CN101200169A - 燃料电池混合动力车的断电控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池混合动力车的断电控制方法，包括在输入断电指令时确定操作模式。如果所述操作模式为燃料电池模式，所述方法包括：将与辅助电池连接的低压直流－直流转换器转换成升压模式；保持由来自所述辅助电池的电压供电且由所述低压直流－直流转换器升压的高压部件的驱动状态；随后停止燃料电池组的工作并关闭所述高压部件；及接着关闭低压直流－直流转换器。如果所述操作模式为混合动力模式，所述方法包括：保持由来自超级电容器的电压供电的高压部件的驱动状态；接着停止燃料电池组的工作并关闭所述高压部件；接着关闭直流－直流转换器；及接着切断所述超级电容器的电源。

Description

燃料电池混合动力车的断电控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池混合动力车(FC-HEV)的断电控制方法。更具体地，本发明涉及一种燃料电池-超级电容混合动力车的断电控制方法，其可以通过在切断过程中最佳地控制燃料电池系统部件的断电顺序来安全地将高电压部件断电。
背景技术
常规的燃料电池将液化天然气(LNG)、液体石油气(LPG)、甲醇等含氢燃料氧化，并将在反应过程中所产生的化学能转化成电能。
如果将燃料电池用作电动车的唯一电源，则燃料电池将对车的所有载荷供电，这样就会降低燃料电池的效率。
此外，由于输出电压以高速迅速地降低，而这样会降低车的加速性能，因此不能提供驱动电动车所需的电压供给。
而且，如果车受到骤加荷载，则燃料电池的输出电压瞬间下降，因此不能为驱动电动机提供足够电源，因而降低车辆性能。
此外，由于燃料电池具有单向输出特性，因此在刹车时不可能使驱动电动车恢复能量，因而会降低车辆系统的效率。
为解决上述问题，已经研发出燃料电池混合或燃料电池-超级电容混合动力系统。这种系统除燃料电池之外，还包括高压电池或者超级电容器。
本发明的背景技术部分所公开的信息只是为了加强对本发明技术背景的理解，而不能将其视为构成本领域技术人员已知的现有技术的知识或任何形式的暗示。
发明内容
一种燃料电池混合动力车的断电控制方法，包括在输入断电指令时确定操作模式。如果所述操作模式为燃料电池模式，所述方法包括：将与辅助电池连接的低压直流-直流转换器转换成升压模式；保持由来自所述辅助电池的电压供电且由所述低压直流-直流转换器升压的高压部件的驱动状态；随后停止燃料电池组的工作并关闭所述高压部件；及接着关闭低压直流-直流转换器。
高压部件可以是空气处理系统、燃料处理系统和热管理系统中的至少一个。
在所述低压直流-直流转换器被转换至升压模式时，将与所述高压部件连接的高压直流-直流转换器关闭。
如果所述高压部件由来自辅助电池且由所述低压直流-直流转换器升高的电压来供电，则所述方法对至少一个高压电部件进行冷却，所述至少一个高压电部件如电动机、电动机控制器、转换器和逆变器。
如果所述操作模式为混合动力模式，所述方法包括：保持由来自超级电容器的电压供电的高压部件的驱动状态；接着停止燃料电池组的工作并关闭所述高压部件；接着关闭直流-直流转换器；及接着切断所述超级电容器的电源。
该方法还可以包括在停止所述燃料电池组的工作之前冷却至少一个高压电部件。
附图说明
图1是燃料电池-超级电容混合动力车的示意图；
图2是根据本发明的优选实施方式的与辅助电池连接的直流-直流转换器升压模式的电流流程图；
图3和图4是示出根据本发明的优选实施方式的燃料电池-超级电容混合动力车的操作模式下供电状态的示意图；
图5是简单示出根据本发明的优选实施方式在断电过程中所使用的控制方法的流程图；
图6是示出根据本发明的优选实施方式在混合动力模式下断电过程中的断电顺序的详细流程图；
图7是示出根据本发明优选实施方式所述在燃料电池模式下断电的详细流程图；
图中的附图标记包括下列部件，后面将进一步说明：
10：燃料电池      60：寄生负载
11：燃料电池组    61：12伏辅助电池
12：组PDU         62：24伏辅助电池
13：PDU           63和64：低压直流-直流转换器
20：超级电容器    65：BOP装置
30：驱动电动机    66：高压直流-直流转换器
31：MCU           68a：冷却泵
具体实施方式
参考图1，常规的燃料电池-超级电容混合动力系统包括：向电动机30供电的燃料电池10和超级电容器20，用于控制电动机30的动力控制单元(MCU)31，用于通过半导体开关(IGBT)的开关操作实现多种功能的斩波电路40，以及与辅助制动处理相关的制动电阻器50。
此外，与各种辅助机械零件有关的寄生负载60，与燃料电池工作有关的辅助部件等包括：为车中的各部件供电的12伏和24伏辅助电池61和62，低压直流-直流转换器(LV DCDC)63和64，高压直流-直流转换器(HV DCDC)66，逆变器67，包括为驱动燃料电池系统所需的空气处理系统(APS)、燃料处理系统(FPS)、热管理系统(TMS)等的外围控制(BOP)装置65，用于冷却高压部件和燃料电池的冷却泵68a，动力转向单元68b和空调器68c。
在图1所示的系统中，在燃料电池模式(其中只通过燃料电池10供电来驱动电动机30)和混合动力模式(其中通过超级电容器20和燃料电池10供电来驱动电动机30)中，辅机的电流沿着图2中箭头所示的方向流动，经由LV DCDC(14伏)63和LV DCDC(28伏)64和HV DCDC(350伏)66向12伏和24伏辅助电池61和62，BOP装置65、冷却泵68a、动力转向单元68b和空调器68c提供高压电源。
对于安装有12伏和24伏两种辅助电池61和62的车的通电(接通)及其操作模式，人们已有所研究。然而，在现有技术中未提出在断电(切断)过程中的顺序控制。
因此，有必要开发出一种在切断过程中高压部件的断电顺序。
现参考附图详细说明本发明的优选实施方式，在图中示出了优选实施方式的实施例，在文中相同附图标记表示相同的部件。参考附图说明下文中的示例性实施方式以说明本发明。
本发明的实施方式提供一种顺序控制方法，在燃料电池-超级电容混合动力车的电操作模式的切断过程中可安全地将高压部件断电。该方法可使用HV DCDC(14伏)、HV DCDC(28伏)、电力隔离单元(PDU)、组电力隔离单元和逆变器，以将在混合动力模式或者燃料电池模式驱动的车制动。
该车辆可包括使用辅助电池的低压部件(例如12伏和/或24伏)，和高压部件(例如350伏)，例如带有空气处理系统(APS)、燃料处理系统(FPS)、热管理系统(TMS)等的BOP装置。
如果在燃料电池模式(即在超级电容器不用作电源的情况下)下的断电过程中直到燃料电池的工作完成时才对BOP装置供电，则可能会发生对部件产生严重损坏的异常断电。
虽然车辆可以包括燃料电池和超级电容器同时工作的混合动力模式，然而如果在超级电容器系统中发生异常，则混合动力模式通常会转换到其中仅有燃料电池工作的燃料电池模式。因此有必要使两种情况下的断电顺序都达到最优化。
图2是示出了本发明中与辅助电池连接的直流-直流转换器的升压模式下向BOP装置供电的示意图，其中在燃料电池模式下驱动时在切断电源过程中，电流流入BOP装置中直到燃料电池的工作正常完成，在下文中将进行说明。
图3和图4是示出了根据燃料电池-超级电容混合动力系统的工作模式的供电状态的示意图，更具体地示出了根据燃料电池-超级电容混合动力车的工作模式下的电流状态。图3表示混合动力模式，图4表示燃料电池模式。
在图3和图4中，包含各种辅助机械零件68a、68b和68c，BOP装置65，LV DCDC 63和64，HV DCDC66和逆变器67的寄生负载总体由附图标记60来表示。
如上所述，在仅利用燃料电池10来驱动电动机30的燃料电池模式下，以及在由超级电容器20和燃料电池10供电来驱动电动机30的混合动力模式下，辅机的电流，除用于驱动电动机30的供电之外，沿着图1和图2中箭头所示的方向流动，经由LV DCDC(14伏)63和LV DCDC(28伏)64和HV DCDC(350伏)66，向12伏和24伏辅助电池61和62，BOP装置65，冷却泵68a，动力转向单元68b和空调器68c提供高压电源。
在这种情况下，逆变器67和冷却泵68a应该工作预定时间，以便在切断过程中对高压部件进行冷却，且具体地，应通过向BOP装置65持续供电直到在断电控制过程中燃料电池10的工作正常完成时为止而操作BOP装置65。
参考图3和图4，在图3的混合动力模式下，例如在组隔离单元(PDU)12和主PDU13通电即电连接的情况下，燃料电池组11和超级电容器20供电以驱动电动机30和BOP装置65等寄生负载60。
组PDU12和主PDU13包括由混合控制单元(HCU)控制的继电器。
在图4所示的燃料电池模式下，在组PDU12处于接通状态的情况下，燃料电池组11向电动机30和寄生负载60供电，超级电容器20的电源由PDU13切断(相关继电器断开)。
如图5所示，如果输入切断指令，则根据电流模式即混合动力模式或燃料电池模式来执行切断顺序控制。
下面参考图6和图7更详细地说明根据这两种模式的控制过程。
如果在输入切断指令时检测到的操作模式为如图3所示的混合动力模式，则执行图6所示的切断顺序控制，反之，如果是图4所示的燃料电池模式，则执行图7所示的切断顺序控制。
参考图6，如果在输入切断指令时检测到的模式为混合动力模式，则诸如车控制单元(VCU)等的第一控制器，根据切断输入而在切断燃料电池和超级电容器的供电之前，控制对诸如电动机、电动机控制器、转换器、逆变器等各种高压电部件的冷却，这些部件的温度在行驶进程中会升高。
通过控制安装在各部件中的冷却装置而对高压电部件进行冷却处理，这种处理可以由本领域普通技术人员来设计和实施。
一旦完成对高压电源部件的冷却，则诸如混合控制单元(HCU)等的第二控制器关闭组PDU12以切断燃料电池组11的供电，此时，由于仅有超级电容器20的向所有的高压电部件供电，所以BOP装置65通过超级电容器20的供电而保持驱动状态。
接着，第二控制器向燃料电池控制器发送停止指令，以停止燃料电池10的工作，因此燃料电池控制器关闭BOP装置65，从而终止燃料电池10的工作。
随后，第二控制器停止直流-直流转换器63、64和66的工作，并通过关闭PDU13切断超级电容器20的电源。
在切断超级电容器20的供电之后关闭第二控制器，借此完成切断操作，从而关闭系统。
参考图7，如果在输入切断指令时的检测模式为燃料电池模式，则由于已经切断超级电容器20的电源，所以由辅助电池6 1为BOP装置65供电直到燃料电池操作结束为止。
也就是说，诸如HCU的第二控制器将与12伏辅助电池61连接的低压直流-直流转换器63(即，LV DCDC(14伏))转换成升压模式，且同时，关闭与BOP装置65连接的高压直流-直流转换器66(即，HVDCDC(350伏))，以支持低压直流-直流转换器63的升压模式。
通过对低压直流-直流转换器(即，LV DCDC(14伏))进行升压操作，将从辅助电池61输出的14伏电压升高至350伏高压，以操作BOP装置65，且通过经由低压直流-直流转换器63从辅助电池61提供的350伏将BOP装置65保持在驱动状态。
接着，与混合动力模式中的一样，例如VCU等第一控制器控制对高压电部件的冷却，且一旦完成冷却处理，则第二控制器关闭连接到24伏辅助电池62上的低压直流-直流转换器64(即，LV DCDC(28伏))，然后关闭组PDU12，从而切断燃料电池组11的供电。
此时，BOP装置65因12伏辅助电池61经由低压直流-直流转换器63提供的350伏电压而继续保持驱动状态。
此后，第二控制器向燃料电池控制器发送停止指令，以停止燃料电池10的工作，因此燃料电池控制器关闭BOP装置65，从而终止燃料电池10的工作。
此外，第二控制器关闭其余低压直流-直流转换器63(即，LV DCDC(14伏))，然后关闭第二控制器，因此完成切断过程，从而关闭该系统。
如上所述，根据本发明的燃料电池超级电容混合动力车的断电控制方法，可以根据断电过程中的操作模式，通过最优地控制构成燃料电池系统的各部件的断电顺序安全地切断高压部件的供电。
本发明可以防止燃料电池和各种部件的异常断电，因此可以防止对部件产生严重损坏。
已经参考优选实施方式对本发明进行了详细说明。然而，本领域普通技术人员应该清楚在不脱离本发明的原理和精神的范围内还包括各种变型，本发明的保护范围由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种燃料电池混合动力车的断电控制方法，包括：
在输入断电指令时确定操作模式；及
如果所述操作模式为燃料电池模式：
将与辅助电池连接的低压直流-直流转换器转换成升压模式；
保持由来自所述辅助电池的电压供电且由所述低压直流-直流转换器升压的高压部件的驱动状态；
随后停止燃料电池组的工作并关闭所述高压部件；及
接着关闭所述低压直流-直流转换器。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述高压部件至少包括空气处理系统、燃料处理系统和热管理系统中的一个。
3.如权利要求1所述的方法，其中在所述低压直流-直流转换器被转换至所述升压模式时，将与所述高压部件连接的高压直流-直流转换器关闭。
4.如权利要求1所述的方法，还包括，如果所述高压部件由来自所述辅助电池的电压供电且由所述低压直流-直流转换器升压，则对至少一个高压电部件进行冷却。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述至少一个高压电部件至少包括电动机、电动机控制器、转换器和逆变器中的一个。
6.一种燃料电池混合动力车的断电控制方法，包括：
在输入断电指令时确定操作模式；及
如果所述操作模式为混合动力模式：
保持由来自超级电容器的电压供电的高压部件的驱动状态；
接着停止燃料电池组的工作并关闭所述高压部件；
接着关闭直流-直流转换器；及
接着切断所述超级电容器的电源。
7.如权利要求6所述的方法，还包括，如果所述操作模式为所述混合动力模式，则在停止所述燃料电池组的工作之前冷却至少一个高压电部件。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述至少一个高压电部件至少包括电动机、电动机控制器、转换器和逆变器中的一个。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述高压部件至少包括空气处理系统、燃料处理系统和热管理系统中的一个。
10.一种燃料电池混合动力车的断电控制方法，包括：
在输入断电指令时确定操作模式；及
如果所述操作模式为燃料电池模式：
将与辅助电池连接的低压直流-直流转换器转换成升压模式；
保持由来自所述辅助电池的电压供电且由所述低压直流-直流转换器升压的高压部件的驱动状态；
随后停止燃料电池组的工作并关闭所述高压部件；及
接着关闭所述低压直流-直流转换器；
且如果所述操作模式为混合动力模式：
保持由来自超级电容器的电压供电的高压部件的驱动状态；
接着停止所述燃料电池组的工作并关闭所述高压部件；
接着关闭所述直流-直流转换器；及
接着切断所述超级电容器的电源。
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