CN218352171U - 氢燃料电池系统异常下电保护电路、燃料电池和汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种氢燃料电池系统异常下电保护电路、燃料电池和汽车。其中，氢燃料电池系统异常下电保护电路，包括：蓄电池、机械开关、钥匙开关、VCU、模式开关、二极管D1、二极管D2、继电器R1、继电器R2、动力电池装置和燃料电池系统。通过设置二极管D1、二极管D2、继电器R1、继电器R2，通过对继电器R1和继电器R2进行并接，并通过二极管D1和二极管D2有效隔离VCU的延时下电信号，防止未断模式开关时直接断开钥匙开关引起的整车无法下电，从而避免异常下电对燃料电池系统造成危害，达到保护燃料电池系统和整车零部件，提高燃料电池系统和整车使用寿命的目的。

Description

氢燃料电池系统异常下电保护电路、燃料电池和汽车

技术领域

本实用新型属于新能源技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池系统异常下电保护电路、燃料电池和汽车。

背景技术

燃料电池系统停机后会执行吹扫工作，以排除电堆内多余水份提高燃料电池系统的使用寿命，吹扫过程中整车的高低压电源不能断开，因此整车需延迟下电以保证燃料电池系统的吹扫工作。现有技术中因整车下电过程中司机的误操作或延时断电电路设计不完善会导致整车异常下电，影响整车和燃料电池系统的使用寿命，严重时会产生高压危害。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种氢燃料电池系统异常下电保护电路、燃料电池和汽车，至少部分的解决现有技术中存在的异常下电对燃料电池系统造成危害的问题。

第一方面，本公开实施例提供了一种氢燃料电池系统异常下电保护电路，包括：蓄电池、机械开关、钥匙开关、VCU、模式开关、二极管D1、二极管D2、继电器R1、继电器R2、动力电池装置和燃料电池系统，

所述蓄电池的正极与VCU的燃料电池模式开关信号管脚之间串联机械开关、钥匙开关和模式开关；

机械开关和钥匙开关之间的节点与VCU的常电供电管脚电连接；

钥匙开关和模式开关之间的节点与继电器R1的线圈的第一端之间串联二极管D1，二极管D1的阴极与继电器R1的线圈的第一端电连接；

继电器R1的线圈的第一端与继电器R2的线圈的第一端电连接；

继电器R1的线圈的第二端和继电器R2的线圈的第二端均与蓄电池的负极电连接；

燃料电池系统的一端与蓄电池的负极电连接；

VCU的燃料电池系统延时下电控制信号管脚与继电器R1的线圈的第一端之间串联二极管D2，二极管D2的阳极与VCU的燃料电池系统延时下电控制信号管脚电连接；

机械开关和钥匙开关之间的节点与继电器R1的一个开关触点电连接；

机械开关和钥匙开关之间的节点与继电器R2的一个开关触点电连接；

继电器R1的另一个开关触点与燃料电池系统的另一端电连接；

继电器R2的另一个开关触点与VCU的工作使能信号管脚电连接；

动力电池装置与VCU电连接。

可选的，动力电池装置包括动力电池和DC/DC转换器，所述动力电池与DC/DC转换器电连接，DC/DC转换器的低压供电管脚与VCU的工作使能信号管脚电连接，DC/DC转换器的输出管脚与机械开关和钥匙开关之间的节点电连接，DC/DC转换器的接地管脚与蓄电池的负极电连接。

可选的，所述DC/DC转换器为24VDC/DC转换器。

可选的，还包括仪表，所述仪表的一个输入端与继电器R2的另一个开关触点电连接，所述仪表的另一个输入端与VCU的工作使能信号管脚电连接；所述仪表的输出端与蓄电池的负极电连接。

可选的，还包括负载，所述负载与VCU的工作使能信号管脚电连接。

可选的，所述蓄电池的负极接地。

可选的，所述蓄电池的电压为24V。

可选的，所述继电器R1和继电器R2为常开继电器。

第二方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池，包括第一方面任一所述的氢燃料电池系统异常下电保护电路。

第三方面，本公开实施例还提供了一种汽车，包括第一方面任一所述的氢燃料电池系统异常下电保护电路。

本实用新型提供的氢燃料电池系统异常下电保护电路和汽车，其中氢燃料电池系统异常下电保护电路，通过设置二极管D1、二极管D2、继电器R1、继电器R2，通过对继电器R1和继电器R2进行并接，并通过二极管D1和二极管D2有效隔离VCU的延时下电信号，防止未断模式开关时直接断开钥匙开关引起的整车无法下电，从而避免异常下电对燃料电池系统造成危害，达到保护燃料电池系统和整车零部件，提高燃料电池系统和整车使用寿命的目的。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1为本公开实施例提供的一种氢燃料电池系统异常下电保护电路的电子电路图；

图2为本公开实施例提供的另一种氢燃料电池系统异常下电保护电路的电子电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

24V蓄电池：用于整车电气相关零部件的低压供电电源；

机械开关：24V蓄电池和用电设备之间的总闸，用于断开整车低压供电；

GND：整车接地，连接24V蓄电池负极。

钥匙开关：车辆启动和关闭时的手动控制开关，分为ACC/ON/START三个挡位，本实施例中钥匙开关指ON挡位开关；

模式开关：用于切换燃料电池汽车纯电动模式和燃料电池运行模式的开关，开关闭合时为启动燃料电池模式；

24VDC/DC：将整车动力电池的400～750V高电压转化为24V的设备，用来给24V蓄电池充电和整车供电；

动力电池：电动汽车动力来源，用于给整车高压零部件供电；

VCU：整车控制器；

仪表：反映汽车和系统工作状态的装置；

燃料电池系统：将氢气、氧气经化学反应产生电能的装置，用于汽车供电系统。

为了解决整车异常下电问题，提出了如图1的技术方案，在图1中DC/DC转换器的输出管脚直接与蓄电池的正极电连接。

但发明人发现图1的技术方案存在以下问题：

1、由于延时下电过程中需要整车的高低压供电均不能断开，燃料电池模式开关如使用延时控制的低压电源进行控制，在未断开模式开关的情况下直接断开钥匙开关，VCU的4脚持续输出，模式开关一直有电压，VCU的3脚持续受到模式开关闭合指令，会导致整车在燃料电池模式循环工作，无法下电，最终导致整车持续通电，有高压风险，同时易导致氢气耗尽和电池亏电。

2、燃料电池系统延时下电时，24V的DC/DC转换器停止工作，如延时时间过长或者有风扇供电需求时，易导致24V蓄电池亏电，影响整车下一次启动。

3、商用车大多设置有低压的机械式开关，现有方案24V的DC/DC转换器连接到蓄电池的正极，如果司机误操作，关闭钥匙之后直接关闭机械开关，会导致整车24V直接断电，无法执行延时下电工作。

图1和图2中U为蓄电池，K1为机械开关，K2为钥匙开关，K3为模式开关。

发明人在图1的基础上进行改进提出了如图2所示的氢燃料电池系统异常下电保护电路。如图2所示，一种氢燃料电池系统异常下电保护电路，包括：蓄电池、机械开关、钥匙开关、VCU、模式开关、二极管D1、二极管D2、继电器R1、继电器R2、动力电池装置和燃料电池系统，

所述蓄电池的正极与VCU的燃料电池模式开关信号管脚之间串联机械开关、钥匙开关和模式开关；

机械开关和钥匙开关之间的节点与VCU的常电供电管脚电连接；

钥匙开关和模式开关之间的节点与继电器R1的线圈的第一端之间串联二极管D1，二极管D1的阴极与继电器R1的线圈的第一端电连接；

继电器R1的线圈的第一端与继电器R2的线圈的第一端电连接；

继电器R1的线圈的第二端和继电器R2的线圈的第二端均与蓄电池的负极电连接；

燃料电池系统的一端与蓄电池的负极电连接；

VCU的燃料电池系统延时下电控制信号管脚与继电器R1的线圈的第一端之间串联二极管D2，二极管D2的阳极与VCU的燃料电池系统延时下电控制信号管脚电连接；

机械开关和钥匙开关之间的节点与继电器R1的一个开关触点电连接；

机械开关和钥匙开关之间的节点与继电器R2的一个开关触点电连接；

继电器R1的另一个开关触点与燃料电池系统的另一端电连接；

继电器R2的另一个开关触点与VCU的工作使能信号管脚电连接；

动力电池装置与VCU电连接。

图2中，VCU设有5个I/O口，分别为VCU常电供电管脚、工作唤醒(使能)信号管脚、燃料电池模式开关信号管脚、燃料电池系统延时下电控制信号管脚和接地管脚；继电器R1和继电器R2为常开继电器，24VDC/DC的包括3个管脚，分别为低压供电管脚、输出管脚和接地管脚；仪表管脚包括常电供电管脚、仪表唤醒(使能)信号管脚和接地管脚；燃料电池系统的管脚包括供电管脚和接地管脚。

燃料电池系统的供电管脚与继电器R1的触点电连接，燃料电池系统的接地管脚接地。仪表的供电管脚仪表唤醒(使能)信号管脚与继电器R2的触点电连接，仪表的常电供电管脚通过机械开关与蓄电池正极连接，仪表的接地管脚接地。

可选的，动力电池装置包括动力电池和DC/DC转换器，所述动力电池与DC/DC转换器电连接，DC/DC转换器的低压供电管脚与VCU的工作使能信号管脚电连接，DC/DC转换器的输出管脚与机械开关和钥匙开关之间的节点电连接，DC/DC转换器的接地管脚与蓄电池的负极电连接。

可选的，所述DC/DC转换器为24VDC/DC转换器。

可选的，还包括仪表，所述仪表的一个输入端与继电器R2的另一个开关触点电连接，所述仪表的另一个输入端与VCU的工作使能信号管脚电连接；所述仪表的输出端与蓄电池的负极电连接。

可选的，还包括负载，所述负载与VCU的工作使能信号管脚电连接。

可选的，所述蓄电池的负极接地。

可选的，所述蓄电池的电压为24V。

可选的，所述继电器R1和继电器R2为常开继电器。

在一个具体的场景中，24V蓄电池负极接地，机械开关放置于24V蓄电池正极与用电设备之间，机械开关接24V蓄电池正极；

钥匙开关、VCU、仪表、继电器R1和继电器R2均通过机械开关连接到蓄电池正极，取常电供电；

继电器R1和继电器R2、VCU、24VDC/DC转换器、仪表和燃料电池系统接地；

模式开关与钥匙开关串联，模式开关与VCU的3脚电连接，用于控制汽车纯电动模式和燃料电池模式的切换；

二极管D1的阳极与钥匙开关连接，二极管D1的阴极接继电器R1和继电器R2的第一端；

二极管D2的阳极脚与VCU的电连接，二极管D2的阴极接继电器R1和继电器R2；

继电器R1与到仪表、VCU、24VDC/DC转换器以及其他电子部件连接，用于零部件低压控制电路的供货或唤醒；

继电器R2与燃料电池系统连接，用于燃料电池系统的低压供电和唤醒；

24VDC/DC转换器的高压输入接到整车动力电池，24VDC/DC转换器输出管脚输出24V低压电，24VDC/DC转换器的输出管脚接到机械开关，用于整车24V低压供电和蓄电池充电。

本实施例的氢燃料汽车异常下电保护电路，其保护逻辑如下：

1、整车上电时：

a)闭合机械开关，整车供常电的设备(如仪表等)进行供电，继电器R1和继电器R2的线圈供电；

b)闭合钥匙开关，闭合继电器R1和继电器R2的触点，对仪表、VCU、24VDC/DC转换器和燃料电池系统进行供电和唤醒，此时燃料电池系统处于休眠模式；

c)车辆启动(钥匙开关START档位或启动按钮)，整车上高压电，4VDC/DC转换器开始输出24V供电，接替蓄电池为整车提供24V供电，同时为24V蓄电池充电；

d)闭合模式开关，开启燃料电池模式，VCU持续输出24V正信号，保证系统低压供电，同时控制燃料电池系统启动；

e)车辆以燃料电池模式运行。

2、整车正常下电时：

a)断开模式开关，关闭燃料电池模式，燃料电池系统执行下电吹扫工作；

b)断开钥匙开关，整车下电，先断开高压回路，后断开低压电路；

c)如果断开钥匙开关时，燃料电池系统下电吹扫工作未完成，VCU持续输出24V信号，继电器R1和继电器R2继续闭合，24VDC/DC转换器继续工作，保证相关零部件正常工作，直至燃料电池系统吹扫完成，24VDC/DC转换器停止输出，然后下高压电，再断开低压电路，最后停止VCU的输出；

d)下电完成，断开机械开关。

上电和下电时24VDC/DC转换器在燃料电池系统吹扫过程中，持续输出，防止蓄电池亏电。

3、司机误操作导致异常下电时：

误操作1：司机未断开模式开关，直接断开钥匙开关。

当钥匙开关断开时，即使模式开关未断开，燃料电池系统执行下电吹扫工作，此时VCU持续输出，当燃料电池系统为待机状态时，整车先下高压，再断低压，最后停止VCU输出，完成整车下电；

解决了整车无法下电的问题；

误操作2：断开钥匙后，整车吹扫延时下电未完成时，直接断开机械开关。

整车延时下电过程中，24VDC/DC持续输出24V电，即使延时下电过程中断开机械开关，24VDC/DC输出的24V仍可满足整车的延时下电过程使用；当延时下电完成时，24VDC/DC停止输出，此时整车24V供电全部断开，VCU同时停止输出，继电器断开。

误操作2时对燃料电池系统和整车零部件做好保护，提高使用寿命。

图2所示的氢燃料电池系统异常下电保护电路相对于图1所示的保护电路：

1、解决了司机未关闭模式开关直接下电时，整车无法正常下电的问题，防止电池亏电和高压风险；

2、解决延时下电时，24VDC/DC转换器不工作导致的蓄电池亏电，影响整车下一次启动；

3、解决延时下电过程中直接断开大闸，导致整车直接断电，影响燃料电池系统和整车的使用寿命。

本实施例过对继电器R1和继电器R2的并接处理，继电器的将钥匙开关的ON档信号和VCU延时下电控制信号管脚并接，满足燃料电池系统上电时的ON档唤醒和下电时的延时下电需求；通过增加二极管D1和二极管D2有效隔离延时下电信号，防止司机未断模式开关时直接断开钥匙开关引起的整车无法下电问题；通过24VDC/DC转换器的上下电时序，燃料电池停车吹扫延时下电时，仍能持续工作，保证燃料电池系统下电过程的完整，防止司机误操作带来的风险，提高燃料电池系统使用寿命。

本实施例还公开了一种燃料电池，包括本实施例公开的氢燃料电池系统异常下电保护电路。

本实施例还公开了一种汽车，包括本实施例公开的氢燃料电池系统异常下电保护电路。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。

在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC(即A和B和C)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。

还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。

可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池系统异常下电保护电路，其特征在于，包括：蓄电池、机械开关、钥匙开关、VCU、模式开关、二极管D1、二极管D2、继电器R1、继电器R2、动力电池装置和燃料电池系统，

所述蓄电池的正极与VCU的燃料电池模式开关信号管脚之间串联机械开关、钥匙开关和模式开关；

机械开关和钥匙开关之间的节点与VCU的常电供电管脚电连接；

钥匙开关和模式开关之间的节点与继电器R1的线圈的第一端之间串联二极管D1，二极管D1的阴极与继电器R1的线圈的第一端电连接；

继电器R1的线圈的第一端与继电器R2的线圈的第一端电连接；

继电器R1的线圈的第二端和继电器R2的线圈的第二端均与蓄电池的负极电连接；

燃料电池系统的一端与蓄电池的负极电连接；

VCU的燃料电池系统延时下电控制信号管脚与继电器R1的线圈的第一端之间串联二极管D2，二极管D2的阳极与VCU的燃料电池系统延时下电控制信号管脚电连接；

机械开关和钥匙开关之间的节点与继电器R1的一个开关触点电连接；

机械开关和钥匙开关之间的节点与继电器R2的一个开关触点电连接；

继电器R1的另一个开关触点与燃料电池系统的另一端电连接；

继电器R2的另一个开关触点与VCU的工作使能信号管脚电连接；

动力电池装置与VCU电连接。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统异常下电保护电路，其特征在于，动力电池装置包括动力电池和DC/DC转换器，所述动力电池与DC/DC转换器电连接，DC/DC转换器的低压供电管脚与VCU的工作使能信号管脚电连接，DC/DC转换器的输出管脚与机械开关和钥匙开关之间的节点电连接，DC/DC转换器的接地管脚与蓄电池的负极电连接。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池系统异常下电保护电路，其特征在于，所述DC/DC转换器为24VDC/DC转换器。

4.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统异常下电保护电路，其特征在于，还包括仪表，所述仪表的一个输入端与继电器R2的另一个开关触点电连接，所述仪表的另一个输入端与VCU的工作使能信号管脚电连接；所述仪表的输出端与蓄电池的负极电连接。

5.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统异常下电保护电路，其特征在于，还包括负载，所述负载与VCU的工作使能信号管脚电连接。

6.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统异常下电保护电路，其特征在于，所述蓄电池的负极接地。

7.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统异常下电保护电路，其特征在于，所述蓄电池的电压为24V。

8.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统异常下电保护电路，其特征在于，所述继电器R1和继电器R2为常开继电器。

9.一种燃料电池，其特征在于，包括：权利要求1至8任一所述的氢燃料电池系统异常下电保护电路。

10.一种汽车，其特征在于，包括：权利要求1至8任一所述的氢燃料电池系统异常下电保护电路。

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