CN109795374A - 一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法及系统，其中方法包括检测汽车的供电模块，在处于混合动力中，判断此时的行车状态，若在停车状态时，接收到氢燃料电池控制系统接收到下电信号后，检测蓄电池的电量，并在蓄电池电量低于设定值时，氢燃料电池控制系统控制氢燃料电池继续工作为蓄电池充电至预设电量阈值后，氢燃料电池控制系统控制氢燃料电池降载关机，否则氢燃料电池直接降载下电。本发明的优点在于：通过控制氢燃料电池的下电策略，保证整车的安全有效运行，防止整车的主要供电的动力电池的有效供电和安全充电。

Description

一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电池供电控制领域，特别涉及一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法及系统。

背景技术

面对节能与环保的双重压力，汽车工业要想可持续发展就必须大力发展新能源汽车。新能源汽车中纯电动汽车是最理想的车型。但限于电池续航里程等问题，纯电动汽车发展比较缓慢，而氢燃料电池作为一种无污染的清洁能源动力系统，使得纯电动汽车续航里程大大提高，同时燃料电池汽车噪声小，能量利用率高，是非常理想的汽车发展方向。因此在现有技术中的一种混动方式为氢燃料电池与蓄电池之间完成混合形成混动系统为车辆的工作供电。

在氢燃料电池反应发电过程中要，内部化学反应是从低活化能向高活化能转变的过程，所以氢燃料电池的功率是逐步上升的过程，同时在切断氢燃料电池反应使其停止工作时也要进行逐步降载过程使其关机停止工作。因为如何控制氢燃料电池的下电在混合动力的控制中至关重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法及系统，用于控制氢燃料电池的下电策略以满足整车工作需求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法，检测汽车的供电模块，在处于混合动力中，判断此时的行车状态，若在停车状态时，接收到氢燃料电池控制系统接收到下电信号后，检测蓄电池的电量，并在蓄电池电量低于设定值时，氢燃料电池控制系统控制氢燃料电池继续工作为蓄电池充电至预设电量阈值后，氢燃料电池控制系统控制氢燃料电池降载关机，否则氢燃料电池直接降载下电。

在行驶状态时，判断汽车能量回收系统是否工作，若是，判断能量回收系统回收电流与氢燃料电池充电电流之和是否大于蓄电池的最大充电电流，在大于最大充电电流时，氢燃料电池降载关机。

停车状态时，氢燃料电池为蓄电池充电达到的预设电量阈值为蓄电池满足容量的90％。

停车状态、行驶状态根据车速传感器检测到的车速状态来判断。

在停车状态时，整车附件除动力电池、VCU控制器、氢燃料电池供电外，其它都按正常下电程序下电，等氢燃料电池控制系统发出停机工作指令之后，VCU与BMS接收到此信号后，停止工作。

混合动力汽车中氢燃料电池的控制系统，供电模式检测系统、行驶状态检测系统、BMS系统、氢燃料电池控制系统，所述供电模式检测系统用于检测整车供电模式信号并传递至氢燃料电池控制系统，行驶状态检测系统用于检测停止、行驶状态并发送至氢燃料电池系统，整车下电信号检测系统用于检测整车下电信号并传递至氢燃料电池控制系统，氢燃料电池控制系统与BMS系统连接获取电池的剩余电量信息，所述氢燃料电池控制系统的输出端与氢燃料电池连接，用于控制氢燃料电池的工作。

所述氢燃料电池控制系统与整车能量回收系统连接，检测能量回收系统的工作状态；所述氢燃料电池控制系统与电流检测模块连接用于检测能量回收系统输出电流以及氢燃料电池输出电流，并根据两者电流之和与预设电流阈值的大小来控制氢燃料电池的关闭。

所述行车状态检测系统包括车速传感器，用于检测车速数据以判断车辆属于行驶状态还是停止状态。

本发明的优点在于：通过控制氢燃料电池的下电策略，保证整车的安全有效运行，防止整车的主要供电的动力电池的有效供电和安全充电。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明控制方法流程示意图。

图2为本发明控制系统结构图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

由动力电池和氢燃料电池组成的混动电池中，氢燃料电池是通过为动力电池进行充电从而完成整个系统的供电的。系统主供电是动力电池，氢燃料电池仅作充电机使用。通过可以通过按键等方式调节整车属于纯电还是混动运行模式，纯电模式是当氢燃料电池不工作，动力电池为系统供电；混动模式是指氢燃料电池工作为动力电池充电，动力电池为整车供电。由于整车的供电是由氢燃料电池为动力电池充电，因此本申请设计了氢燃料电池的下点控制方法，用于动力电池和氢燃料电池更好的配合。

如图1所示，混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法，检测汽车的供电模式，在纯电模式时，此时动力电池供电，下电策略不涉及氢燃料电池；在处于混合动力中，此时要控制氢燃料电池和动力电池之间的配和控制，首先判断此时的行车状态，若在停车状态时，氢燃料电池控制系统接收到下电信号后，检测动力电池的电量，并在蓄电池电量低于设定值时，氢燃料电池控制系统控制氢燃料电池继续工作为蓄电池充电至预设电量阈值后，氢燃料电池控制系统才控制氢燃料电池降载关机，否则，动力电池电量大于设定值时，接收到下电信号后氢燃料电池直接降载下电。当然进一步的若此时动力电池电量低于设定值但是有外部充电，则此时也直接控制氢燃料电池下电。

判断此时的行车状态为在行驶状态时，判断汽车能量回收系统是否工作，若否，氢燃料电池正常工作，若是，判断能量回收系统回收电流与氢燃料电池充电电流之和是否大于蓄电池的最大充电电流，在大于最大充电电流时，氢燃料电池降载关机；在两者之和的电流不大于最大允许充电电流时，动力电池争产工作。

在停车状态时，若动力电池电量低于设定值时，氢燃料电池继续延迟工作，为动力电池充电达到的预设电量阈值时，在达到预设电量阈值如电池满载容量的90％时，氢燃料电池开始降载关机。

停车状态、行驶状态可以根据车速传感器检测到的车速状态来判断。

在停车状态时，整车附件除动力电池、VCU控制器、氢燃料电池供电外，其它都按正常下电程序下电，等氢燃料电池控制系统发出停机工作指令之后，VCU与BMS接收到此信号后，停止工作。

混合动力汽车中氢燃料电池的控制系统，供电模式检测系统、行驶状态检测系统、BMS系统、氢燃料电池控制系统，供电模式检测系统用于检测整车供电模式信号并传递至氢燃料电池控制系统，可以由整车控制器VCU采集，由于整车的供电模式由整车控制器控制，通过整车控制器可以读取相关模式信息。行驶状态检测系统用于检测停止、行驶状态并发送至氢燃料电池系统，行车状态检测系统可以通过车速传感器检测车速来判断，整车下电信号检测系统用于检测整车下电信号并传递至氢燃料电池控制系统，整车下电信号可以由遥控钥匙发出，也可以由点火信号OFF来检测，氢燃料电池控制系统与BMS系统连接获取电池的剩余电量信息，BMS系统用于检测动力电池的剩余电量，氢燃料电池控制系统的输出端与氢燃料电池连接，用于控制氢燃料电池的工作。氢燃料电池控制系统用于控制氢燃料电池的启动或降载挂机，由氢燃料电池控制器实现，控制器可以集成在整车控制器中。

氢燃料电池控制系统与整车能量回收系统连接，检测能量回收系统的工作状态；氢燃料控制系统通过读取能量回收控制器中的信息来判断是否处于能量回收阶段，氢燃料电池控制系统与电流检测模块连接用于检测能量回收系统输出电流以及氢燃料电池输出电流，并根据两者电流之和与预设电流阈值的大小来控制氢燃料电池的关闭。当电流之和大于设定值时，控制氢燃料电池的降载关机。

系统包含了整车模式检测系统、动力电池检测系统、车速检测系统、制动检测系统、钥匙检测系统、环境检测系统、氢燃料电池控制系统：其中整车模式检测为第一先决条件，通过识别车辆此时为纯电模式还是为混动模式(电池系统与氢燃料电池系统同时工作模式)，如果为纯电模式(氢燃料电池没有工作)，在停车下电时不需要氢燃料电池延迟工作(其本来就没有工作)，如果在混动模式时，下电就需要延时控制系统工作，且根据不同的情况，氢燃料电池的延时控制不同，此系统的信号作为一个延时下电的触发信号，模式检测信号是来自VCU控制器，氢燃料电池控制系统作为一个接收模块，可以是氢燃料电池控制器，或者集成在整车控制器上的控制软件。

动力电池检测系统做为一个安全监测系统，检测电池包此时的状态，采用BMS系统实现，如果在电池包SOC已达到规定值左右不需充电或者电池包其它故障导致的不能充电信号时，BMS控制器将上述信号发送给氢燃料电池控制系统启动氢燃料电池延迟下电系统，氢燃料电池开始降载下电程序，从而使氢燃料电池停止工作，对动力电池进行保护。如果在停车下电信号后，车辆SOC低于混动模式所需的最低SOC时，且车辆没有进行外部充电，此时氢燃料电池对电池包充电，此时延时程序的延时时间根据电池包的充电到SOC为90％进行计算，充电完成之后再依据此时的氢燃料电池功率，然后开始降载下电程序。

车速检测模块和制动检测模块作为一个实时测监模块，实时了车辆状态，在车速持续在较低状态，且在制动状态持续时间比较长时，车辆会进入到制动能量回收模式，以这两个信号检测能量回收状态信号，当然也可以直接检测能量回收系统的状态数据，读取能量回收控制器中的数据，为保证充电电流在动力电池的充电范围内，根据电池包最大可充电电流作为一个临界值，如果制动回馈电流与氢燃料电池发电电流总和超过电池包最大可允许充电电流值，启动氢燃料电池的延迟降载下电对电池进行保护，等待车速提高，且制动状态解除，再次启动氢燃料电池工作

钥匙检测系统作为一个直接控制信号，当驾驶员在停车后，钥匙检测系统与车速检测系统一同工作，判断此时车速为零，并且检测到钥匙下电信号，若此时锂电池不需要充电，从此刻起启动氢燃料电池的降载下电，对氢燃料电池进行降载关机

氢燃料电池降载下电的实现，是在发出氢燃料电池下电信号触发后，从此时刻作为时间起始点，根据此时氢燃料电池的工作功率，来计算延迟时间，并且为了提高降载关机效率，降载速率呈曲线下降。如果外界环境温度在0℃以下，为了防止内部结冰，此时在降功率完成之后使氢燃料电池进入待机状态，并保持此状态五分钟左右，等氢燃料电池将内部水分完全吹扫干净再进行关机。

在进行延迟下电过程中，整车附件除动力电池，VCU控制器，氢燃料电池供电DC之外，其它都按正常下电程序下电，等氢燃料电池控制系统发出停机工作指令之后，VCU与BMS接收到此信号后，停止工作

上述氢燃料电池的控制系统位于整车控制器中，氢燃料电池控制器作为一个执行系统，在接收到氢燃料电池下电的指令后，按照自己内部的控制实现延时下电程序所要求的指令，只有在最终关机时刻的信号作为一个反馈给整车控制器。

本发明中将VCU中所采集到的数据，把燃料电池控制器需要的信息通过整车CAN线传输，其中需要的VCU中的信息有车辆模式信息、车速与制动状态信息、钥匙下电信息、外界环境信息。燃料电池控制系统包括模式检测系统、车速检测系统、制动检测系统、钥匙检测系统、动力电池检测系统、环境检测系统、电堆控制系统、其中整车控制器中，这些信息通过VCU内部CAN与控制系统进行信息交互。从而使控制系统获得所需的信息，根据这些信息状态来判断是否需要启动氢燃料电池的延时下电，然后通过采集燃料电池控制器中燃料电池的具体功率并结合燃料电池外部的环境状态来计算延时下电时间，如果外部环境低于零摄氏度，不仅按正常功率计算下电之后，并进入五分钟左右的待机状态，给燃料电池充分时间进行内部水分吹扫，如果在车主下电之后，且动力电池电量较低，同时没有外部充电电流时，延时启动程序将启动燃料电池对动力电池充电，此时下电时间按照动力电池的充电SOC与最终充电结束的燃料电池功率的时间和来计算。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法，其特征在于：检测汽车的供电模式，在处于混合动力中，判断此时的行车状态，若在停车状态时，接收到氢燃料电池控制系统接收到下电信号后，检测蓄电池的电量，并在蓄电池电量低于设定值时，氢燃料电池控制系统控制氢燃料电池继续工作为动力电池充电至预设电量阈值后，氢燃料电池控制系统控制氢燃料电池降载关机，否则氢燃料电池直接降载下电。

2.如权利要求1所述的一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法，其特征在于：在行驶状态时，判断汽车能量回收系统是否工作，若是，判断能量回收系统回收电流与氢燃料电池充电电流之和是否大于蓄电池的最大充电电流，在大于最大充电电流时，氢燃料电池降载关机。

3.如权利要求1或2所述的一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法，其特征在于：停车状态时，氢燃料电池为蓄电池充电达到的预设电量阈值为蓄电池满足容量的90％。

4.如权利要求1或2所述的一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法，其特征在于：停车状态、行驶状态根据车速传感器检测到的车速状态来判断。

5.如权利要求1或2所述的一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制方法，其特征在于：在停车状态时，整车附件除动力电池、VCU控制器、氢燃料电池供电外，其它都按正常下电程序下电，等氢燃料电池控制系统发出停机工作指令之后，VCU与BMS接收到此信号后，停止工作。

6.一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制系统，其特征在于：供电模式检测系统、行驶状态检测系统、BMS系统、氢燃料电池控制系统，所述供电模式检测系统用于检测整车供电模式信号并传递至氢燃料电池控制系统，行驶状态检测系统用于检测停止、行驶状态并发送至氢燃料电池系统，整车下电信号检测系统用于检测整车下电信号并传递至氢燃料电池控制系统，氢燃料电池控制系统与BMS系统连接获取电池的剩余电量信息，所述氢燃料电池控制系统的输出端与氢燃料电池连接，用于控制氢燃料电池的工作。

7.如权利要求6所述的一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制系统，其特征在于：所述氢燃料电池控制系统与整车能量回收系统连接，检测能量回收系统的工作状态；所述氢燃料电池控制系统与电流检测模块连接用于检测能量回收系统输出电流以及氢燃料电池输出电流，并根据两者电流之和与预设电流阈值的大小来控制氢燃料电池的关闭。

8.如权利要求6或7所述的一种混合动力汽车中氢燃料电池的控制系统，其特征在于：所述行车状态检测系统包括车速传感器，用于检测车速数据以判断车辆属于行驶状态还是停止状态。