CN113525178A - 一种燃料电池汽车下电保护控制方法和系统 - Google Patents

一种燃料电池汽车下电保护控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池汽车下电保护控制方法和系统，解决现有下电保护可靠性没有保证的技术问题。方法包括：控制器通过汽车钥匙导通的工作电源控制回路对燃料电池发动机正常运行工况进行监测；根据所述汽车钥匙动作形成的所述工作电源控制回路关断信号触发燃料电池保护控制过程；在所述燃料电池保护控制过程中将燃料电池导入待机状态；在所述燃料电池保护控制过程结束后关断所述燃料电池的功率输出回路和控制器。符合传统燃油车驾驶习惯的下电控制方法，解决燃料电池汽车下电时燃料电池发动机的保护问题，提高燃料电池汽车的可靠性。

Description

一种燃料电池汽车下电保护控制方法和系统
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池汽车下电保护控制方法和系统。
背景技术
现有技术中，电动汽车采用燃料电池供电的燃料电池发动机总成包括控制器、动力电池、燃料电池、驱动电机等设备组成，控制器预置控制策略形成运行工况，在正常工况中燃料电池存在高压状态。
通常，燃料电池汽车停车下电时，燃料电池发动机可能处在较大功率工况状态，燃料电池内存储了大量的氢气和空气，如果突然断电，气体无法排出，会对燃料电池造成不良影响，例如燃料电池输出端高压的突然断开导致燃料电池急停而引发的内部膜电极不可逆的损伤，缩短燃料电池的使用寿命，甚至损坏燃料电池。因此，燃料电池汽车停车下电时应该先关闭燃料电池发动机，确保燃料电池发动机处于待机状态，然后再下电。通过增加驾驶员下电前先关闭燃料电池发动机总成的一系列操作规程可以避免燃料电池突然断电，但显然增加了驾驶员操作难度，且容易引起误操作。如何在驾驶员停车下电时保护燃料电池发动机并减小驾驶员的操作难度和失误是必须解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供一种燃料电池汽车下电保护控制方法和系统，解决现有下电保护可靠性没有保证的技术问题。
本发明实施例的燃料电池汽车下电保护控制方法，包括：
控制器通过汽车钥匙导通的工作电源控制回路对燃料电池发动机正常运行工况进行监测；
根据所述汽车钥匙动作形成的所述工作电源控制回路关断信号触发燃料电池保护控制过程；
在所述燃料电池保护控制过程中将燃料电池导入待机状态；
在所述燃料电池保护控制过程结束后关断所述燃料电池的功率输出回路和控制器。
本发明一实施例中，所述将燃料电池导入待机状态包括：
控制器发出设备协同指令控制总成中各部分形成相应工作状态，使得燃料电池的压力和温度达到非工况常态、电能输出电流和电压达到低效稳态状态。
本发明一实施例中，所述在所述燃料电池保护控制过程结束后关断所述燃料电池的功率输出回路包括：
功率输出回路中通过串联大功率开关器件形成受控通断的控制过程，通过控制器的控制指令形成功率输出回路通断操作。
本发明一实施例中，所述在所述燃料电池保护控制过程结束后关断所述控制器通过辅助电源的延时断电形成。
本发明一实施例中，还包括在先形成燃料电池发动机正常运行工况的过程：
通过所述汽车钥匙动作导通燃料电池发动机总成中所述工作电源控制回路，启动总成中所述控制器；
所述控制器形成使能指令控制燃料电池的功率输出回路形成受控功率信号输出；
所述控制器形成协同指令控制燃料电池发动机总成各组成部分间适配运行形成所述燃料电池发动机正常运行工况。
本发明一实施例中，所述使能指令包括对功率输出回路中大功率把开关部件的使能控制，使得功率输出回路导通，燃料电池开始电化学反应形成能量输出。
本发明一实施例中，所述协同指令为根据控制策略形成的控制指令序列，分别对总成组成部分和燃料电池工作效率进行适配控制，使得燃料电池发动机形成稳定、预期的电能转换和输出。
本发明实施例的燃料电池汽车下电保护控制系统，包括：
存储器，用于存储如权利要求1至7任一所述的燃料电池汽车下电保护控制方法处理过程对应的程序代码；
控制器，用于执行所述程序代码。
本发明实施例的燃料电池汽车下电保护控制系统，包括：
汽车钥匙支路，用于将钥匙电源连接至控制器的工作电源输入端口，通过汽车钥匙的人机交互动作通断汽车钥匙支路。
蓄电池支路，用于与所述汽车钥匙支路并联形成延时供电电源，随汽车钥匙的人机交互动作延时通断蓄电池支路。
燃料电池控制支路，用于形成燃料电池功率输出线路中串联继电器的控制触点与控制器指令端口的连接。
本发明一实施例中，所述汽车钥匙支路包括顺序串联在控制器与钥匙电源间的二极管和钥匙插座组件，二极管的负极连接控制器的工作电源输入端口；所述蓄电池支路与汽车钥匙支路的二极管和钥匙插座组件并联，所述蓄电池支路中串联一个延迟开关，延迟开关的控制信号来自汽车钥匙支路；所述自锁继电器控制支路的初始端为控制器的一个高电位端口，终止端为控制器的一个低电位端口，自锁继电器控制支路串联燃料电池输出线路中自锁继电器的控制触点；所述控制器的一个信号输入端口通过一个分压电阻连接所述汽车钥匙支路的钥匙插座组件电路。
本发明实施例的燃料电池汽车下电保护控制方法和系统符合传统燃油车驾驶习惯的下电控制方法，解决燃料电池汽车下电时燃料电池发动机的保护问题，提高燃料电池汽车的可靠性。
附图说明
图1所示为本发明一实施例燃料电池汽车下电保护控制方法的流程示意图。
图2所示为本发明一实施例燃料电池汽车下电保护控制系统的架构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例燃料电池汽车下电保护控制方法如图1所示。在图1中，本发明实施例包括：
步骤10：控制器通过汽车钥匙导通的工作电源控制回路对燃料电池发动机正常运行工况进行监测。
本领域技术人员可以理解，燃料电池发动机正常运行工况时涉及总成中各部分的协同工作，其中包括但不限于燃料电池(堆)、气体输配和回收部分、散热和加湿部分、监测和控制部分、氢气安全部分、辅助电源、电能输出部分等，也包括但不限于具体的空压机、氢循环泵、风扇、驱动电机等，燃料电池发动机总成中的控制器通过连接各组成部分的控制回路进行协同控制。汽车钥匙作为总成中工作电源控制回路上串联开关的控制部件，用于通断控制形成正常运行工况的投切。总成中控制器同时用于监测正常运行工况的运行参数，同时对汽车钥匙动作形成的电源控制回路电路信号跳变进行采集和判断。总成中各实体运行设备可以由功率输出回路供电，功率输出回路中包括动力电池、蓄电池、燃料电池(堆)等直流电源，燃料电池(堆) 对其他直流电源充能。功率输出回路中电源的全部或部分使能受总成控制器控制。
步骤20：根据汽车钥匙动作形成的工作电源控制回路关断信号触发燃料电池保护控制过程。
本领域技术人员可以理解，汽车钥匙做出关断动作会形成工作电源控制回路中的关断跳变信号。根据关断跳变信号触发总成中控制器的保护控制过程，在保护控制过程中控制器的工作电源采用辅助电源如蓄电池支持。
步骤30：在燃料电池保护控制过程中将燃料电池导入待机状态。
将燃料电池导入待机状态是通过控制器发出设备协同指令控制总成中各部分形成相应工作状态，使得燃料电池(堆)的压力和温度达到非工况常态、电能输出电流和电压达到低效稳态状态。
步骤40：在燃料电池保护控制过程结束后关断燃料电池的功率输出回路和控制器。
功率输出回路中通过串联大功率开关器件形成受控通断的控制过程，通过控制器的控制指令形成功率输出回路通断操作。控制器的关断通过辅助电源的延时断电形成。
本发明实施例的燃料电池汽车下电保护控制方法通过汽车钥匙动作作为下电时机和下电处理的控制器判断依据，利用预置控制策略形成将燃料电池状态导入待机状态的控制指令序列，从整体上实现燃料电池发动机总成的组成部分对燃料电池状态需求的协调适配。有效保护燃料电池发动机，延长燃料电池使用寿命，提高总成可靠性，实践效果良好，该方法具备行业内通用性。
如图1所示，在本发明一实施例中，还包括形成燃料电池发动机正常运行工况的过程，包括：
步骤50：通过汽车钥匙动作导通燃料电池发动机总成中工作电源控制回路，启动总成中控制器。
本领域技术人员可以理解，汽车钥匙动作可以形成燃料电池发动机总成中工作电源控制回路的导通和控制器的加电及初始化。
步骤60：控制器形成使能指令控制燃料电池的功率输出回路形成受控功率信号输出。
使能指令包括对功率输出回路中大功率把开关部件的使能控制，使得功率输出回路导通，燃料电池开始电化学反应形成能量输出。
步骤70：控制器形成协同指令控制燃料电池发动机总成各组成部分间适配运行形成燃料电池发动机正常运行工况。
协同指令为根据控制策略形成的控制指令序列，分别对总成组成部分和燃料电池工作效率进行适配控制，使得燃料电池发动机形成稳定、预期的电能转换和输出。
本发明实施例的燃料电池汽车下电保护控制方法利用控制回路形成的正常运行工况作为异常跳变信号的判断依据，利用汽车钥匙动作作为状态切换节点，使得燃料电池汽车下电动作实现过程化，可以充分应对下电动作对发动机总成的冲击和对燃料电池的潜在破坏。
本发明一实施例的例燃料电池汽车下电保护控制系统，包括：
存储器，用于存储与上述实施例的下电保护控制方法的处理过程对应的程序代码；
控制器，用于执行与上述实施例的下电保护控制方法的处理过程对应的程序代码。
燃料电池发动机总成中控制器可以采用DSP(Digital Signal Processing) 数字信号处理器、FPGA(Field-Programmable Gate Array)现场可编程门阵列、MCU(Microcontroller Unit)系统板、SoC(system on a chip)系统板或包括I/O的PLC(Programmable Logic Controller)最小系统。
本发明一实施例燃料电池汽车下电保护控制系统如图2所示。在图2中，本实施例包括：
汽车钥匙支路，用于将钥匙电源连接至控制器的工作电源输入端口，通过汽车钥匙的人机交互动作通断汽车钥匙支路。
蓄电池支路，用于与汽车钥匙支路并联形成延时供电电源，随汽车钥匙的人机交互动作延时通断蓄电池支路。
燃料电池控制支路，用于形成燃料电池功率输出线路中串联继电器的控制触点与控制器指令端口的连接。
汽车钥匙支路包括顺序串联在控制器与钥匙电源间的二极管和钥匙插座组件，二极管的负极连接控制器的工作电源输入端口；蓄电池支路与汽车钥匙支路的二极管和钥匙插座组件并联，蓄电池支路中串联一个延迟开关，延迟开关的控制信号来自汽车钥匙支路；自锁继电器控制支路的初始端为控制器的一个高电位端口，终止端为控制器的一个低电位端口，自锁继电器控制支路串联燃料电池输出线路中自锁继电器的控制触点；控制器的一个信号输入端口通过一个分压电阻连接汽车钥匙支路的钥匙插座组件电路。
应用中，汽车钥匙转动导通汽车钥匙支路为控制器提供工作电源，经适当延时后蓄电池支路导通提供实时后备电源。控制器根据控制策略对自锁继电器控制支路中的自锁继电器控制导通燃料电池输出能量，燃料电池发动机进入运行工况。在汽车钥匙转动关断汽车钥匙支路时，蓄电池支路保持控制器的延时供电，控制器采集到汽车钥匙支路的跳变信号，控制燃料电池进入待机状态后控制自锁继电器关断，停止通燃料电池输出能量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池汽车下电保护控制方法，其特征在于，包括：
控制器通过汽车钥匙导通的工作电源控制回路对燃料电池发动机正常运行工况进行监测；
根据所述汽车钥匙动作形成的所述工作电源控制回路关断信号触发燃料电池保护控制过程；
在所述燃料电池保护控制过程中将燃料电池导入待机状态；
在所述燃料电池保护控制过程结束后关断所述燃料电池的功率输出回路和控制器。
2.如权利要求1所述的燃料电池汽车下电保护控制方法，其特征在于，所述将燃料电池导入待机状态包括：
控制器发出设备协同指令控制总成中各部分形成相应工作状态，使得燃料电池的压力和温度达到非工况常态、电能输出电流和电压达到低效稳态状态。
3.如权利要求1所述的燃料电池汽车下电保护控制方法，其特征在于，所述在所述燃料电池保护控制过程结束后关断所述燃料电池的功率输出回路包括：
功率输出回路中通过串联大功率开关器件形成受控通断的控制过程，通过控制器的控制指令形成功率输出回路通断操作。
4.如权利要求1所述的燃料电池汽车下电保护控制方法，其特征在于，所述在所述燃料电池保护控制过程结束后关断所述控制器通过辅助电源的延时断电形成。
5.如权利要求1所述的燃料电池汽车下电保护控制方法，其特征在于，还包括在先形成燃料电池发动机正常运行工况的过程：
通过所述汽车钥匙动作导通燃料电池发动机总成中所述工作电源控制回路，启动总成中所述控制器；
所述控制器形成使能指令控制燃料电池的功率输出回路形成受控功率信号输出；
所述控制器形成协同指令控制燃料电池发动机总成各组成部分间适配运行形成所述燃料电池发动机正常运行工况。
6.如权利要求5所述的燃料电池汽车下电保护控制方法，其特征在于，所述使能指令包括对功率输出回路中大功率把开关部件的使能控制，使得功率输出回路导通，燃料电池开始电化学反应形成能量输出。
7.如权利要求5所述的燃料电池汽车下电保护控制方法，其特征在于，所述协同指令为根据控制策略形成的控制指令序列，分别对总成组成部分和燃料电池工作效率进行适配控制，使得燃料电池发动机形成稳定、预期的电能转换和输出。
8.一种燃料电池汽车下电保护控制系统，其特征在于，包括：
存储器，用于存储如权利要求1至7任一所述的燃料电池汽车下电保护控制方法处理过程对应的程序代码；
控制器，用于执行所述程序代码。
9.一种燃料电池汽车下电保护控制系统，其特征在于，包括：
汽车钥匙支路，用于将钥匙电源连接至控制器的工作电源输入端口，通过汽车钥匙的人机交互动作通断汽车钥匙支路。
蓄电池支路，用于与所述汽车钥匙支路并联形成延时供电电源，随汽车钥匙的人机交互动作延时通断蓄电池支路。
燃料电池控制支路，用于形成燃料电池功率输出线路中串联继电器的控制触点与控制器指令端口的连接。
10.如权利要求9所述的燃料电池汽车下电保护控制系统，其特征在于，所述汽车钥匙支路包括顺序串联在控制器与钥匙电源间的二极管和钥匙插座组件，二极管的负极连接控制器的工作电源输入端口；所述蓄电池支路与汽车钥匙支路的二极管和钥匙插座组件并联，所述蓄电池支路中串联一个延迟开关，延迟开关的控制信号来自汽车钥匙支路；所述自锁继电器控制支路的初始端为控制器的一个高电位端口，终止端为控制器的一个低电位端口，自锁继电器控制支路串联燃料电池输出线路中自锁继电器的控制触点；所述控制器的一个信号输入端口通过一个分压电阻连接所述汽车钥匙支路的钥匙插座组件电路。
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