燃料电池车整车调试方法初探

姜志豪，裴廷帅，裴赫

（中国第一汽车股份有限公司技术中心，吉林 长春 130011 ）

燃料电池车整车调试方法初探

姜志豪，裴廷帅，裴赫

（中国第一汽车股份有限公司技术中心，吉林 长春 130011 ）

燃料电池车新车型装配完成后，需要通过整车调试，验证整车控制逻辑，使车辆电气系统能够协同高效地工作。燃料电池车整车调试过程主要包括7个步骤——调试准备、低压系统检测、高压系统检测、CAN网络测试、供氢系统调试、燃料电池系统调试、整车联合调试。根据工程实践，总结了燃料电池车整车调试的主要过程及其中的关键点，为燃料电池车调试工作提供参考。

燃料电池汽车；整车调试方法；供氢系统；燃料电池系统

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-78-04

前言

燃料电池车整车调试是验证整车控制策略是否正确和得到有效实现的过程。通常，新开发车型的电气系统会有所变化，相应的控制程序会有所不同。通过整车调试，可以验证控制程序的正确性与有效性。

1 燃料电池车整车调试流程

燃料电池车整车调试过程主要包括7个步骤：调试准备、低压系统检测、高压系统检测、CAN网络测试、供氢系统调试、燃料电池系统调试、整车联合调试，如图1所示。

2 燃料电池车整车调试方法

2.1 调试准备阶段

调试前，需确认所需调试车辆的总成已经正确装配；冷却液、转向油液、驱动桥齿轮油、空调冷媒等均已加注，且无漏液现象；制动管路卡箍已拧紧，且管路得到可靠固定；电线束均已插接并合理固定；车身反光标识按规定粘贴；控制程序已按前期协议更新到最新状态。

2.2 低压系统检测

低压系统检测内容主要包括上电点火、仪表、刮水、灯光、空调、暖风、水泵、电子风扇、电喇叭、蜂鸣器及其它电气功能件等。

图1 燃料电池车整车调试流程

低压系统检查的常见问题包括：管脚定义错误（做反或不匹配）、插接器退端子、零部件非最新状态等。上述问题得到解决，确认低压系统功能正常后，方可进行后续工作。

2.3 高压系统检测

高压系统检测内容：高压部件安全标识、所有高压线束为橙色、高压线束及电位均衡装置（高压部件外壳和车身连接装置）连接正确可靠、高压系统绝缘电阻满足标准要求。

由于轻型燃料电池车高压电气系统的电压通常为B级电压（DC：60V＜U≤1500V，AC(15Hz~150Hz)：30V＜U≤1000V），因此在进行检测的时候，应特别注意高压安全：首先通过仪表或调试设备确认绝缘监测设备未报绝缘故障，否则应在排除绝缘故障后再进行其它操作；在高压线束或总成附近进行作业时，应提前将维修开关断开；进行高压系统检测时，应时刻佩戴绝缘手套；对高压系统进行拆卸操作时，应使用电工专用工具。

2.4 CAN网络测试

CAN网络测试内容包括物理层测试、链路层测试、关键信号应用层测试、CAN总线错误帧分析等[1]。

（1）物理层测试：测试CAN_H、CAN_L、CAN_Diff等的电压值，在定义许可的范围内，则测试通过。

（2）链路层测试：测试总线中传输1Bit所需时间（位时间），在定义许可的范围内；测试CAN控制器位采样时间点，在定义许可的范围内，则测试通过。

（3）应用层测试：测试周期发送报文的周期，在定义许可的范围内；测试事件性报文事件发生时的发送次数，与定义一致；检查报文中保留位的填充值，与定义一致；检查信号的默认值，与定义一致；测试Bus-Off（网络错误）后的恢复时间，在定义许可的范围内，则测试通过。

（4）网络测试：测试总线负载率平均值及最大值（连续触发所有事件报文），在定义许可的范围内；总线终端电阻和电容值及连接方式符合CAN网络规范中的定义；则测试通过。

（5）总线错误帧分析：对于总线中存在错误帧的情况，分析错误帧所在网络的每个节点。可以使用排除法，逐一拆下各个节点，观察错误帧是否仍然存在，从而确定导致错误帧的节点。

2.5 供氢系统调试

氢气本身具有易燃易爆及易泄露的特点，因此供氢系统的调试必须严格按照规程进行。系统调试前，应再次确认氢泄露探头及报警装置功能正常、瓶口电磁阀工作正常且能够手动关闭。以便氢气泄露并达到爆炸极限（体积分数4%）时，能及时发现并采取措施。如图2所示是某车型供氢系统。

图2 某车型供氢系统

2.5.1 氢气供给管路气密性检测

气密性试验可以用两种方式进行。旧方法：测试人员使用5%和95% N2的混合物，用泄漏检测液，观察气泡是否存在。旧办法效率低，难以发现小渗漏。新方法：测试人员使用H2作为检测介质，用高度灵敏的氢探头（图3），发现是否有任何泄漏附近。新的测试方法的详细步骤如下：

（1）确定气密性检测环境安全（开放空间、电磁波以及严禁烟火等），确定氢罐瓶口阀的手动开关关闭，确定氢气进入电堆的限流阀关闭（本车燃料电池系统中进入电堆之前另存在一个电磁阀）。

（2）采用移动加注机将H2增压至10MPa,采用氢气探头接触管路中连接处，检测2遍，若无泄露将管路中H2通过排空口排出，用手指感觉排口空处无气流输出视为排空完成。将H2分别增压至20MPa,35MPa重复上述步骤。

（3）恢复手动开关开启状态，完成气密性检测。

图3 高灵敏度氢探头

2.5.2 氢罐气体置换

氢罐首次加氢或者氢罐长时间存放时，都需要进行气体置换，前者将N2置换成H2，后者将H2置换成N2。置换步骤如下：

（1）确定周围环境安全，确定氢气进入电堆的限流阀关闭。

（2）连接加氢枪和加注口，利用移动加注机将H2加注至氢瓶中，加注至2MPa，断开加氢枪，通过排空口将氢罐中气体排出，以手指感觉排口空处无气流输出视为排空完成。

（3）重复上述动作2次的视为置换完成。

2.5.3 向氢罐内加氢

向氢罐内加氢通常需要使用氢气加注机。如图4所示是一种小型撬装式氢气加注机。集成了增压泵、冷凝器、加氢枪、高压软管、静电接地报警仪、高压阀门、仪表及管路等。

图4 一种小型撬装式氢气加注机

当没有氢气加注机，而且不需要太多氢气时，可以直接使用加氢枪向氢罐内加注氢气，如图5所示。由于没有氢气加注机，相应地加氢速度也因压力差较小而下降。

图5 无加注机时可直接向氢罐内加氢

加氢实现商业需要更加便利并且批量化。现代化加氢站通常的加氢过程如图6所示。加氢口的流量随着入口压力增加而增加，如图7所示。超高压被广泛采用以缩短加氢时间。目前加注35MPa氢罐超高压须达到45MPa，加注70MPa氢罐超高压须达到90MPa[2]。

图6 现代化加氢站通常的加氢过程

2.6 燃料电池系统调试

如图8所示是燃料电池系统的主要结构。燃料电池系统由氢气供给系统、空气供给系统、氢空系统、电气系统等组成[3]。氢空气系统是燃料电池系统的核心，是氢和氧发生电化学反应的地方。

图7 加氢口流量随入口压力变化情况

图8 燃料电池系统的主要结构

2.6.1 环境温度要求

在调试燃料电池系统时，必须确保环境温度在冷却系统允许的范围内。上一代产品的反应堆冷却剂为去离子水，要求环境温度在0°C以上。否则，应增加加热系统来加热冷却液。新一代燃料电池的冷却系统采用防冻冷却剂，环境温度可以低至30°C。

2.6.2 燃料电池系统起动性能测试

在向燃料电池系统发出启动命令后，检查系统是否正常工作。燃料电池系统的输出电压、电流、入口温度、入口压力、冷却剂温度可以通过氢控制器读取，应处于正常状态。启动后关闭。

连续启动三次，每次间隔不少于5分钟。检查燃料电池系统起动性能是否正常。

2.6.3 燃料电池系统工况循环测试

表1 燃料电池系统测试循环工况

按表1种规定的燃料电池系统工况循环测试的13种工况，进行20次循环。测试过程中，工况之间的过渡时间不做严格限定，但不能无故停机。各工况下的功率偏差应在合理范围内。测试过程中如发生故障，应如实记录故障发生情况、故障停机原因、排除故障方法等。每次循环都应记录各工况下的电流、电压和环境温度，标定工况每隔10min记录一次数据。对比第1次循环与第20次循环，标定工况和过载工况下的功率偏差应小于1kW[4]。

2.7 整车联合调试

整车联合调试内容包括信号调试、高压上下电调试、附件调试、总成基本功能调试、行驶功能调试等。

（1）气泵调试。高低压上电后，气泵工作。当管路气压升到840kpa（时长约为3分钟，如果用时超长须检查制动气路是否有故障），干燥器应自动排气，气泵油温达到80℃以上时，气泵应停止工作。 多次踩制动踏板后，气压降到600kpa以下时，气泵应能再次自动启动。当气泵油温超过110℃时，气泵停止工作。

（2）油泵调试。检查下电控制逻辑“工作不允许，不工作允许”。检查主动放电功能。

（3）电机功能调试。电机功能调试包括电机扭矩响应测试、转速响应测试自学习测试、换挡测试等。

（4）附件调试。附件调试主要是对电动真空泵、冷却水泵、电动风扇等附件进行功能测试。

（5）信号调试。信号调试主要是检查整车控制器输入输出信号，包括CAN信号和I/O信号。

（6）高压上下电调试。高压上下电调试主要内容为：DC/DC高压上下电调试、电机高压上电调试、电机快速放电及自然放电调试、充电上下电调试等。

（7）行驶功能调试。行驶功能调试主要内容包括怠速功能调试、爬行功能调试、换档功能调试、模式切换功能调试、制动能量回收功能调试等。

3 结论

本文根据燃料电池车整车调试的工程实践，总结了整车调试的主要过程和方法。对于燃料电池车特有的供氢系统和燃料电池系统，针对其调试方法，着重进行了探讨。该调试方法对今后的燃料电池车调试工作具有一定的指导意义。

[1] 蔡其瑾.车载CAN网络的自动化测试系统研究.桂林电子科技大学硕士论文库,2014.

[2] 冯慧聪,周伟,马建新.加氢站高压储氢瓶分级方法.太阳能学报.2010.

[3] 陈海霞.基于MCU燃料电池汽车发动机系统控制研究.东北大学硕士论文,2008.

[4] 陈全世,仇斌,谢起成.燃料电池电动汽车.北京:清华大学出版社,2005.

A Preliminary Study on the Commissioning Methods for Fuel Cell Vehicle

Jiang Zhihao, Pei Tingshuai, Pei He
( China first automobile co., LTD. Technology center, Jilin Changchun 130011 )

After the completion of the new model of fuel cell car, the vehicle needs to be adjusted by vehicle to verify the control logic of the vehicle, so that the vehicle electrical system can work together efficiently. Fuel-cell cars vehicle debugging process mainly includes seven steps-debugging preparation, low voltage detecting systems, high pressure system, CAN network testing, debugging for hydrogen system, fuel cell system debugging, the vehicle joint debugging.According to the engineering practice, this paper summarizes the main process and key points in the commissioning of fuel cell vehicle, and provides reference for the commissioning of fuel cell vehicles.

fuel cell car; Vehicle commissioning method; Hydrogen supply system; Fuel cell system

U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)19-78-04

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.027

姜志豪，就职于一汽技术中心轻型车部新能源车设计室。