CN111584900B - 一种氢燃料电池车的低温启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及氢燃料电池车技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池车的低温启动方法，整车启动后，整车控制器检测整车是否满足上高压条件，整车满足上高压条件后，整车满足上高压条件后，整车控制器判断镍氢电池包的温度，若镍氢电池包的温度≥0℃，则整车正常启动，若镍氢电池包的温度≤0℃，则整车依次控制超级电容系统、双向DCDC、整车用电设备、燃料电池发动机系统、镍氢电池系统的电支路执行上电命令，以完成低温启动命令。本发明所述一种氢燃料电池车的低温启动方法，在低温启动过程中考虑了镍氢离子电池在低温环境中可用放电功率低，利用超级电容在低温状态下仍然能够保持高充放电倍率的特性，保护镍氢离子电池，确保车辆在低温环境中的长期安全可靠的使用。

Description

一种氢燃料电池车的低温启动方法
技术领域
本发明涉及氢燃料电池车技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池车的低温启动方法。
背景技术
随着全球能源结构的多元化以及环境污染问题的日益凸显，氢燃料电池车技术得到了快速发展，同时也面临着巨大挑战。随着氢燃料电池车的普及，车辆使用环境温度范围越来越大，而配备的动力电池由于受低温影响，放电功率严重下降，导致车辆低温启动性能不佳。提高氢燃料电池车的低温启动性能，是更大范围普及氢燃料电池车的重要环节。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种氢燃料电池车的低温启动方法。
本发明提供一种氢燃料电池车的低温启动方法，主要包括以下步骤：
S1、整车启动后，整车控制器检测整车是否满足上高压条件，若不满足，则终止上高压流程，若满足，则执行下一个命令；
S2、整车满足上高压条件后，整车控制器判断镍氢电池包的温度，若镍氢电池包的温度≥0℃，则整车正常启动，若镍氢电池包的温度≤0℃，则整车依次控制超级电容系统、双向DCDC、整车用电设备、燃料电池发动机系统、镍氢电池系统的电支路执行上电命令，以完成低温启动命令。
进一步地，S2中执行低温启动命令具体包括以下步骤：
S21、所述整车控制器向所述超级电容系统发送上高压指令，并依次控制所述超级电容系统电支路上的继电器K4、继电器K2和继电器K3闭合，继电器K2断开，所述超级电容系统的上电操作完成，同时，所述整车控制器接收所述超级电容系统发送的预充电完成状态信息，控制双向DCDC进入激活状态后，所述双向DCDC的上电操作完成，而后，双向DCDC向整车控制器发送进入激活状态信号；
S22、所述整车控制器接收双向DCDC的工作状态信号后，控制所述整车用电设备电支路上的继电器K10、继电器K8和继电器K9闭合，继电器K8断开，所述整车用电设备电支路上电操作完成，同时，所述整车用电设备向所述整车控制器发送预充电完成状态信息；
S23、所述整车控制器接收所述整车用电设备的预充电完成状态信息后，向所述燃料电池发动机系统发送开机指令和功率请求阈值，所述燃料电池发动机系统接收命令信息并响应指令后，所述整车控制器控制所述燃料电池发动机系统电支路上的继电器K1闭合，所述燃料电池发动机系统电支路的上电操作操作完成并启动；
S24、所述燃料电池发动机系统启动后，所述整车控制器向所述镍氢电池系统发送上高压指令，NiMH BS接收指令并进行响应后，所述整车控制器依次控制所述镍氢电池系统电支路上的继电器K7、继电器K5和继电器K6闭合，断开K5继电器所述，所述镍氢电池系统电支路的上电操作完成，此时，氢燃料电池车的低温启动命令执行完毕。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述一种氢燃料电池车的低温启动方法，能有效解决现有的低温导致车辆气动性能不佳的问题，还能在低温下对镍氢离子电池形成保护，节约能耗，确保车辆在低温环境中的长期安全可靠的使用。
附图说明
图1是本发明所述一种氢燃料电池车的低温启动系统的模块连接图；
图2是本发明所述一种氢燃料电池车的低温启动系统的原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，一种氢燃料电池车的低温启动系统，包括整车控制器(VCU)、超级电容系统(SCS)、升压DCDC(Boost DCDC)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)、镍氢电池系统(NiMHBS)、燃料电池发动机系统(FCES)、电源配电单元(PDU)和整车用电设备(VEE)，其中，燃料电池发动机系统和升压DCDC之间通过导线和继电器K1电性连接，升压DCDC电性接入电源配电单元，超级电容系统和双向DCDC之间通过导线、继电器K2、继电器K3、继电器K4和电阻R1电性连接，双向DCDC电性接入电源配电单元，镍氢电池系统与电源配电单元之间通过继电器K5、继电器K6、继电器K7和电阻R2电性连接电源配电单元，电源配电单元通过导线、继电器K8、继电器K9、继电器K10和电阻R3电性连接整车用电设备。
其中，超级电容系统包括超级电容电芯、超级电容控制器、冷却系统、高/低压线束和外壳；镍氢电池系统包括镍氢电池电芯、镍氢电池控制器、冷却系统、高/低压线束和外壳；燃料电池发动机系统包括燃料电池电堆、氢气供给系统、空气供给系统、热管理系统、电控系统、数据采集系统和高/低压线束；整车用电设备包括车辆照明系统、车辆信号装置、仪表、空调系统和车辆热管理系统等高低压用电设备。
在此，需要说明的是，上述整车控制器(VCU)、超级电容系统(SCS)、升压DCDC(Boost DCDC)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)、镍氢电池系统(NiMH BS)、燃料电池发动机系统(FCES)、电源配电单元(PDU)和整车用电设备(VEE)均为现有技术，本发明不涉及对其结构的改进，现有氢燃料电池车中的整车控制器、超级电容系统、升压DCDC、双向DCDC、镍氢电池系统、燃料电池发动机系统、电源配电单元和整车用电设备均可作为其对应的具体实施例。
如图2所述，本发明设计一种氢燃料电池车的低温启动方法，其主要利用超级电容在低温状态下仍然能够保持高充放电倍率的特性，对镍氢离子电池在低温启动下形成保护，进而达到确保整车在低温环境中长期安全可靠使用的目，其主要包括以下步骤：
S1、驾驶员操作车辆启动动作后，整车控制器被唤醒，控制整车低压上电，并检测整车是否满足上高压条件，若不满足，则终止上高压流程，若满足，则执行下一个命令；
S2、整车满足上高压条件后，电池管理系统被整车控制器唤醒，并向整车控制器发送镍氢电池包状态报文信号，整车控制器根据镍氢电池包状态报文获取镍氢电池包状态信息，若整车控制器判断镍氢电池包的温度≥0℃，则整车执行正常启动命令，若整车控制器判断镍氢电池包的温度≤0℃，则整车控制器执行低温启动命令，此时，整车控制器依次控制超级电容系统、双向DCDC、整车用电设备、燃料电池发动机系统、镍氢电池系统执行上电命令，当超级电容系统、双向DCDC、整车用电设备、燃料电池发动机系统、镍氢电池系统均完成上电操作后，低温启动命令执行完毕。
其中，超级电容系统和双向DCDC上电的具体操作为：整车控制器先向超级电容系统发送上高压指令，超级电容系统收到上高压指令后，整车控制器依次控制超级电容系统电支路上的继电器K4、继电器K2和继电器K3闭合，并控制继电器K2断开，以完成超级电容系统的预充电操作，同时，超级电容系统向整车控制器发送预充电完成状态信息，以及继电器K2、继电器K3和继电器K4的状态信息；整车控制器接收超级电容系统的预充电完成信号后，向双向DCDC发送激活指令和请求电流、电压阈值信息，双向DCDC进入激活状态后，超级电容系统和双向DCDC达到充放电状态，此时，超级电容系统和双向DCDC电支路上电操作完成，且双向DCDC向整车控制器发送进入激活状态信号。
整车用电设备上电的具体操作为：整车控制器接收双向DCDC的工作状态信号后，控制整车用电设备电支路上的继电器K10、继电器K8和继电器K9闭合，并控制继电器K8断开，以完成整车用电设备的预充电操作，此时，整车用电设备电支路上电操作完成，且整车用电设备向整车控制器发送预充电完成状态信息，以及继电器K8、继电器K9和继电器K10的状态信息。
燃料电池发动机系统电支路上电的具体操作为：整车控制器接收整车用电设备的预充电完成状态信息后，向燃料电池发动机系统发送开机指令和功率请求阈值，燃料电池发动机系统接收命令信息并响应指令后，整车控制器控制继电器K1闭合，此时，燃料电池发动机系统电支路上电操作完成并完成启动，整车可输出动力行驶，且燃料电池发动机系统向整车控制器发送继电器K1状态信息以及工作状态信息。
镍氢电池系统上电的具体操作为：燃料电池发动机系统启动完成后，进入暖机状态，整车控制器向镍氢电池系统发送上高压指令，镍氢电池系统接收指令并进行响应后，整车控制器依次控制镍氢电池系统电支路上的继电器K7、继电器K5和继电器K6闭合，并控制断开K5继电器，以完成镍氢电池系统预充电操作，同时，镍氢电池系统电支路的上电操作完成，而后，镍氢电池系统向整车控制器发送预充电完成状态信息，以及继电器K7、继电器K5和继电器K6的状态信息后，此时，氢燃料电池车的低温启动完成。
本发明设计超级电容系统、双向DCDC、整车用电设备、燃料电池发动机系统和镍氢电池系统依次先后上电的原理为：在目前的氢燃料电池车的动力系统架构中，整车启动的时候需要镍氢电池提供能量给燃料电池系统附件使用，才能完成燃料电池系统的启动。但是镍氢电池系统在镍氢电池包温度低于0℃时的可放电功率基本上为0，无法完成车辆启动，而超级电容系统即使在低温环境(-20℃～-30℃)也有可观的功率输出，因而在低温启动时，需先完成超级电容系统和双向DCDC的上电操作，且级电容系统、双向DCDC、整车用电设备、燃料电池发动机系统和镍氢电池系统均完成上电操作后，均会最后输出到高压母线，如果镍氢电池系统先闭合其电支路上的继电器，那么当超级电容和双向DCDC接入高压母线时，电能可能会充到镍氢电池系统的镍氢电池中，导致超级电容亏电(镍氢电池容量大于超级电容容量)，进而出现燃料电池系统将无法启动的现象。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种氢燃料电池车的低温启动方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
S1、整车启动后，整车控制器检测整车是否满足上高压条件，若不满足，则终止上高压流程，若满足，则执行下一个命令；
S2、整车满足上高压条件后，整车控制器判断镍氢电池包的温度，若镍氢电池包的温度≥0℃，则整车正常启动，若镍氢电池包的温度＜0℃，则整车依次控制超级电容系统、双向DCDC、整车用电设备、燃料电池发动机系统、镍氢电池系统的电支路执行上电命令，以完成低温启动命令；
S2中执行低温启动命令具体包括以下步骤：
S21、所述整车控制器向所述超级电容系统发送上高压指令，并控制所述超级电容系统电支路上的继电器闭合，所述超级电容系统的上电操作完成，同时，所述整车控制器接收所述超级电容系统发送的预充电完成状态信息，控制双向DCDC进入激活状态后，所述双向DCDC的上电操作完成，而后，双向DCDC向整车控制器发送进入激活状态信号；
S22、所述整车控制器接收双向DCDC的工作状态信号后，控制所述整车用电设备电支路上的继电器闭合，所述整车用电设备电支路上电操作完成，同时，所述整车用电设备向所述整车控制器发送预充电完成状态信息；
S23、所述整车控制器接收所述整车用电设备的预充电完成状态信息后，向所述燃料电池发动机系统发送开机指令和功率请求阈值，所述燃料电池发动机系统接收命令信息并响应指令后，所述整车控制器控制所述燃料电池发动机系统电支路上的继电器K1闭合，所述燃料电池发动机系统电支路的上电操作操作完成并启动；
S24、所述燃料电池发动机系统启动后，所述整车控制器向所述镍氢电池系统发送上高压指令，所述镍氢电池系统接收指令并进行响应后，所述整车控制器控制所述镍氢电池系统电支路上的继电器闭合，所述镍氢电池系统电支路的上电操作完成，此时，氢燃料电池车的低温启动命令执行完毕。
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