K行+，焦Industry Focus新能源
杨志超，张学锋，王卓
(大运汽车股份有限公司技术中心，山西运城044000)
摘要：本文介绍氢燃料电池商用汽车的控制架构、整车启停控制及运行过程中的能量管理的控制方法。
关键词：商用车；控制架构；启停控制；能量管理
中图分类号：(463.633文献标志码：A文章编号：1003-8639(2021)01-0009-03
Research on Control of Hydrogen Fuel Cell of Commercial Vehicle
YANG Zhi-chao,ZHANG Xue-feng,WANG Zhuo
(Technical Center of Dayun Automobile Co.,Ltd.,Yuncheng044000,China) Abstract：This paper introduces the control architecture,start stop control and energy management control method of hydrogen fuel cell commercial vehicle.
Key words：commercial vehicle；control architecture；start stop control；energy management
氢燃料电池汽车整车控制策略作为燃料电池汽车核心控
制技术，影响整车的安全可靠性、动力性、经济性及燃料电
池使用寿命和效率。整车控制策略包括整车上下高压管理、
故障管理、能量管理、附件控制等多个环节。成熟可靠的整
车控制策略对燃料电池汽车整车安全稳定运行，及燃料电池
使用效率和寿命有极为关键的作用。为推动中国燃料电池汽
车产业持续健康、科学有序的发展，2020年9月16日，国家
各部委联发关于展燃料电池汽车用的
，持燃料电池汽车产业用的，点持型
燃料电池商用车的用，将其作为纯电动卡的续驶里程不
3动能商用车关键技术的。
氢燃料电池汽车的整车控制整车发
中的关键。整车3整车（纯电及燃料电池上下电控制）、燃料电池的能量管理为的环节。
1氢燃料商用车整车控制架构
氢燃料电池商用车控制包括整车控制（VCU）、氢燃料电池及其控制器（FCU）、氢及其控制（HCU）、升压DCDC等及其附件。
1.1行业现有控制架构方案
控制对3能氢燃料电池商用车氢
在各的控制。
1）1氢及控制HCU、升压DCDC氢燃料电池商成3HCU和升压DCDC FCU控制，J 1。控制的优点：HCU和压DCDC FCU控制3整车控制对3VCU作量小。点氢及控制HCU、压DCDC氢燃料电池商成3不
型氢及控制HCU、压DCDC。VCU不能控制HCU和压DCDC3经FCU才能控制3影响HCU和升压DCDC
控制的动态响应。
2）2压DCDC氢燃料电池商成3收稿日期：2020-11-17；修改日期：2020-12-16
图1控制方案1
FCU控制压DCDC32。氢及控制HCU作为3成和3HCU VCU控制。$
控制的点：FCU控制升压DCDC3VCU的作量3氢及HCU型3高型的性。点压DCDC由FCU集成37
图2控制方案2
《"车电％》202#年第$期
3
行+，焦
Industry Focus
新能源
选型升压DCDC 。VCU 不能直接控制升压DCDC ，影响控制的 动态响应。为了氢燃料电池系统的安全，部分氢燃料电池系
统供应商将FCU 和升压DCDC 集成在一起出售。
3)方案3 VCU 集成FCU 功能，氢燃料电池内部各系统 直接由VCU 负责控制。升压DCDC 和HCU 作为独立系统，由
VCU 控制，具体见图3。该方案的优点：整车集成度高，氢 系统全部都由主机厂选择。缺点：氢燃料电池控制专业性
强，控制难度大，主机厂必须有专业的燃料电池控制人员。 目前国内极少数技术实力很强的主机厂采用 方案。
图3控制方案3商用汽车
1.2新的控制架构
方案1和方案2在的主
，因为主机厂缺 HCU
和升压DCDC 控制技术， 氢系统 HCU 、升压DCDC 由氢燃 料电池系统供应商集成，主机厂不能 氢系统及HCU 、升压DCDC 主选型。VCU 不能直接控制HCU 和升压DCDC ，影
响HCU 和升压DCDC 控制的动态响应时间。方案3存在的问题 ：氢燃料电池内部各系统控制难度很大，必须有专业的研 发团队和设。VCU 集成FCU 功能，增 VCU 的
置，成VCU ，控制难度大。有 能源氢燃料电池商用车氢系统控制方 在的问题，为实现VCU 控制HCU 、升压DCDC 、FCU ，实 主 机厂 氢系统及HCU 、升压DCDC 、FCU 集成和选型。纟
研分 发一的控制 。1) 的控制 由主机厂选择独立的 氢系统 控制 HCU 、独立的升压DCDC 集成和控制，具体见图4。
主机厂制 整车CAN , 制FCU 、HCU 、升图4新控制架构
压DCDC 与VCU 的 和电气接口。实现主机厂对氢燃
料电池FCU 氢系统 HCU 、升压DCDC 的集成
选型。
2) 的控制 ，主机厂发升压DCDC 、HCU 、
FCU 的控制 和应的VCU 控制 ， 整车 和
FCU 控制的 。控制 制 成后，
VCU 实。
2新控制架构控制方法
控制
各主机厂的整车控制 发
,
控制
的整车 控制 的能
控制 具体
。
2.1燃料电池动控制
氢燃料电池车型 在 电
, 电部分
功能独立 燃料电池系统, 主 功能为
员 图,
BMS 、氢燃料电池和 一控制 的 态，控制整车高 压 电的，
实现整车 电系统 高压。
电系统 控制 应用 成 不 。
2.1.1燃料电池系统 机
1) 整车 压 电 成, 整车各控制 成。
2) 整车 电系统上电 成
wait 状态。
3) VCU HCU 发
氢
，HCU 打开氢
1阀
并，无报警信息后保持 打 态并向VCU 反勺
状态和氢气压力。
4) FCU 判断高压上电状态及内部氢气压力状态满足要
求进入待机态。
注：在 若FCU 或HCU 检测到故障则上报故障
给VCU , VCU 则止 流。2.1.2燃料电池系统 动 流
1) VCU 判断
同时
向氢燃料电池控制器发送
机命：①整车未 充电态；②整车态为Ready ；③燃
料电池系统
机状态；④燃料系统 关号有
效；⑤VCU 判断SOC 及整车功率 燃料电池 动 。
2) FCU 动，VCU 根据动力电池SOC 值和整车 功
率确 目标功率， 将目标功率发送给FCU ，燃料电池系统
入 态。
3) FCU 根据目标功率和燃料电池当前 输出功率给VCU 反馈燃料电池预测功率，VCU 将预测功率发
升压DCDC %
4) 升压DCDC 将预测功率输出 整车。
2.1.3燃料电池 动流程图
燃料电池动流图见图5。
2.2 燃料电池系统 机控制
整车 机控制分为 关机控制和故障关机控制,
关机 车辆 工作成后， 机所执的关机控制
流，故障关机是指整车在运行过程出现3级故障后需执行
的关机控制流 。2.2.1 燃料电池
关机
1) VCU 根据ON 挡号或FC 信号状态给FCU 发送关机。
2) FCU 收到关机
，按照流程关机，此阶段不能关
断 压电 和高压电 。
《"车电％》202#年第$
期
£
FCU 开机
HCU 工作FCU 发预测 功率给VCU
HCU 有其
他故障
VCU 发开机指令和目标
上报FCU 自检故障
动力电池是否充电
FCU 自
检成功P
厂
进入充电流程
上报氢气 压力低
上报HCU 整车钥匙在ON 挡 进入wait 状态
FCU 低
压上电
发开启氢瓶阀 指令给HCU
VCU 发预测功率 给升压DCDC
升压DCDC 输出 预测功率给整车
图5燃料电池启动流程图
3) 燃料电池关机完成进入待机状态.若燃料电池故障 则进入故障状态.并将状态反馈给vc$。
4) VCU 给HC$发送关闭瓶阀指令，HCU 关闭瓶阀。 2.2.2燃料电池系统故障关机
1) 整车出现3级故障时i VCU 给FCU 发送关机指令. FCU 收到关机指令.按照流程关机i 此阶段不能关断低压电 源和高压电源。如果动力电池发生极限电压、极限过温、火
灾报警i 则由BMS 主动断开高压连接。
2) 如果燃料电池出现3级故障i VCU 给FCU 发关机指
令i 燃料电池出现1、2级故障i VCU 不做处理。
3) 如果储氢系统(HCU )出现3级故障i VCU 给FCU 发关 机指令i 储氢系统(HCU )出现1、2级故障i VCU 不做处理。
4) 燃料电池进入待机状态i VCU 给HCU 发送关闭瓶阀
指令i HCU 关闭瓶阀。2.3整车能量管理控制
高效率低功耗是整车经济性 现， 整车动力性 @能量管理控制是整车控制
@现阶段氢
燃料电池能量控制 用3种方式，分别是On/Off 控制、功率跟控制 、瞬时 能耗控制 。
On/Off V 制
燃料电池 出 功率 动力电池
SOC i 只关 和保证动力电池的SOC i 没
燃料电池 效率 i 燃料电池
i 效率
低。功率跟控制 i 燃料电池系统出功率
i 效率低。瞬时
能耗控制 控制 i
控制系统控制 i
现故障较高。
氢燃料车 整车能量 式如
燃料电池输出功率(!fcu )+动力电池输出功率(！bat )=驱动 系统耗功率(!mot )+ 耗功率(!aux )
整车 过程i 燃料电池
出功率i 」P fcu ：!mot +
!aux _!bati /P fcu >(P mot +P aux ) i 燃料电池 出功率过 i 动 力电池 电i 若P fcu >(P mot +P aux )i 燃料电池输出功率不足i 由动力电池 。
氢燃料车 能量管理 不 现燃料电池发动机和 动力电池 动力源 出功率 i
过程 燃
料电池 动 燃料电池 低、 故障率高
燃料电池出 功率和整车 功率时关@ 成
车
、
、 制动 整车 功率
燃料电
池 出目标功率大幅变化， 燃料电池寿命.效率降
低 。
(下转第15页
)
K
行+，焦
Industry Focus
新能源
图16测量L "E 交流耐压NG
电 成， 内部结构，发现温度传感器
L 的 ，如17所示。
下来的
，重新做安规测试。
6总结
以 出车 电系统各 于加料
的 题，以及被
于电气间隙小导致交耐不通过问题，避免此
触电危险。所以车辆下
还是非常 的。
图17温度传感器位置偏移
参考文献：
[1 ] GB 18384，电动汽车安全要求[S ].
[2] GBT 18487，电动汽车传导充电系统[S ].
（编辑凌波）
（上接第！！页）
为实现燃料电池输出功率与动力电池SOC 值、整车用功
功率进行控制，将动力电池SOC 划分成N 个SOC 段，N 〉3，将 整车用功功率需求划分成M 个功率段，M 〉3, N 个SOC 段和M
个功率段构成N "M 个燃料电池输出目标功率段，控制每个目
标功率段内输出功率不变化，段和段之间采用滞回控制，整 车控制简单，易于实现。每个整车用功功率段根据动力电池 的荷电状态SOC 的不同，来进行控制；燃料电池的输出目标 功率同时关联动力电
池的SOC 和整车功率需求；在整车功率
需求相同的情况下，燃料电池的输出目标功率根据动力电池 SOC 增加而减少；在动力电池SOC 相同的情况下，燃料电池
的输出目标功率根据整车功率需求增加而增加。
以100+W 燃料电池系统为例，VCU 请求燃料电池系统输
出功率如表1所示。
3结语
各主机厂在不同阶段应采
应该阶段 的控制架构，
的控制构不 主机厂关 及系统
进行自主选型，同时也 够 其 握整车 的关 ，
的
的，为 整车的
可靠性及
，主机厂在制控制 时
，
+W
表1 vc$请求燃料电池系统输出功率表电池
SOC
405060708090100
整车需求
功率/+W 、
20300-20100100806040201212020-40100100806050302012040-60
10010080
806040
3012060-8010010010080
6050
40
12080-100100100100100808060120!100
100
100
100
100
100
100
80
12
注：若FCU 反馈可输出功率小于整车需求功率，则燃料电
池全功率输出。
必须经过反复多次的试验验证才能确认最终的技术状态。
参考文献：
[1] 崔胜民.新能源汽车技术解析[M ].北京：化学工业出
版社，2016.
[2] 孙逢春，章桐.燃料电池电动汽车设计[M ].北京：机
械工业出版社，2018.
（编辑 凌 波）
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