CN100587635C - 一种车用燃料电池发动机停机降压系统 - Google Patents

一种车用燃料电池发动机停机降压系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车用燃料电池发动机停机降压系统，该系统通过在电源和水泵控制器之间加设整流二极管模块，在水泵控制器和控制器电源之间加设单刀双掷继电器，给水泵控制器增加控制程序，使燃料电池发动机冷却系统在车用燃料电池发动机停机时能自动进行降压。该系统可以自动实现将燃料电池汽车在停机时将燃料电池堆电压在很短的时间内降到安全电压下，该系统实现成本低、结构简单、安全可靠。

Description

一种车用燃料电池发动机停机降压系统
技术领域
本发明属于燃料电池发动机领域，特别涉及车用质子交换膜燃料电池发动机。
背景技术
燃料电池用作可移动动力源，已应用于燃料电池汽车。燃料电池汽车在停车断电后，由于电池堆两侧仍存在很高的开路电压，对汽车会造成安全隐患，同时也会影响燃料电池堆的使用寿命，所以燃料电池汽车在停车时需要将燃料电池堆降到安全电压以下。现有技术中通常采用的降压办法是：使用高压继电器和放电电阻并联连接在燃料电池堆电压输出端，通过高压继电器控制放电电阻的接通与断开。当燃料电池汽车停车时，高压继电器吸合，放电电阻接通，通过放电电阻将燃料电池堆堆电压降到安全电压下。现有技术的缺点是：在燃料电池发动机系统中需要增加高压继电器和放电电阻，需要考虑高压绝缘和电阻散热等问题，使系统更加复杂；同时，高压继电器成本很高，使发动机制造成本增加。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种满足车用燃料电池发动机停机降压要求的使用燃料电池发动机冷却系统进行自动降压的方法。本发明的技术方案是：一种车用燃料电池发动机停机降压系统，包括燃料电池发动机冷却系统，其特征在于在所述的燃料电池发动机降压系统由在燃料电池发动机冷却系统的燃料电池堆、辅助高压电源和水泵控制器之间设置的整流二极管模块、在燃料电池发动机冷却系统的水泵控制器和控制器电源之间设置的单刀双掷继电器和由开关输入驱动电路，通讯驱动电路，电源变换及处理电路，单片机及外围电路，电机驱动模块组成的水泵控制器构成。
本发明所述的一种车用燃料电池发动机停机降压系统，其特征在于在所述的燃料电池发动机冷却系统的由开关输入驱动电路，通讯驱动电路，电源变换及处理电路，单片机及外围电路，电机驱动模块组成的水泵控制器，其开关输入驱动电路设有3个工作模式选择引脚，开关输入驱动电路通过数据线与单片机的数字输入引脚相连，工作模式选择引脚的联接方式是：1脚和3脚短接时，数据线806为高电平，1脚和3脚断开时，数据线806为低电平，2脚和3脚短接时，数据线807为高电平，2脚和3脚断开时，数据线807为低电平；通讯驱动电路由CAN驱动器和高速光耦组成，通讯驱动电路设有2个引脚，是CAN通讯引脚，通讯驱动电路通过通讯线与单片机的CAN通讯引脚相连；电源变换及处理电路设有2个电源引脚，是电源变换及处理电路的输入端，电源变换及处理电路的输出端输出两个电源，一个为5伏电源，5伏电源通过输出线与单片机的电源输入端相连，另一个为高压电源，高压电源通过电缆与电机驱动模块的电源输入端相连；水泵控制器单片机及外围电路的单片机的PWM脚与电机驱动模块的控制输入端相连；电机驱动模块的输出端通过电机控制线与电机相连。
本发明所述的一种车用燃料电池发动机停机降压系统，其特征在于所述的在燃料电池发动机冷却系统的燃料电池堆、辅助高压电源和水泵控制器之间设置的整流二极管模块由两个整流二极管组成，其中一个整流二极管的正极直接与燃料电池堆正极相连，负极直接与水泵控制器正极相连，另一个整流二极管的正极直接与辅助高压电源正极相连，负极直接与水泵控制器正极相连。
本发明所述的一种车用燃料电池发动机停机降压系统，其特征在于所述的在燃料电池发动机冷却系统的水泵控制器和控制器电源之间设置的单刀双掷继电器的3个引脚1脚、2脚和3脚分别与水泵控制器的工作模式选择引脚的1脚、2脚和3脚相连，单刀双掷继电器的激磁线圈与控制器电源开关相连，控制器电源开关吸合时，单刀双掷继电器3脚与2脚相连，控制器电源开关断开时，单刀双掷继电器3脚与1脚相连。
本发明所述的一种车用燃料电池发动机停机降压系统，其特征在于在所述的单刀双掷继电器是G5V-1型继电器，继电器在系统正常工作模式下是常闭状态。
本发明所述的一种车用燃料电池发动机停机降压系统，其特征在于在所述的整流二极管是SKKD 100/18管。
本发明所述的一种车用燃料电池发动机停机降压系统，其特征在于在所述的水泵控制器的单片机的工作程序为：当水泵控制器401电源电压高于30伏时，水泵控制器401开始上电工作，单板机从S100进入到S101状态，单片机判断“2脚和3脚短接否？”，判断结果为“是”，则进入到S102，单片机根据ECU从CAN总线发送正常运转指令控制电机驱动模块，控制水泵电机正常运转，判断结果为“否”，则从S101进入到S103状态，单片机开始判断“1脚和3脚短接否？”，判断结果为“是”，则进入到S104，单片机控制电机恒速运转至水泵控制器电源电压低于30伏，水泵控制器停止水泵电机工作，判断结果为“否”，则返回到到S101重新判断。
本发明的车用燃料电池发动机停机降压系统的运行过程是：
当燃料电池发动机系统上电时，辅助电源控制开关和控制器电源开关吸合，单刀双掷继电器断开，水泵控制器工作在正常运行模式；当系统启动时，由于燃料电池堆电压低于辅助电源电压，水泵控制器电源由辅助电源提供，当燃料电池堆电压高于辅助电源电压时，水泵控制器电源由燃料电池堆提供，燃料电池发动机控制器根据燃料电池堆的工作状态控制水泵的转速；当系统停机断电时，辅助电源控制开关和控制电源控制开关断开，单刀双掷开关吸合，水泵控制在放电模式工作，此时水泵控制电源由燃料电池堆提供，在放电模式下，水泵控制器控制水泵低速运转，燃料电池堆在水泵控制器作用下输出电压不断下降，当燃料电池堆堆电压低于安全电压时，水泵控制器停止工作，燃料电池堆停机放电结束。
本发明具有如下特点：
1、水泵控制器的电源通过两个二极管实现输入电源的自动切换，即当辅助电源电压高于燃料电池堆电压时，水泵控制器由辅助电源供电，当辅助电源电压低于燃料电池堆电压时，水泵控制器由燃料电池堆供电。
2、水泵控制器有两种工作模式，即在系统上电后，水泵控制器工作在正常运行模式，在系统断电后辅助电源和控制电源停止电源输出，水泵控制器则工作在放电模式，不需要再设置专门的放电电阻和继电器，可节约成本，同时，操作简单方便，安全可靠。
附图说明
本发明有附图五幅。
附图1是本发明的燃料电池发动机停机降压系统原理示意图。
附图2是本发明的燃料电池发动机停机降压系统单刀双掷继电器原理示意图。
附图3是本发明的燃料电池发动机停机降压系统实施例原理示意图。
附图4是水泵控制器401原理框图。
附图5是水泵控制器401软件流程图。
附图中：)101、燃料电池堆，102、负载继电器，301、直流/直流变换器，302、电机控制器，303、辅助高压电源，304、辅助高压电源开关，401、冷却水泵控制器，402、水泵，403、散热风扇，404、二极管，405、二极管，406、单刀双掷继电器(常闭)，501、风机/空压机控制器，601、燃料电池发动机控制器(ECU)，602、冷却水泵控制开关，603、风机/空压机控制开关，701、控制器电源，702、控制器电源开关  801、水泵控制器开关输入驱动电路，802、水泵控制器通讯驱动电路，803、水泵控制器电源变换及处理电路，804、水泵控制器单片机及外围电路，805、电机驱动模块，1～3、工作模式选择引脚，4～5、CAN通讯引脚，6～7、电源引脚，8～10、电机控制线。
具体实施方式
本实施例是燃料电池汽车停机降压系统。燃料电池堆(101)额定功率为40KW(启动后输出电压大于310V)，辅助高压电源(303)采用蓄电池组(320V/10AH)。停机降压系统是在通常燃料电池发动机冷却系统的基础上形成的：在燃料电池堆(101)、辅助高压电源(303)和水泵控制器(401)之间设有整流二极管模块，整流二极管模块由两个SKKD 100/18整流二极管(404和405)组成，其中一个整流二极管(404)的正极直接与燃料电池堆(101)正极相连，负极直接与水泵控制器(401)正极相连，另一个整流二极管(405)的正极直接与辅助高压电源(303)正极相连，负极直接与水泵控制器(401)正极相连；在水泵控制器(401)和控制器电源之间设有G5V-1型单刀双掷继电器(406)，单刀双掷继电器(406)的1脚、2脚和3脚分别与水泵控制器的1脚、2脚和3脚相连，单刀双掷继电器(406)的激磁线圈与控制器电源开关(702)相连，控制器电源开关(702)吸合时，单刀双掷继电器(405)3脚与2脚相连，控制器电源开关(702)断开时，单刀双掷继电器(405)3脚与1脚相连。水泵控制器(401)由开关输入驱动电路(801)，通讯驱动电路(802)，电源变换及处理电路(803)，单片机及外围电路(804)，电机驱动模块(805)组成，其开关输入驱动电路(801)设有3个工作模式选择引脚(1、2、3)，开关输入驱动电路(801)通过数据线(806、807)与单片机的数字输入引脚相连，工作模式选择引脚(1、2、3)的联接方式是：1脚和3脚短接时，数据线(806)为高电平，1脚和3脚断开时，数据线(806)为低电平，2脚和3脚短接时，数据线(807)为高电平，2脚和3脚断开时，数据线(807)为低电平；通讯驱动电路(802)由CAN驱动器和高速光耦组成，通讯驱动电路(802)设有2个引脚，是CAN通讯引脚，通讯驱动电路(802)通过通讯线(808、809)与单片机(804)的CAN通讯引脚相连；电源变换及处理电路(803)设有2个电源引脚(6、7)，是电源变换及处理电路(803)的输入端，电源变换及处理电路(803)的输出端输出两个电源，一个为5伏电源，5伏电源通过输出线(810、811)与单片机(804)的电源输入端相连，另一个为高压电源，高压电源通过电缆(812、813)与电机驱动模块(805)的电源输入端相连；804为水泵控制器单片机及外围电路，单片机的PWM脚与电机驱动模块的控制输入端相连；电机驱动模块(805)的输出端通过电机控制线(8、9、10)与电机相连。
本实施例的工作过程是：当燃料电池发动机系统上电时，辅助高压电源开关304和控制器电源开关702吸合，单刀双掷继电器406的2脚和3脚短接(1脚和3脚断开)，此时，单板机程序进入S101状态，即判断“2脚和3脚短接否？”，条件满足，程序进入S102状态，“根据ECU指令控制402”，水泵控制器401工作在正常运行模式；当系统启动时，由于燃料电池堆101电压低于辅助电源201电压，水泵控制器401电源由辅助高压电源303提供，当燃料电池堆101电压高于辅助高压电源303电压时，水泵控制器401电源由燃料电池堆101提供，燃料电池发动机控制器601根据燃料电池堆101的工作状态控制水泵的转速；当系统停机断电时，辅助高压电源控制开关304和控制电源控制开关702断开，单刀双掷继电器406的1脚和2脚短接(2脚和3脚断开)，此时，单片机程序进入S103状态，即判断“1脚和3脚短接否？”，条件满足，程序进入S104状态，即工作在“401控制402恒速运行”状态，水泵控制器401工作在放电模式，此时水泵控制器401电源由燃料电池堆提供，在放电模式下，水泵控制器401控制水泵低速运转，燃料电池堆101在水泵控制器401作用下，输出电压不断下降，当燃料电池堆101堆电压低于V1(V1电压设定为30伏)时，水泵控制器单片机程序进入S105状态，即判断“电源小于30伏否？”，条件满足，程序进入S106状态，即工作在“控制402停止”状态，水泵控制器停止水泵工作，燃料电池堆停机放电结束。

Claims (3)

1、一种车用燃料电池发动机停机降压系统，包括燃料电池发动机冷却系统，其特征在于在所述的燃料电池发动机降压系统由在燃料电池发动机冷却系统的燃料电池堆(101)、辅助高压电源(303)和水泵控制器(401)之间设置的整流二极管模块、在燃料电池发动机冷却系统的水泵控制器(401)和控制器电源(701)之间设置的单刀双掷继电器(406)和由开关输入驱动电路(801)，通讯驱动电路(802)，电源变换及处理电路(803)，单片机及外围电路(804)，电机驱动模块(805)组成的水泵控制器(401)构成；
所述的燃料电池发动机冷却系统的由开关输入驱动电路(801)，通讯驱动电路(802)，电源变换及处理电路(803)，单片机及外围电路(804)，电机驱动模块(805)组成的水泵控制器(401)，其开关输入驱动电路(801)设有3个工作模式选择引脚(1、2、3)，开关输入驱动电路(801)通过数据线I(806)和数据线II(807)与单片机的数字输入引脚相连，工作模式选择引脚(1、2、3)的联接方式是：1脚和3脚短接时，数据线I(806)为高电平，1脚和3脚断开时，数据线I(806)为低电平，2脚和3脚短接时，数据线II(807)为高电平，2脚和3脚断开时，数据线II(807)为低电平；通讯驱动电路(802)由CAN驱动器和高速光耦组成，通讯驱动电路(802)设有2个引脚，是CAN通讯引脚，通讯驱动电路(802)通过通讯线(808、809)与单片机(804)的CAN通讯引脚相连，电源变换及处理电路(803)设有2个电源引脚(6、7)，是电源变换及处理电路(803)的输入端，电源变换及处理电路(803)的输出端输出两个电源，一个为5伏电源，5伏电源通过输出线(810、811)与单片机(804)的电源输入端相连，另一个为高压电源，高压电源通过电缆(812、813)与电机驱动模块(805)的电源输入端相连；水泵控制器单片机及外围电路的单片机的PWM脚与电机驱动模块的控制输入端相连，电机驱动模块(805)的输出端通过电机控制线(8、9、10)与电机相连；当水泵控制器401电源电压高于30伏时，水泵控制器401开始上电工作，单片机从S100进入到S101状态，单片机判断“2脚和3脚短接否？”，判断结果为“是”，则进入到S102，单片机根据电子控制单元(ECU)从CAN总线发送正常运转指令控制电机驱动模块，控制水泵电机正常运转，判断结果为“否”，则从S101进入到S103状态，单片机开始判断“1脚和3脚短接否？”，判断结果为“是”，则进入到S104，单片机控制电机恒速运转至水泵控制器电源电压低于30伏，水泵控制器停止水泵电机工作，判断结果为“否”，则返回到到S101重新判断；
所述的在燃料电池发动机冷却系统的燃料电池堆(101)、辅助高压电源(303)和水泵控制器(401)之间设置的整流二极管模块由两个整流二极管(404和405)组成，其中一个整流二极管(404)的正极直接与燃料电池堆(101)正极相连，负极直接与水泵控制器(401)正极相连，另一个整流二极管(405)的正极直接与辅助高压电源(303)正极相连，负极直接与水泵控制器(401)正极相连；
所述的在燃料电池发动机冷却系统的水泵控制器(401)和控制器电源(701)之间设置的单刀双掷继电器(406)的3个引脚，1脚、2脚和3脚分别与水泵控制器的工作模式选择引脚的1脚、2脚和3脚相连，单刀双掷继电器(406)的激磁线圈与控制器电源开关(702)相连，控制器电源开关(702)吸合时，单刀双掷继电器(406)3脚与2脚相连，控制器电源开关(702)断开时，单刀双掷继电器(406)3脚与1脚相连；继电器在系统正常工作模式下是常闭状态。
2、根据权利要求1所述的一种车用燃料电池发动机停机降压系统，其特征在于所述的单刀双掷继电器(406)是G5V-1型继电器。
3、根据权利要求1所述的一种车用燃料电池发动机停机降压系统，其特征在于在所述的整流二极管(404和405)是SKKD 100/18管。
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