CN117774784A - 一种氢燃料电池汽车的整车上下电时序控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氢燃料电池汽车的整车上下电时序控制方法，所述整车上下电时序控制方法包括：VCU获取上电指令和下电指令，实时监测各系统部件状态并与之进行信息交互，根据所述上电指令和下电指令控制燃料电池汽车的上电系统上电和下电系统下电；本发明建立了整车控制器与各系统部件之间的信号交互逻辑方法，在整车高压上下电使用场景下保证整车状态切换的唯一性及系统部件使能的安全性，通过实时监测各系统的状态信息，确保燃料电池汽车各系统上下电控制逻辑不混乱，实现对整车高低压安全上下电的时序管理控制，从而提高氢燃料电池汽车各系统部件的使用寿命，本发明避免了燃料电池内部反应产生的水聚积和未反应气体堆积。

Description

一种氢燃料电池汽车的整车上下电时序控制方法

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车电控技术领域，具体是一种氢燃料电池汽车的整车上下电时序控制方法。

背景技术

氢燃料电池汽车主要以氢气作为燃料，通过氢气和水之间的化学反应产生电能驱动车辆工作，与传统汽车相比，燃料电池汽车排放无污染；与纯电池汽车相比，燃料电池能量密度高，适应环境能力强，续驶里程长，已成为新能源汽车发展的重要方向。

氢燃料电池汽车有燃料电池和动力电池两个动力源，氢燃料电池由于本身启动运行等一些特殊属性，其高低压上电策略相对于纯电池车会更复杂，对整车的高低压上下电也具有更高的要求。一套安全且可靠的整车控制上下电时序管理控制方法，可以有效地会提高氢燃料电池汽车各系统部件的使用寿命，提高整车的安全性。

现有的技术中，刘（刘成祺,李从心,易迪华等.燃料电池汽车上下电控制方法、整车控制器及电池汽车[P].北京市:CN107199891B,2020-05-26.）建立了VCU与BMS、VCU与MCU、VCU与APU、VCU与空调系统控制器以及VCU与DCDC间的信号交互逻辑方法,实现了VCU对整车高压状态的监控,提高了整车高压系统上电后APU工作效率,排除了由于整车下电与APU下电时序不匹配引起的高压放电风险,提高了高压系统安全性。

刘（刘可成,刘德华.一种氢燃料电池汽车的整车高压上下电控制方法及控制设备[P].上海市:CN114013282A,2022-02-08.）通过将上电阶段分成两个子阶段和下电阶段的顺序控制，在每次控制状态改变后，监测BDU电路内的继电器状态和氢燃料电池汽车的整车系统电压，可以针对氢燃料电池汽车的整车高压上下电进行相应的检测和多合一控制,可以避免出现影响用户的人身安全的问题，可以提高整车安全性能。

现阶段氢燃料电池汽车的上下电控制方法流程较为简单，没有针对整车高低压上下电进行相应的检测和控制，可能会存在损坏氢燃料电池汽车中的高压系统而导致影响用户的人身安全的问题，整车安全性能较差。

氢燃料电池汽车整车上下电流程需要多系统部件协同控制配合，现阶段控制方法VCU没有充分与整车各系统部件（包括但不限于BMS系统、HSC、FCU等）进行交互，整车各系统上下电具有一定的先后顺序，各系统的上下电均需要满足特定条件才能够触发完成，需要充分考虑上下电过程中涉及到的各系统状态切换以及时序控制，目前定义的上下电流程不够完善，可能会导致整车控制逻辑陷入混乱，造成不可预期的后果。

氢燃料电池停机时，电堆内部需要进行吹扫，排空电堆内部的水和未反应的气体，现阶段控制方法没有充分针对这一情况制定设计可靠的上下电流程策略，避免氢燃料电池内部反应产生的水聚积导致出现水淹情况，影响电堆反应效率，损坏氢燃料电池性能和寿命。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种氢燃料电池汽车的整车上下电时序控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种氢燃料电池汽车的整车上下电时序控制方法，氢燃料电池汽车动力总成包括VCU、燃料电池系统、FCU、HSC、BMS、动力电池系统、电机、MCU和DCDC；所述整车上下电时序控制方法包括：VCU获取上电指令和下电指令，实时监测各系统部件状态并与之进行信息交互，根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电系统上电，根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电系统下电。

作为本发明进一步的技术方案，根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电系统上电的步骤包括：

VCU收到ON档唤醒信号后，检测ACC信号是否有效，若无效，则重新拨钥匙上电；若有效，VCU进行自检，若自检成功，整车吸合12V和24V继电器，各控制器低压上电并反馈自检状态；若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式；

整车控制器向电池管理系统BMS发送上高压指令；VCU控制闭合动力电池主负继电器，BMS判断预充和主正继电器是否有闭合故障；若无故障，VCU允许闭合动力电池主正继电器，BMS闭合预充继电器，等待预充完成后，断开预充继电器，吸合主正继电器，BMS完成高压上电，若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式；

待BMS完成高压上电后，吸合DCDC工作、其他高压辅助继电器吸合并进行工作使能，其中，所述其他高压辅助继电器包括FDC、空调、油泵、气泵、PTC、燃料电池升降压双向DCDC；

VCU与供氢控制器HSC进行信息交互，判断整车是否满足氢瓶阀门开启条件，若满足氢瓶阀门开启条件，VCU给供氢控制器发送瓶阀开启指令，开启瓶阀，等待燃料电池系统工作，若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式；

若检测钥匙Start信号有效、整车无故障且均处于正常工作状态，踩下刹车踏板进ready，整车上电完成，车辆进入行驶模式；若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式。

作为本发明进一步的技术方案，根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电系统下电的步骤包括：

车辆处于N档状态，按下电子手刹，准备下电，VCU接收到钥匙off档信号后，此时BMS会请求下高压，由于燃料电池系统在关机前要进行进行吹扫工作，此阶段需要整车保持高压状态以支撑燃料电池系统完成关机流程，所以下电步骤分为两种情况；

若下电前燃料电池系统处于关机状态，VCU立即控制断开动力电池主正、主负继电器，BMS执行下高压操作；

若下电前燃料电池系统处于工作状态，VCU给燃料电池系统发送关机指令、且不允许BMS高压断开，燃料电池升降压双向DCDC保持工作，燃料电池系统执行关机指令，BMS维持高压支撑燃料电池完成吹扫工作；

VCU通过与燃料电池控制器FCU进行信息交互，判断燃料电池关机是否完成，VCU在确认燃料电池关机完成后，控制断开动力电池主正、主负继电器，BMS执行下高压操作，等待BMS反馈主正继电器状态；

VCU控制HSC关闭氢气瓶阀，停止对其他系统部件输入工作使能，控制其他高压辅助继电器断开，停止工作，其中，所述控制其他高压辅助继电器包括FDC、空调、油泵、气泵、PTC、燃料电池升降压双向DCDC；

VCU通过与BMS进行信息交互，判断BMS是否断开主正继电器，若断开，VCU给BMS发送停机指令，等待BMS反馈停止状态并完成下低压流程，同时各控制器执行下低压流程；

VCU断开12V和24V继电器，下电完成，各控制器进入休眠状态。

本发明所涉及的部分英文缩写进行释义：

VCU，为整车控制器(Vehicle Control Unit)。

BMS，为电池管理控制器(Battery Management System)。

MCU，为电机控制器(Motor Control Unit)。

HSC，为供氢控制器模块(Hydraulic System Controller )。

FCU，为燃料电池系统控制器（Fuel-cell Control Unit）。

FDC，为燃料电池升压转换器(Fuel Cell boost converter)。

PTC，为车辆加热器(Positive Temperature Coefficient)。

DCDC，为直流-直流转换器(Direct Current to Direct Current Convertor)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明建立了整车控制器与各系统部件之间的信号交互逻辑方法，在整车高压上下电使用场景下保证整车状态切换的唯一性及系统部件使能的安全性，通过实时监测各系统的状态信息，确保燃料电池汽车各系统上下电控制逻辑不混乱，实现对整车高低压安全上下电的时序管理控制，从而提高氢燃料电池汽车各系统部件的使用寿命，避免出现损坏氢燃料电池汽车中的高压系统而导致影响用户的人身安全的问题，进一步的，可以提高氢燃料电池汽车的整车安全性能。

2、本发明避免了燃料电池内部反应产生的水聚积和未反应气体堆积，有效保护了燃料电池发动机，使燃料电池系统内部湿度控制在合理范围内，保证燃料电池系统能够安全的启动工作和关机，有效提高氢燃料电池系统可靠性，延长系统使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的氢燃料电池汽车动力总成图。

图2是本发明实施例提供的整车高低压上电流程图。

图3是本发明实施例提供的整车高低压下电流程图。

图4是本发明实施例提供的上电流程各系统信号时序管理。

图5是本发明实施例提供的下电流程各系统信号时序管理。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1，作为本发明的一个实施例，本发明提供了一种氢燃料电池汽车的整车上下电时序控制方法，氢燃料电池汽车动力总成包括VCU、燃料电池系统、FCU、HSC、BMS、动力电池系统、电机、MCU和DCDC；所述整车上下电时序控制方法包括：VCU获取上电指令和下电指令，实时监测各系统部件状态并与之进行信息交互，根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电系统上电，根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电系统下电。

请参阅图2，本实施例中，根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电系统上电的步骤包括：

VCU收到ON档唤醒信号后，检测ACC信号是否有效，若无效，则重新拨钥匙上电；若有效，VCU进行自检，若自检成功，整车吸合12V和24V继电器，各控制器低压上电并反馈自检状态；若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式；

整车控制器向电池管理系统BMS发送上高压指令；VCU控制闭合动力电池主负继电器，BMS判断预充和主正继电器等是否有闭合故障；若无故障，VCU允许闭合动力电池主正继电器，BMS闭合预充继电器，等待预充完成后，断开预充继电器，吸合主正继电器，BMS完成高压上电，若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式；

待BMS完成高压上电后，吸合DCDC工作、其他高压辅助继电器吸合并进行工作使能，其中，所述其他高压辅助继电器包括FDC、空调、油泵、气泵、PTC、燃料电池升降压双向DCDC；

VCU与供氢控制器HSC进行信息交互，判断整车是否满足氢瓶阀门开启条件，若满足氢瓶阀门开启条件，VCU给供氢控制器发送瓶阀开启指令，开启瓶阀，等待燃料电池系统工作，若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式；

若检测钥匙Start信号有效、整车无故障且均处于正常工作状态，踩下刹车踏板进ready，整车上电完成，车辆进入行驶模式；若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式。

请参阅图3，本实施例中，根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电系统下电的步骤包括：

车辆处于N档状态，按下电子手刹，准备下电，VCU接收到钥匙off档信号后，此时BMS会请求下高压，由于燃料电池系统在关机前要进行进行吹扫工作，此阶段需要整车保持高压状态以支撑燃料电池系统完成关机流程，所以下电步骤分为两种情况；

若下电前燃料电池系统处于关机状态，VCU立即控制断开动力电池主正、主负继电器，BMS执行下高压操作；

若下电前燃料电池系统处于工作状态，VCU给燃料电池系统发送关机指令、且不允许BMS高压断开，燃料电池升降压双向DCDC保持工作，燃料电池系统执行关机指令，BMS维持高压支撑燃料电池完成吹扫工作；

VCU通过与燃料电池控制器FCU进行信息交互，判断燃料电池关机是否完成，VCU在确认燃料电池关机完成后，控制断开动力电池主正、主负继电器，BMS执行下高压操作，等待BMS反馈主正继电器状态；

VCU控制HSC关闭氢气瓶阀，停止对其他系统部件输入工作使能，控制其他高压辅助继电器断开，停止工作，其中，所述控制其他高压辅助继电器包括FDC、空调、油泵、气泵、PTC、燃料电池升降压双向DCDC；

VCU通过与BMS进行信息交互，判断BMS是否断开主正继电器，若断开，VCU给BMS发送停机指令，等待BMS反馈停止状态并完成下低压流程，同时各控制器执行下低压流程；

VCU断开12V和24V继电器，下电完成，各控制器进入休眠状态。

图4、5展示了整车各系统上下电流程的时序管理，图4为上电流程各系统信号时序管理，图5为下电流程各系统信号时序管理。基于以上控制策略，确保燃料电池汽车各系统上下电控制逻辑不混乱，实现对整车高低压安全上下电的时序管理控制。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种氢燃料电池汽车的整车上下电时序控制方法，其特征在于，氢燃料电池汽车动力总成包括VCU、燃料电池系统、FCU、HSC、BMS、动力电池系统、电机、MCU和DCDC；

所述整车上下电时序控制方法包括：VCU获取上电指令和下电指令，实时监测各系统部件状态并与之进行信息交互，根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电系统上电，根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电系统下电。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车的整车上下电时序控制方法，其特征在于，根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电系统上电的步骤包括：

VCU收到ON档唤醒信号后，检测ACC信号是否有效，若无效，则重新拨钥匙上电；若有效，VCU进行自检，若自检成功，整车吸合12V和24V继电器，各控制器低压上电并反馈自检状态；若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式；

VCU向电池管理系统BMS发送上高压指令；VCU控制闭合动力电池主负继电器，BMS判断预充和主正继电器是否有闭合故障；若无故障，VCU允许闭合动力电池主正继电器，BMS闭合预充继电器，等待预充完成后，断开预充继电器，吸合主正继电器，BMS完成高压上电，若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式；

待BMS完成高压上电后，吸合DCDC工作、其他高压辅助继电器吸合并进行工作使能，其中，所述其他高压辅助继电器包括FDC、空调、油泵、气泵、PTC、燃料电池升降压双向DCDC；

VCU与HSC进行信息交互，判断整车是否满足氢瓶阀门开启条件，若满足氢瓶阀门开启条件，VCU给HSC发送瓶阀开启指令，开启瓶阀，等待燃料电池系统工作，若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式；

若检测钥匙Start信号有效、整车无故障且均处于正常工作状态，踩下刹车踏板进ready，整车上电完成，车辆进入行驶模式；若此阶段出现任何故障，整车则进入故障诊断模式。

3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车的整车上下电时序控制方法，其特征在于，根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电系统下电的步骤包括：

车辆处于N档状态，按下电子手刹，准备下电，VCU接收到钥匙off档信号后，此时BMS会请求下高压，由于燃料电池系统在关机前要进行进行吹扫工作，此阶段需要整车保持高压状态以支撑燃料电池系统完成关机流程，所以下电步骤分为两种情况；

若下电前燃料电池系统处于关机状态，VCU立即控制断开动力电池主正、主负继电器，BMS执行下高压操作；

若下电前燃料电池系统处于工作状态，VCU给燃料电池系统发送关机指令、且不允许BMS高压断开，燃料电池升降压双向DCDC保持工作，燃料电池系统执行关机指令，BMS维持高压支撑燃料电池完成吹扫工作；

VCU通过与FCU进行信息交互，判断燃料电池关机是否完成，VCU在确认燃料电池关机完成后，控制断开动力电池主正、主负继电器，BMS执行下高压操作，等待BMS反馈主正继电器状态；

VCU控制HSC关闭氢气瓶阀，停止对其他系统部件输入工作使能，控制其他高压辅助继电器断开，停止工作，其中，所述控制其他高压辅助继电器包括FDC、空调、油泵、气泵、PTC、燃料电池升降压双向DCDC；

VCU通过与BMS进行信息交互，判断BMS是否断开主正继电器，若断开，VCU给BMS发送停机指令，等待BMS反馈停止状态并完成下低压流程，同时各控制器执行下低压流程；

VCU断开12V和24V继电器，下电完成，各控制器进入休眠状态。