温度，再次切换至自循环冷却系统对燃料电堆171的冷却液降温，避免出现冷却驱动系统对燃料电堆171的冷却液降温与自循环冷却系统对燃料电堆171的冷却液降温之间频繁切换的情况。
60.可选的，自循环冷却系统包括：燃料电堆171、冷却工质泵172、三通阀173和热交换器162；冷却驱动系统包括：热交换器162、工质循环泵161、控制阀163、膨胀机165和冷凝器166；燃料电堆171的冷却工质出口端与冷却工质泵172的进口端连接；冷却工质泵172的出口端与三通阀173的第一端连接；三通阀173的第二端与热交换器162的第一进口端连接；三通阀173的第三端与燃料电堆171的冷却工质出口端连接；热交换器162的第一出口端与燃料电堆171的冷却工质出口端连接；热交换器162的第二入口端与工质循环泵161的出口端连接；热交换器162的第二出口端与控制阀163的第一端连接，控制阀163的第二端与膨胀机165的入口端连接；控制阀163的第三端以及膨胀机165的出口端与冷凝器166的入口端连接，冷凝器166的出口端与工质循环泵161的入口端连接；
61.控制自循环冷却系统对冷却液降温包括：
62.控制三通阀173的第一端与第三端导通，以使冷却液经过冷却工质泵172后通过三通阀173的第一端和第三端流向燃料电堆171的冷却工质入口端；
63.控制冷却驱动系统对冷却液降温包括：
64.控制三通阀173的第一端与第二端导通，以使冷却液经过冷却工质泵172进入热交换器162，与热交换器162中的冷却工质进行热交换，并通过热交换器162的第一出口端流向燃料电堆171的冷却工质入口端。
65.具体的，燃料电堆171的冷却液通过冷却工质泵172进入三通阀173，当燃料电堆冷却液温度小于第一预设温度时，三通阀173的第一管路174b打开，第二管路174a关闭，使燃料电堆冷却液通过第一管路174b进入燃料电堆171进行冷却，实现自循环冷却；当燃料电堆171的冷却液温度大于第二预设温度时，三通阀173的第一管路174b关闭，第二管路174a打开，使燃料电堆171的冷却液通过第二管路174a进入热交换器162，在热交换器162中进行热量交换后，再进入燃料电堆171进行冷却，实现进一步的冷却循环。
66.其中，由于冷却工质泵172的转速影响燃料电堆171的冷却液的流速，冷却工质泵172的转速越高，燃料电堆171的冷却液的循环流速越大，对燃料电堆171的散热越明显，具体的，可以根据不同的燃料电堆171的冷却液温度，输出不同的脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)占空比，进而控制冷却工质泵172的转速，示例性的，可以通过冷却工质泵转速调节占空比对照表查表取得，表1示出了不同的燃料电堆冷却液温度与冷却工质泵转速调节占空比的对应关系，如表1所示，燃料电堆冷却液温度与冷却工质泵转速调节占空比的对应关系为线性对应关系。
67.表1燃料电堆冷却液温度与冷却工质泵转速调节占空比对照表
68.69.可选的，参考图2，根据冷却驱动系统中工质循环泵161的出口压力控制冷却驱动系统的机械扭矩输出状态，包括：
70.获取冷却驱动系统中工质循环泵161的出口压力，将工质循环泵161的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较；
71.若工质循环泵161的出口压力小于第一预设压力，则控制冷却驱动系统内的控制阀163的第一端和第三端导通，以控制冷却驱动系统暂停对驱动电机153输出机械扭矩；
72.若工质循环泵161的出口压力大于第二预设压力，则控制冷却驱动系统内的控制阀163的第一端和第二端导通，以控制冷却驱动系统对驱动电机153输出机械扭矩。
73.其中，工质循环泵161的出口压力可以根据安装在工质循环泵161出口处的压力传感器取得，第一预设压力和第二预设压力可以根据实际情况进行设置，示例性的，第一预设压力可以为15bar、第二预设压力可以为18bar，本发明实施例对此不进行限制。
74.具体的，当工质循环泵161的出口压力小于第一预设压力时，说明工质循环泵161的出口压力较小，流经膨胀机165会对冷却驱动系统内冷却工质的循环产生一定的影响，此时冷却驱动系统内的冷却工质在经过控制阀163后，整车控制器控制第一支路164b打开，第二支路164a关闭，使冷却工质流经第一支路164b，进入冷凝器166进行冷却，此时，整车控制器需控制第二离合器154断开，减少冷却驱动系统中膨胀机165对驱动电机153的拖拽损失，进一步提高了膨胀机165的使用寿命。其中，在冷却工质进入冷凝器166进行冷却的过程中，需通过冷凝器166和冷凝风扇167共同作用对冷却工质降温，可以根据不同的工质循环泵161的出口压力，输出不同的脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)占空比，进而控制冷凝风扇167的转速，示例性的，可以通过冷凝风扇转速调节占空比对照表查表取得，表2示出了不同的工质循环泵的出口压力与冷凝风扇转速调节占空比的对应关系，如表2所示，工质循环泵的出口压力与冷凝风扇转速调节占空比的对应关系为线性对应关系。
75.表2：工质循环泵的出口压力与冷凝风扇转速调节占空比对照表
76.工质循环泵出口压力/bar(0,15]161820冷凝风扇转速调节占空比30％50％70％100％
77.当工质循环泵161的出口压力大于第二预设压力时，说明工质循环泵161的出口压力较大，此时冷却驱动系统内的冷却工质在经过控制阀163后，整车控制器控制第二支路164a打开，第一支路164b关闭，使冷却工质流经第二支路164a，使冷却驱动系统对驱动电机153输出机械扭矩，将燃料电堆171作用产生的废热转化为驱动电机153的动力，进而增加了燃料电堆171的能量利用率。
78.随着冷却驱动系统运行时间的增加，膨胀机165产生的机械能越来越多，当膨胀机165和高压电池181共同作用，使驱动电机153产生的总输出扭矩大于系统需求扭矩时，通过整车控制器按照第一预设频率降低高压电池181的电能供给，极大地增加了燃料电堆171的能量利用率，并节省了高压电池181的电能，其中，第一预设频率可以根据实际情况进行设计，本发明实施例对此不进行限制。
79.可选的，参考图2，高压电池181的电荷状态小于第一目标电荷状态时控制燃料电堆171和驱动电机153中的至少一种对高压电池181进行充电包括：
80.控制冷却驱动系统为驱动电机153提供机械扭矩，以通过驱动电机153将基于机械扭矩产生的机械能转化为电能为高压电池181进行充电；并且，控制燃料电堆171为高压电
池181充电。
81.具体的，通过燃料电堆171和驱动电机153共同对高压电池181进行充电，能够增加对高压电池181的充电效率，避免因对高压电池181充电不及时，造成某一/某些车载系统出现运行问题。
82.可选的，参考图2，燃料电池汽车驱动系统的控制方法还包括：
83.在高压电池181的电荷状态大于第二目标电荷状态时，控制燃料电堆171停止对高压电池181充电，并维持驱动电机153为高压电池181充电。
84.具体的，当高压电池181的电荷状态大于第二目标电荷状态时，说明高压电池181的电量能够满足车载系统的正常运行，控制燃料电堆171停止对高压电池181充电，能够在不影响车载系统的正常运行的情况下，减少燃料电堆171的燃料消耗，而维持驱动电机153为高压电池181充电，燃料电堆171作用产生的废热转化为驱动电机153的动力，能进一步增加燃料电堆171的能量利用率。
85.可选的，燃料电堆的充电功率基于高压电池的电荷量所处的电荷量区间确定；高压电池的电荷量包括多个电荷量区间，每一电荷量区间对应一充电功率。
86.其中，多个可以理解为两个及两个以上，示例性的，本发明实施例以5个电荷量区间为例进行说明，具体描述如下：
87.在高压电池的电荷量较低时，设计较大的燃料电池充电功率；在高压电池的电荷量较高时，设计较为平缓的燃料电池充电功率，且为了保证燃料电堆的工作稳定性，对燃料电堆的充电功率采用阶梯控制，保证在较小的电荷量变化范围内，燃料电堆能够以恒定需求功率进行工作，可以通过燃料电堆充电功率对照表查表取得，表3示出了不同高压电池电荷量与燃料电堆的充电功率的对应关系，如表3所示：
88.表3：高压电池电荷量与燃料电堆的充电功率对照表可选的，参考图2，控制冷却驱动系统对驱动电机输出机械扭矩，包括：
89.获取膨胀机165和驱动电机153的转速，当驱动电机153的转速与膨胀机165的转速的差小于第一预设值时，控制第二离合器154的主动盘与从动盘结合；其中，主动盘与膨胀机165的机械输出轴固定连接，从动盘与驱动电机153的驱动轴固定连接。
90.其中，第一预设值可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制，示例性的，第一预设值可以为200r/min。具体的，膨胀机165的转速可以通过安装在膨胀机165的第一转速传感器检测，驱动电机153的转速可以通过安装在驱动电机153的第二转速传感器检测，整车控制器实时获取第一转速传感器采集的第一转速和第二转速传感器采集的第二转速，并将同一时间获取的第一转速与第二转速作差，与整车控制器内设置的第一预设值比较，当驱动电机153的转速与膨胀机165的转速的差小于第一预设值时，控制第二离合器154的主动盘与从动盘结合，能够降低第二离合器154在结合过程中产生的瞬态滑摩抖动，进而提升第二离合器154的使用寿命。
91.本发明实施例提供了一种燃料电池汽车驱动系统的控制装置，图3是根据本发明实施例提供的一种燃料电池汽车驱动系统的控制装置的结构示意图，参考图3，燃料电池汽
车驱动系统的控制装置300包括：
92.车辆状态判断模块310，用于获取车辆行驶速度，根据车辆行驶速度确定车辆的工况；其中，车辆的工况包括停车怠速工况和运行工况；
93.高压电池充电模块320，用于在车辆处于停车怠速工况时，控制断开整车机械连接结构中的第一离合器，并获取车辆中高压电池的电荷状态，以及在高压电池的电荷状态小于第一目标电荷状态时控制燃料电堆和驱动电机中的至少一种对高压电池进行充电；其中，第一离合器位于整车机械连接结构中的变速器和电路结构中的驱动电机之间；
94.冷却降温模块330，用于当车辆处于运行工况时，获取燃料电堆的冷却液温度，并根据冷却液温度切换自循环冷却系统或冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温；以及在冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温时，根据冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力控制冷却驱动系统的机械扭矩的输出状态；其中，冷却驱动系统还用于为驱动电机提供机械扭矩。
95.进一步的，冷却降温模块330包括：
96.温度比较单元，用于将冷却液温度与第一预设温度和第二预设温度进行比较；
97.自循环冷却系统降温单元，用于当冷却液温度小于第一预设温度时，控制自循环冷却系统对冷却液降温；
98.冷却驱动系统降温单元，用于当冷却液温度大于第二预设温度时，控制冷却驱动系统对冷却液降温。
99.进一步的，自循环冷却系统包括：燃料电堆、冷却工质泵、三通阀；所述冷却驱动系统包括：热交换器、工质循环泵、控制阀、膨胀机和冷凝器；燃料电堆的冷却工质出口端与冷却工质泵的进口端连接；冷却工质泵的出口端与三通阀的第一端连接；三通阀的第二端与热交换器的第一进口端连接；三通阀的第三端与燃料电堆的冷却工质出口端连接；热交换器的第一出口端与燃料电堆的冷却工质出口端连接；热交换器的第二入口端与工质循环泵的出口端连接；热交换器的第二出口端与控制阀的第一端连接，控制阀的第二端与膨胀机的入口端连接；控制阀的第三端以及膨胀机的出口端与冷凝器的入口端连接，冷凝器的出口端与工质循环泵的入口端连接；
100.自循环冷却系统降温单元用于：
101.控制三通阀的第一端与第三端导通，以使冷却液经过冷却工质泵后通过三通阀的第一端和第三端流向燃料电堆的冷却工质入口端；
102.冷却驱动系统降温单元用于：
103.控制三通阀的第一端与第二端导通，以使冷却液经过冷却工质泵进入热交换器，与热交换器中的冷却工质进行热交换，并通过热交换器的第一出口端流向燃料电堆的冷却工质入口端。
104.进一步的，冷却降温模块330还包括：
105.压力获取单元，用于获取冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力，将工质循环泵的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较；
106.机械扭矩暂停输出单元，用于当工质循环泵的出口压力小于第一预设压力时，控制冷却驱动系统内的控制阀的第一端和第三端导通，以控制冷却驱动系统暂停对驱动电机输出机械扭矩；
107.机械扭矩输出单元，用于当循环泵的出口压力大于第二预设压力，则控制冷却驱动系统内的控制阀的第一端和第二端导通，以控制冷却驱动系统对驱动电机输出机械扭矩。
108.进一步的，高压电池充电模块320用于：
109.控制冷却驱动系统为驱动电机提供机械扭矩，以通过驱动电机将基于机械扭矩产生的机械能转化为电能为高压电池进行充电；并且，控制燃料电堆为高压电池充电。
110.进一步的，高压电池充电模块320还用于：
111.在高压电池的电荷状态大于第二目标电荷状态时，控制燃料电堆停止对高压电池充电，并维持驱动电机为高压电池充电。
112.进一步的，燃料电堆的充电功率基于高压电池的电荷量所处的电荷量区间确定；高压电池的电荷量包括多个电荷量区间，每一电荷量区间对应一充电功率。
113.进一步的，机械扭矩输出单元用于：
114.获取膨胀机和驱动电机的转速，当驱动电机的转速与膨胀机的转速的差小于第一预设值时，控制第二离合器的主动盘与从动盘结合；其中，主动盘与膨胀机的机械输出轴固定连接，从动盘与驱动电机的驱动轴固定连接。
115.本发明实施例所提供的燃料电池汽车驱动系统的控制装置可执行本发明任意实施例所提供的燃料电池汽车驱动系统的控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
116.本发明实施例还提供了一种燃料电池汽车驱动系统，参考图2，燃料电池汽车驱动系统包括：
117.电路结构，用于将电能转化为整车的驱动力；
118.自循环冷却系统，用于在燃料电堆171的冷却液温度小于第一预设温度时，对燃料电堆171进行降温；
119.冷却驱动系统，用于在燃料电堆171的冷却液温度大于第二预设温度时，对燃料电堆171进行降温，并给整车机械连接结构中的驱动电机153提供动力；
120.整车机械连接结构包括第一离合器156、驱动电机153和变速器152，第一离合器156位于整车机械连接结构中的变速器152和电路结构中的驱动电机153之间；整车机械连接结构用于将冷却驱动系统和电路结构中产生的动力转化为整车的驱动力。
121.具体的，电路结构包括燃料电堆171、高压电池181、逆变器155和驱动电机153。
122.燃料电堆171用于将高纯度氢气和氧气进行化学反应，产生电能，并将电能输出给高压电池181；高压电池181用于储存高压电能；逆变器155用于实现交流电和直流电的相互转化；驱动电机153用于在接受逆变器输出的交流电后，把电能转化为机械能，输出旋转扭矩。
123.自循环冷却系统，包括自循环冷却系统包括：燃料电堆171、冷却工质泵172、三通阀173和热交换器162。
124.冷却工质泵172用于实现冷却工质在自循环冷却系统内的循环；三通阀173用于控制冷却工质的流向；热交换器162用于将燃料电堆171产生的余热转移到冷却驱动系统中。
125.冷却驱动系统包括：热交换器162、工质循环泵161、控制阀163、膨胀机165和冷凝器166。
126.工质循环泵161用于将液态有机工质输送给热交换器162进行热交换；控制阀163用于根据不同应用场景，实现有机工质的不同流向；膨胀机165用于为驱动电机153助力；冷凝器166对流经其内部的有机工质进行散热，将低压有机工质由气态转化为液态。
127.整车机械连接结构包括：左前轮110、右前轮120、前轴差速器151、变速器152、驱动电机153、逆变器155、第一离合器156和第二离合器154。
128.前轴差速器151用于接受来自变速器152的扭矩，进而驱动整车驱动轴上的左前轮110和右前轮120以不同的转速转动，实现整车平稳行驶的转向；变速器152通过不同档位的速比变化，调节输出扭矩值的大小；第一离合器156用于在车辆静止时断开，便于更好的为高压电池充电，还用于在车辆行驶时，将驱动力传给变速器152；第二离合器154用于将膨胀机165产生的扭矩传给驱动电机153。
129.本发明实施例提供的燃料电池汽车驱动系统由本发明任意实施例所述的燃料电池汽车驱动系统的控制方法进行控制。具有相同的技术效果，这里不再赘述。
130.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
131.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种燃料电池汽车驱动系统的控制方法，其特征在于，燃料电池汽车驱动系统包括：整车机械连接结构、电路结构、自循环冷却系统和冷却驱动系统；所述控制方法包括：获取车辆行驶速度，根据所述车辆行驶速度确定车辆的工况；其中，所述车辆的工况包括停车怠速工况和运行工况；若所述车辆处于停车怠速工况，则控制断开整车机械连接结构中的第一离合器，并获取车辆中高压电池的电荷状态，以及在所述高压电池的电荷状态小于第一目标电荷状态时控制燃料电堆和驱动电机中的至少一种对所述高压电池进行充电；其中，所述第一离合器位于整车机械连接结构中的变速器和电路结构中的驱动电机之间；若所述车辆处于运行工况，则获取燃料电堆的冷却液温度，并根据所述冷却液温度切换自循环冷却系统或冷却驱动系统为所述燃料电堆的冷却液降温；以及在冷却驱动系统为所述燃料电堆的冷却液降温时，根据所述冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力控制所述冷却驱动系统的机械扭矩的输出状态；其中，所述冷却驱动系统还用于为所述驱动电机提供机械扭矩。2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车驱动系统的控制方法，其特征在于，根据所述冷却液温度切换自循环冷却系统或冷却驱动系统为所述燃料电堆的冷却液降温，包括：将所述冷却液温度与第一预设温度和第二预设温度进行比较；若所述冷却液温度小于所述第一预设温度，则控制自循环冷却系统对冷却液降温；若所述冷却液温度大于所述第二预设温度，则控制冷却驱动系统对所述冷却液降温。3.根据权利要求2所述的燃料电池汽车驱动系统的控制方法，其特征在于，所述自循环冷却系统包括：燃料电堆、冷却工质泵、三通阀和热交换器；所述冷却驱动系统包括：所述热交换器、工质循环泵、控制阀、膨胀机和冷凝器；所述燃料电堆的冷却工质出口端与所述冷却工质泵的进口端连接；所述冷却工质泵的出口端与所述三通阀的第一端连接；所述三通阀的第二端与所述热交换器的第一进口端连接；所述三通阀的第三端与所述燃料电堆的冷却工质出口端连接；所述热交换器的第一出口端与所述燃料电堆的冷却工质出口端连接；所述热交换器的第二入口端与所述工质循环泵的出口端连接；所述热交换器的第二出口端与所述控制阀的第一端连接，所述控制阀的第二端与所述膨胀机的入口端连接；所述控制阀的第三端以及所述膨胀机的出口端与所述冷凝器的入口端连接，所述冷凝器的出口端与所述工质循环泵的入口端连接；控制自循环冷却系统对所述冷却液降温包括：控制所述三通阀的第一端与第三端导通，以使所述冷却液经过所述冷却工质泵后通过所述三通阀的第一端和第三端流向所述燃料电堆的冷却工质入口端；控制冷却驱动系统对所述冷却液降温包括：控制所述三通阀的第一端与第二端导通，以使所述冷却液经过所述冷却工质泵进入所述热交换器，与所述热交换器中的冷却工质进行热交换，并通过所述热交换器的第一出口端流向所述燃料电堆的冷却工质入口端。4.根据权利要求3所述的燃料电池汽车驱动系统的控制方法，其特征在于，根据所述冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力控制所述冷却驱动系统的机械扭矩输出状态，包括：获取所述冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力，将所述工质循环泵的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较；
若所述工质循环泵的出口压力小于第一预设压力，则控制所述冷却驱动系统内的控制阀的第一端和第三端导通，以控制所述冷却驱动系统暂停对所述驱动电机输出所述机械扭矩；若所述工质循环泵的出口压力大于第二预设压力，则控制所述冷却驱动系统内的控制阀的第一端和第二端导通，以控制所述冷却驱动系统对所述驱动电机输出所述机械扭矩。5.根据权利要求1所述的燃料电池汽车驱动系统的控制方法，其特征在于，所述高压电池的电荷状态小于第一目标电荷状态时控制燃料电堆和驱动电机中的至少一种对所述高压电池进行充电包括：控制冷却驱动系统为所述驱动电机提供机械扭矩，以通过所述驱动电机将基于所述机械扭矩产生的机械能转化为电能为所述高压电池进行充电；并且，控制所述燃料电堆为所述高压电池充电。6.根据权利要求5所述的燃料电池汽车驱动系统的控制方法，其特征在于，还包括：在所述高压电池的电荷状态大于第二目标电荷状态时，控制所述燃料电堆停止对所述高压电池充电，并维持所述驱动电机为所述高压电池充电。7.根据权利要求6所述的燃料电池汽车驱动系统的控制方法，其特征在于，所述燃料电堆的充电功率基于所述高压电池的电荷量所处的电荷量区间确定；所述高压电池的电荷量包括多个电荷量区间，每一电荷量区间对应一充电功率。8.根据权利要求4所述的燃料电池汽车驱动系统的控制方法，其特征在于，控制所述冷却驱动系统对所述驱动电机输出所述机械扭矩，包括：获取所述膨胀机和驱动电机的转速，当所述驱动电机的转速与所述膨胀机的转速的差小于第一预设值时，控制第二离合器的主动盘与从动盘结合；其中，所述主动盘与所述膨胀机的机械输出轴固定连接，所述从动盘与所述驱动电机的驱动轴固定连接。9.一种燃料电池汽车驱动系统的控制装置，其特征在于，包括：车辆状态判断模块，用于获取车辆行驶速度，根据所述车辆行驶速度确定车辆的工况；其中，所述车辆的工况包括停车怠速工况和运行工况；高压电池充电模块，用于在所述车辆处于停车怠速工况时，控制断开整车机械连接结构中的第一离合器，并获取车辆中高压电池的电荷状态，以及在所述高压电池的电荷状态小于第一目标电荷状态时控制燃料电堆和驱动电机中的至少一种对所述高压电池进行充电；其中，所述第一离合器位于整车机械连接结构中的变速器和电路结构中的驱动电机之间；冷却降温模块，用于当所述车辆处于运行工况时，获取燃料电堆的冷却液温度，并根据所述冷却液温度切换自循环冷却系统或冷却驱动系统为所述燃料电堆的冷却液降温；以及在冷却驱动系统为所述燃料电堆的冷却液降温时，根据所述冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力控制所述冷却驱动系统的机械扭矩的输出状态；其中，所述冷却驱动系统还用于为所述驱动电机提供机械扭矩。10.一种燃料电池汽车驱动系统，其特征在于，包括：电路结构，用于将电能转化为整车的驱动力；自循环冷却系统，用于在燃料电堆的冷却液温度小于第一预设温度时，对所述燃料电堆进行降温；
冷却驱动系统，用于在所述燃料电堆的冷却液温度大于第二预设温度时，对所述燃料电堆进行降温，并给整车机械连接结构中的驱动电机提供动力；整车机械连接结构包括第一离合器、驱动电机和变速器，所述第一离合器位于所述整车机械连接结构中的变速器和所述电路结构中的驱动电机之间；所述整车机械连接结构用于将所述冷却驱动系统和所述电路结构中产生的动力转化为整车的驱动力。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池汽车驱动系统及控制方法和控制装置，控制方法包括：根据车辆行驶速度确定车辆的工况；若车辆处于停车怠速工况，则控制断开整车机械连接结构中的第一离合器，并获取车辆中高压电池的电荷状态，以及在高压电池的电荷状态小于第一目标电荷状态时控制燃料电堆和驱动电机中的至少一种对高压电池进行充电；若车辆处于运行工况，则获取燃料电堆的冷却液温度，并根据冷却液温度切换自循环冷却系统或冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温；以及在冷却驱动系统为燃料电堆的冷却液降温时，根据冷却驱动系统中工质循环泵的出口压力控制冷却驱动系统的机械扭矩的输出状态。本发明提高了燃料电堆的能量利用率。率。率。


技术研发人员：胡志林 杨钫 付磊 张昶 李坤远 刘建康
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/6/28