电-电混合燃料电池汽车动力系统测量、标定、诊断(MCD)指导书

目录

1．引言 (2)

1．1 原理 (2)

1．2 主要零部件及技术参数 (3)

1．2．1 燃料电池发动机（FCE） (3)

1．2．2 DC/DC变换器 (3)

1．2．3 动力蓄电池及管理系统(BM) (4)

1．2．4电机及驱动系统(MC) (4)

2．MCD依据规范与实现原理 (5)

2．1 ASAM协会与ASAP工作组 (5)

2．2 CCP协议 (6)

2．3 CANDB (7)

2．4 CANdela (7)

3. 测量 (7)

3．1 CCP测量变量 (7)

3．2 CAN信号测量 (9)

3．3 主要测量变量说明 (9)

4．标定（VMS参数） (10)

4．1 CANape标定系统及ASAP2文件 (10)

4．2 主要标定参数说明 (11)

4．3 控制策略说明 (12)

5．故障诊断 (13)

电-电混合燃料电池汽车动力系统测量、标定、诊断（MCD）指导书

1．引言

燃料电池汽车是一种新型的清洁能源汽车。它以氢气为燃料，在燃料电池堆中与空气中的氧气发生电化学反应而产生电力，从而驱动电机运转。与传统内燃机汽车相比，具有显著的优点：首先，排放物为水，对环境无污染；其次，它以可再生的氢为能源，可缓解对石油的过度依赖，对实现能源多元化具有重要意义；再次，燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率大大高于内燃机。因此，近年来燃料电池汽车成为新型汽车的研发热点。其中，包括燃料电池、DC/DC、驱动电机、储能装置等关键部件的动力系统是电电混合燃料电池汽车的核心内容。1．1 原理

目前燃料电池发动机尚存在输出功率较低、特性较软及响应较慢等特点，所以单独燃料电池难以满足汽车动力源的要求，所以目前研制的燃料电池汽车配备高功率动力蓄电池组作为辅助动力源，即所谓“电-电混合燃料电池汽车”。

燃料电池发动机为该车的主要动力源。动力蓄电池组作为辅助动力源，能够瞬间大功率充放电，可以克服燃料电池功率较低和响应慢的弱点，同时能够回收电动机回馈制动能量。DC/DC变换器是控制燃料电池输出功率的关键部件，为了实现对燃料电池发动机瞬时功率的有效控制，并保证对动力蓄电池的荷电状态的实时调节，DC/DC变换器采用电流控制方式。整个动力系统原理如图1所示。

图1 电-电混合燃料电池汽车动力系统原理

1．2 主要零部件及技术参数

1．2．1 燃料电池发动机（FCE）

FCE是以氢气为燃料，通过氢气与氧气在一定条件下产生电化学反应并转换为电能输出，是汽车的主要动力源。是一种完全无污染的清洁能源。

净输出功率：≥45KW

正常输出电压范围360～520V

输出电流范围0～200A

工作环境温度：0℃～＋70℃

1．2．2 DC/DC变换器

DC/DC变换器又称直流变换器，采用电流控制方式以实现对燃料电池发动机瞬时功率的有效控制，并保证对动力蓄电池的荷电状态的实时调节。

1.额定输出功率：55kW(单向降压输出)

2.正常输出电压范围360～410V

3.正常输入电压范围520～360V

4.输出电流范围0～200A

5.转换效率：≥95％

6.工作环境温度：－20℃～＋60℃

1．2．3 动力蓄电池及管理系统(BM)

动力蓄电池组为辅助动力源，其作用包括在电动模式下提供动力电，燃料电池混合模式下和燃料电池一起提供动力电或回收燃料电池多余能量。

1.容量：8AH

2.电压范围：335～410

3.输出电流：-80～+160A(电池放电为正)

4.环境工作温度：0～60℃

1．2．4电机及驱动系统(MC)

1.额定功率:24 KW

2.最大功率：65 KW

3.额定转速：4600rpm

4.最高转速：11500rpm

5.最大转矩：130N.M

6.峰值效率：93%

7.电机控制器输入：

额定电压：375V

正常电压范围：335～410V

8.控制方式：转矩闭环方式

注：电机控制器具有能量回馈、再生制动过压保护和最大制动功率限制等功能。

2．MCD依据规范与实现原理

2．1 ASAM协会与ASAP工作组

1998年，由欧洲几大汽车制造商和相关领域的开发商联合建立名为ASAM的协会，全称是自动及测量系统标准化协会(Association for Standardization of Automation and Measuring Systems)，其目的是希望通过对在开发过程中用到的数据交换方法和软、硬件工具进行标准化，从而减少汽车电子领域的开发成本和开发周期。

图2. ASAP协议的地位和功能

ASAP工作组（Arbeitskreis zur Standardisierung von Applikationssystemen）为了实现对应用系统进行测量、标定和诊断，定义了名为MCD（Measurement, Calibration an Diagnostics）的模型，围绕着这个模型建立了三个标准，即ASAP1、ASAP2AS

和AP3。三个标准所处的地位如图2所示。

ASAP1作为应用层同控制设备之间接口的标准，定义了应用系统和ECU之间的物理和逻辑连接。按照所处位置及功能不同可分为ASAP1a、ASAP1b和ASAP1c. 其中，ASAP1a现在被独立出来写为XCP、CCP协议，下文作具体介

绍； ASAP1b 定义了ASAP1a 同MCD 模型之间的逻辑层连接。ASAP1b 标准是ASAP1中较完善的一个部分，它定义了包括ASAP 驱动器、硬件接口和控制器在内的统称为ASAP 设备的一整套匹配标定系统；而ASAP1c 的制定工作已多次延期，这里从略。

ASAP2标准的功能是对ECU 功能和接口及标定信息进行标准和规范化的描述。用户可以通过调用标准化的函数，同SAP1a 协议中演化而来，是 “XCP on CAN ”协议的具体应用，ASAP 工作组通过建立数据模型，并融合进SGML / XML 技术，实现了对ECU 通讯、测量、应用和诊断数据的描述，同时也对MCD 应用系统的配制信息和参数进行了描述。按此标准生成的ASAP 描述文件是作为标定系统的数据库而存在，它是ASAP1b 中包含的各类设备之间进行数据交换的平台。

ASAP3定义了MCD 系统同用户之间的接口。此标准的目的是使MCD 系统进行数据和命令的交互来实现测量、测试、标定和诊断的功能。

2．2 CCP 协议

CCP 协议是从A 是实际应用中最常用的一个标定协议。它定义了控制器（ECU ）和MCD 模型之间的物理层和协议层。适用于基于CAN 的、点对点的 、主从方式的通讯结构。可以用来实现标定、诊断、监测、下载等功能。它的基本操作模式是由主机发出所有命令，从机根据主机的指示完成相应操作。CCP 中命令帧和命令回复帧分别称为CRO 和DTO 。主机通过依次发送不同的CRO 可以建立与某个从机的点对点的逻辑连接，并请求从机回应DTO 。