專利名稱：燃料電池混合動力車的斷電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池混合動力車(FC-HEV)的斷電控制方法。 更具體地，本發(fā)明涉及一種燃料電池-超級電容混合動力車的斷電控制 方法，其可以通過在切斷過程中最佳地控制燃料電池系統(tǒng)部件的斷電 順序來安全地將高電壓部件斷電。
背景技術(shù)：
常規(guī)的燃料電池將液化天然氣(LNG)、液體石油氣(LPG)、甲 醇等含氫燃料氧化，并將在反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。
如果將燃料電池用作電動車的唯一電源，則燃料電池將對車的所 有載荷供電，這樣就會降低燃料電池的效率。
此外，由于輸出電壓以高速迅速地降低，而這樣會降低車的加速 性能，因此不能提供驅(qū)動電動車所需的電壓供給。
而且，如果車受到驟加荷載，則燃料電池的輸出電壓瞬間下降， 因此不能為驅(qū)動電動機(jī)提供足夠電源，因而降低車輛性能。
此外，由于燃料電池具有單向輸出特性，因此在剎車時(shí)不可能使 驅(qū)動電動車恢復(fù)能量，因而會降低車輛系統(tǒng)的效率。
為解決上述問題，已經(jīng)研發(fā)出燃料電池混合或燃料電池-超級電容 混合動力系統(tǒng)。這種系統(tǒng)除燃料電池之外，還包括高壓電池或者超級 電容器。
本發(fā)明的背景技術(shù)部分所公開的信息只是為了加強(qiáng)對本發(fā)明技術(shù) 背景的理解，而不能將其視為構(gòu)成本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的 知識或任何形式的暗示。

發(fā)明內(nèi)容
一種燃料電池混合動力車的斷電控制方法，包括在輸入斷電指 令時(shí)確定操作模式。如果所述操作模式為燃料電池模式，所述方法包
括將與輔助電池連接的低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成升壓模式；保持 由來自所述輔助電池的電壓供電且由所述低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器升壓的 高壓部件的驅(qū)動狀態(tài)；隨后停止燃料電池組的工作并關(guān)閉所述高壓部 件；及接著關(guān)閉低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器。
高壓部件可以是空氣處理系統(tǒng)、燃料處理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)中的 至少一個(gè)。
在所述低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換至升壓模式時(shí)，將與所述高壓 部件連接的高壓直流-直流轉(zhuǎn)換器關(guān)閉。
如果所述高壓部件由來自輔助電池且由所述低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器 升高的電壓來供電，則所述方法對至少一個(gè)高壓電部件進(jìn)行冷卻，所 述至少一個(gè)高壓電部件如電動機(jī)、電動機(jī)控制器、轉(zhuǎn)換器和逆變器。
如果所述操作模式為混合動力模式，所述方法包括保持由來自 超級電容器的電壓供電的高壓部件的驅(qū)動狀態(tài)；接著停止燃料電池組 的工作并關(guān)閉所述高壓部件；接著關(guān)閉直流-直流轉(zhuǎn)換器；及接著切斷 所述超級電容器的電源。
該方法還可以包括在停止所述燃料電池組的工作之前冷卻至少一 個(gè)高壓電部件。


圖1是燃料電池-超級電容混合動力車的示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的與輔助電池連接的直流-直流 轉(zhuǎn)換器升壓模式的電流流程圖3和圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的燃料電池-超級電 容混合動力車的操作模式下供電狀態(tài)的示意圖5是簡單示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式在斷電過程中所使用 的控制方法的流程圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式在混合動力模式下斷電過 程中的斷電順序的詳細(xì)流程圖7是示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式所述在燃料電池模式下斷電 的詳細(xì)流程圖中的附圖標(biāo)記包括下列部件，后面將進(jìn)一步說明 10:燃料電池 lh燃料電池組 12:組PDU
60:寄生負(fù)載
61: 12伏輔助電池
62: 24伏輔助電池
63和64:低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器
65: BOP裝置
66:高壓直流-直流轉(zhuǎn)換器
68a:冷卻泵
13: PDU
20:超級電容器 30:驅(qū)動電動機(jī)
31: MCU
具體實(shí)施例方式
參考圖1，常規(guī)的燃料電池-超級電容混合動力系統(tǒng)包括向電動
機(jī)30供電的燃料電池10和超級電容器20，用于控制電動機(jī)30的動力 控制單元(MCU) 31，用于通過半導(dǎo)體開關(guān)(IGBT)的開關(guān)操作實(shí)現(xiàn) 多種功能的斬波電路40，以及與輔助制動處理相關(guān)的制動電阻器50。
此外，與各種輔助機(jī)械零件有關(guān)的寄生負(fù)載60，與燃料電池工作 有關(guān)的輔助部件等包括為車中的各部件供電的12伏和24伏輔助電 池61和62，低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器(LVDCDC) 63和64，高壓直流-直流轉(zhuǎn)換器(HVDCDC) 66，逆變器67，包括為驅(qū)動燃料電池系統(tǒng)所 需的空氣處理系統(tǒng)(APS)、燃料處理系統(tǒng)(FPS)、熱管理系統(tǒng)(TMS) 等的外圍控制(BOP)裝置65，用于冷卻高壓部件和燃料電池的冷卻 泵68a，動力轉(zhuǎn)向單元68b和空調(diào)器68c。
在圖1所示的系統(tǒng)中，在燃料電池模式(其中只通過燃料電池10 供電來驅(qū)動電動機(jī)30)和混合動力模式(其中通過超級電容器20和燃 料電池10供電來驅(qū)動電動機(jī)30)中，輔機(jī)的電流沿著圖2中箭頭所示 的方向流動，經(jīng)由LV DCDC (14伏)63和LV DCDC (28伏)64和 HVDCDC (350伏)66向12伏和24伏輔助電池61和62， BOP裝置 65、冷卻泵68a、動力轉(zhuǎn)向單元68b和空調(diào)器68c提供高壓電源。
對于安裝有12伏和24伏兩種輔助電池61和62的車的通電(接 通)及其操作模式，人們已有所研究。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中未提出在 斷電(切斷)過程中的順序控制。
因此，有必要開發(fā)出一種在切斷過程中高壓部件的斷電順序。
現(xiàn)參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在圖中示出了優(yōu)選 實(shí)施方式的實(shí)施例，在文中相同附圖標(biāo)記表示相同的部件。參考附圖 說明下文中的示例性實(shí)施方式以說明本發(fā)明。
本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種順序控制方法，在燃料電池-超級電容 混合動力車的電操作模式的切斷過程中可安全地將高壓部件斷電。該
方法可使用HV DCDC (14伏)、HV DCDC (28伏)、電力隔離單元 (PDU)、組電力隔離單元和逆變器，以將在混合動力模式或者燃料電 池模式驅(qū)動的車制動。
該車輛可包括使用輔助電池的低壓部件(例如12伏和/或24伏)， 和高壓部件(例如350伏)，例如帶有空氣處理系統(tǒng)(APS)、燃料處理 系統(tǒng)(FPS)、熱管理系統(tǒng)(TMS)等的BOP裝置。
如果在燃料電池模式(即在超級電容器不用作電源的情況下)下 的斷電過程中直到燃料電池的工作完成時(shí)才對BOP裝置供電，則可能 會發(fā)生對部件產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞的異常斷電。
雖然車輛可以包括燃料電池和超級電容器同時(shí)工作的混合動力模 式，然而如果在超級電容器系統(tǒng)中發(fā)生異常，則混合動力模式通常會 轉(zhuǎn)換到其中僅有燃料電池工作的燃料電池模式。因此有必要使兩種情 況下的斷電順序都達(dá)到最優(yōu)化。
圖2是示出了本發(fā)明中與輔助電池連接的直流-直流轉(zhuǎn)換器的升壓 模式下向BOP裝置供電的示意圖，其中在燃料電池模式下驅(qū)動時(shí)在切 斷電源過程中，電流流入BOP裝置中直到燃料電池的工作正常完成， 在下文中將進(jìn)行說明。
圖3和圖4是示出了根據(jù)燃料電池-超級電容混合動力系統(tǒng)的工作 模式的供電狀態(tài)的示意圖，更具體地示出了根據(jù)燃料電池-超級電容混 合動力車的工作模式下的電流狀態(tài)。圖3表示混合動力模式，圖4表 示燃料電池模式。
在圖3和圖4中，包含各種輔助機(jī)械零件68a、 68b和68c， BOP 裝置65， LVDCDC63和64， HVDCDC66和逆變器67的寄生負(fù)載總 體由附圖標(biāo)記60來表示。
如上所述，在僅利用燃料電池10來驅(qū)動電動機(jī)30的燃料電池模 式下，以及在由超級電容器20和燃料電池10供電來驅(qū)動電動機(jī)30的混合動力模式下，輔機(jī)的電流，除用于驅(qū)動電動機(jī)30的供電之外，沿
著圖1和圖2中箭頭所示的方向流動，經(jīng)由LV DCDC (14伏)63和 LVDCDC (28伏)64和HVDCDC (350伏)66，向12伏和24伏輔 助電池61和62， BOP裝置65,冷卻泵68a，動力轉(zhuǎn)向單元68b和空 調(diào)器68c提供高壓電源。
在這種情況下，逆變器67和冷卻泵68a應(yīng)該工作預(yù)定時(shí)間，以便 在切斷過程中對高壓部件進(jìn)行冷卻，且具體地，應(yīng)通過向BOP裝置65 持續(xù)供電直到在斷電控制過程中燃料電池10的工作正常完成時(shí)為止而 操作BOP裝置65。
參考圖3和圖4，在圖3的混合動力模式下，例如在組隔離單元 (PDU) 12和主PDU13通電即電連接的情況下，燃料電池組11和超 級電容器20供電以驅(qū)動電動機(jī)30和BOP裝置65等寄生負(fù)載60。
組PDU12和主PDU13包括由混合控制單元(HCU)控制的繼電器。
在圖4所示的燃料電池模式下，在組PDU12處于接通狀態(tài)的情況 下，燃料電池組11向電動機(jī)30和寄生負(fù)載60供電，超級電容器20 的電源由PDU13切斷(相關(guān)繼電器斷開)。
如圖5所示，如果輸入切斷指令，則根據(jù)電流模式即混合動力模 式或燃料電池模式來執(zhí)行切斷順序控制。
下面參考圖6和圖7更詳細(xì)地說明根據(jù)這兩種模式的控制過程。
如果在輸入切斷指令時(shí)檢測到的操作模式為如圖3所示的混合動 力模式，則執(zhí)行圖6所示的切斷順序控制，反之，如果是圖4所示的 燃料電池模式，則執(zhí)行圖7所示的切斷順序控制。
參考圖6，如果在輸入切斷指令時(shí)檢測到的模式為混合動力模式， 則諸如車控制單元(VCU)等的第一控制器，根據(jù)切斷輸入而在切斷 燃料電池和超級電容器的供電之前，控制對諸如電動機(jī)、電動機(jī)控制 器、轉(zhuǎn)換器、逆變器等各種高壓電部件的冷卻，這些部件的溫度在行 駛進(jìn)程中會升高。
通過控制安裝在各部件中的冷卻裝置而對高壓電部件進(jìn)行冷卻處 理，這種處理可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來設(shè)計(jì)和實(shí)施。
一旦完成對高壓電源部件的冷卻，則諸如混合控制單元(HCU) 等的第二控制器關(guān)閉組PDU12以切斷燃料電池組11的供電，此時(shí)，
由于僅有超級電容器20的向所有的高壓電部件供電，所以BOP裝置 65通過超級電容器20的供電而保持驅(qū)動狀態(tài)。
接著，第二控制器向燃料電池控制器發(fā)送停止指令，以停止燃料 電池10的工作，因此燃料電池控制器關(guān)閉BOP裝置65，從而終止燃 料電池10的工作。
隨后，第二控制器停止直流-直流轉(zhuǎn)換器63、 64和66的工作，并 通過關(guān)閉PDU13切斷超級電容器20的電源。
在切斷超級電容器20的供電之后關(guān)閉第二控制器，借此完成切斷 操作，從而關(guān)閉系統(tǒng)。
參考圖7，如果在輸入切斷指令時(shí)的檢測模式為燃料電池模式，則 由于已經(jīng)切斷超級電容器20的電源，所以由輔助電池61為BOP裝置 65供電直到燃料電池操作結(jié)束為止。
也就是說，諸如HCU的第二控制器將與12伏輔助電池61連接的 低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器63 (即，LVDCDC (14伏))轉(zhuǎn)換成升壓模式， 且同時(shí)，關(guān)閉與BOP裝置65連接的高壓直流-直流轉(zhuǎn)換器66(g卩，HV DCDC (350伏))，以支持低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器63的升壓模式。
通過對低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器(即，LVDCDC(14伏))進(jìn)行升壓操 作，將從輔助電池61輸出的14伏電壓升高至350伏高壓，以操作BOP 裝置65，且通過經(jīng)由低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器63從輔助電池61提供的350 伏將BOP裝置65保持在驅(qū)動狀態(tài)。
接著，與混合動力模式中的一樣，例如VCU等第一控制器控制對 高壓電部件的冷卻，且一旦完成冷卻處理，則第二控制器關(guān)閉連接到 24伏輔助電池62上的低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器64(即，LV DCDC (28伏))， 然后關(guān)閉組PDU12,從而切斷燃料電池組11的供電。
此時(shí)，BOP裝置65因12伏輔助電池61經(jīng)由低壓直流-直流轉(zhuǎn)換 器63提供的350伏電壓而繼續(xù)保持驅(qū)動狀態(tài)。
此后，第二控制器向燃料電池控制器發(fā)送停止指令，以停止燃料 電池10的工作，因此燃料電池控制器關(guān)閉BOP裝置65，從而終止燃 料電池10的工作。
此外，第二控制器關(guān)閉其余低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器63(g卩，LVDCDC
(14伏))，然后關(guān)閉第二控制器，因此完成切斷過程，從而關(guān)閉該系 統(tǒng)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池超級電容混合動力車的斷電控 制方法，可以根據(jù)斷電過程中的操作模式，通過最優(yōu)地控制構(gòu)成燃料 電池系統(tǒng)的各部件的斷電順序安全地切斷高壓部件的供電。
本發(fā)明可以防止燃料電池和各種部件的異常斷電，因此可以防止 對部件產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞。
已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明。然而，本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員應(yīng)該清楚在不脫離本發(fā)明的原理和精神的范圍內(nèi)還包括 各種變型，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池混合動力車的斷電控制方法，包括在輸入斷電指令時(shí)確定操作模式；及如果所述操作模式為燃料電池模式將與輔助電池連接的低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成升壓模式；保持由來自所述輔助電池的電壓供電且由所述低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器升壓的高壓部件的驅(qū)動狀態(tài)；隨后停止燃料電池組的工作并關(guān)閉所述高壓部件；及接著關(guān)閉所述低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高壓部件至少包括空氣處 理系統(tǒng)、燃料處理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)中的一個(gè)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器被 轉(zhuǎn)換至所述升壓模式時(shí)，將與所述高壓部件連接的高壓直流-直流轉(zhuǎn)換 器關(guān)閉。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括，如果所述高壓部件由來自 所述輔助電池的電壓供電且由所述低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器升壓，則對至 少一個(gè)高壓電部件進(jìn)行冷卻。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述至少一個(gè)高壓電部件至少 包括電動機(jī)、電動機(jī)控制器、轉(zhuǎn)換器和逆變器中的一個(gè)。
6. —種燃料電池混合動力車的斷電控制方法，包括 在輸入斷電指令時(shí)確定操作模式；及 如果所述操作模式為混合動力模式保持由來自超級電容器的電壓供電的高壓部件的驅(qū)動狀態(tài)； 接著停止燃料電池組的工作并關(guān)閉所述高壓部件； 接著關(guān)閉直流-直流轉(zhuǎn)換器；及接著切斷所述超級電容器的電源。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括，如果所述操作模式為所述 混合動力模式，則在停止所述燃料電池組的工作之前冷卻至少一個(gè)高 壓電部件。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述至少一個(gè)高壓電部件至少包括電動機(jī)、電動機(jī)控制器、轉(zhuǎn)換器和逆變器中的一個(gè)。
9. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述高壓部件至少包括空氣處 理系統(tǒng)、燃料處理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)中的一個(gè)。
10. —種燃料電池混合動力車的斷電控制方法，包括在輸入斷電指令時(shí)確定操作模式；及如果所述操作模式為燃料電池模式將與輔助電池連接的低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成升壓模式；保持由來自所述輔助電池的電壓供電且由所述低壓直流-直流 轉(zhuǎn)換器升壓的高壓部件的驅(qū)動狀態(tài)；隨后停止燃料電池組的工作并關(guān)閉所述高壓部件；及接著關(guān)閉所述低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器； 且如果所述操作模式為混合動力模式保持由來自超級電容器的電壓供電的高壓部件的驅(qū)動狀態(tài)；接著停止所述燃料電池組的工作并關(guān)閉所述高壓部件；接著關(guān)閉所述直流-直流轉(zhuǎn)換器；及接著切斷所述超級電容器的電源。
全文摘要
一種燃料電池混合動力車的斷電控制方法，包括在輸入斷電指令時(shí)確定操作模式。如果所述操作模式為燃料電池模式，所述方法包括將與輔助電池連接的低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成升壓模式；保持由來自所述輔助電池的電壓供電且由所述低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器升壓的高壓部件的驅(qū)動狀態(tài)；隨后停止燃料電池組的工作并關(guān)閉所述高壓部件；及接著關(guān)閉低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器。如果所述操作模式為混合動力模式，所述方法包括保持由來自超級電容器的電壓供電的高壓部件的驅(qū)動狀態(tài)；接著停止燃料電池組的工作并關(guān)閉所述高壓部件；接著關(guān)閉直流-直流轉(zhuǎn)換器；及接著切斷所述超級電容器的電源。
文檔編號B60L11/18GK101200169SQ200710195119
公開日2008年6月18日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者全淳一, 姜昊成, 李南遇, 李圭一, 李尚勛, 鄭盛振 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社