用于同步燃料电池车辆的电压的方法与流程

本发明通常涉及用于同步燃料电池车辆的电压的方法，更具体地，涉及用于同步燃料电池车辆的电压的方法，其中为了在工作电压的整个范围内改善性能及控制精度，高电压组件的电压可与车辆发动完成无关地实时同步。

背景技术：

通常，燃料电池车辆由经氢气(其作为燃料而供应)和空气中氧气的电化学反应产生的电力驱动。燃料电池车辆不仅包括用于从燃料产生高电压功率的燃料电池组，而且也包括各种用于控制输出功率的组件，其在高电压公共汽车上并联连接。用于高电压组件的测量设备或控制器包括组电压监视器(SVM)、电动机控制单元(MCU)、功率转换控制器(DC/DC控制器)、风机/泵控制单元(BPCU)、高电压蓄电池管理系统(BMS)等。

关于当加速车辆时驱动电动机和当减速车辆时通过再生制动的能量回收，车辆受控于在高电压组件之间的系统和协同的控制。这里，驱动电动机和再生制动的输出可以这种方式控制，所述方式是功率转换控制器在从其中可允许的最小电压范围到最大电压范围内控制高电压公共汽车的电压。换句话说，当在车辆驱动时电压达到可允许的最大电压或最小电压时，为了保护高电压组件，高电压控制器的每个执行输出减额(限制工作)。因此，当由所有上述高电压组件的测量的电压没有差值时，所需控制精度和性能可实现。

例如，当燃料电池控制单元(FCU)传送用于再生制动能力回收的电压命令至功率转换器时，功率转换器根据该命令控制电压且存储所回收的能量在高电压蓄电池中。然而，如果电压不同于由MCU测量的电压，尤其是，如果由MCU测量的电压具有更大值，则由于电压的上限再生制动力矩降低，因而所需能量的量不能回收。

同时，当因为在停止后车辆在上坡处启动而即将向下滑动时，电动机反向旋转以阻止车辆向下滑动，因而一些再生制动发生。在这种情况下，如果MCU的电压以特定偏移值大于功率转换控制器的电压，则MCU的电压通过再生制动增加。结果，当MCU电压达到其中不允许再生制动的最大电压时，执行减额。当减额在MCU中执行时，电压再次减少且再生制动发生。所以，因为再生制动，电压的增加和归因于电压增加的减额都重复，车辆可经受显著振动。这种现象也发生，因为根据从燃料电池控制器传送的命令的功率转换控制器的电压与MCU的电压不同。

同时，当为了在冷启动期间增加来自组的热量，组以低效率产生功率时，高电压公共汽车的电压根据最小可允许的电压而控制。在这种情况下，只有当在组件的电压几乎没有误差的条件下电压根据最小可允许电压正确地控制时，用于冷启动的时间才可以降低。

如上所述，功率转换控制器根据从燃料电池控制器传送的电压控制命令在从可允许的最小电压范围至最大电压范围内控制公共汽车的电压。在这种情况下，如果由MCU测量的电压、功率转换控制器、BPCU、高电压蓄电池管理系统等具有误差，则减额可发生。尤其是，在再生制动期间，由于在上述组件中首先达到最大电压的组件，减额可发生。同时，当在冷启动期间在低电压驱动电动机时或产生功率时，由于首先达到最小电压的组件，减额可发生。结果，实现燃料电池控制器的目标控制性能是困难的。

相反，当在燃料电池车辆中所有高电压组件的电压理想化地具有相同值时，可避免由电压的差值引起的不正常的工作和控制性能的减少。

前述内容只是旨在帮助理解本发明的背景，并不旨在意为本发明落入已由本领域技术人员知道的相关领域的范围之内。

技术实现要素：

因此，本发明提供用于同步燃料电池车辆的电压的方法和系统，其中为了在从最小工作电压至最大工作电压范围内改进性能和控制精度，高电压组件的电压可与车辆发动的完成无关而实时同步。

为了实现上面的目标，根据本发明的一个方面，提供用于同步燃料电池车辆的电压的方法，该方法包括：默认电压同步步骤，其中当所述燃料电池车辆启动时，用于控制所述燃料电池车辆的所述高电压组件的多个辅控制器基于预先存储的偏移值来校正高电压组件的电压，并且然后根据主控制器的默认电压同步命令进一步校正已校正的电压；以及

实时电压同步步骤，其中在所述默认电压同步步骤已经完成时，所述主控制器将用于基于在所述默认电压同步步骤中所述已校正的电压和燃料电池组的输出电压来校正所述高电压组件的电压的目标偏移值传送至所述辅控制器，并且所述辅控制器基于所述目标偏移值来校正在所述默认电压同步步骤中已校正的电压。

根据本发明的实施例，在默认电压同步步骤中，不管燃料电池是否已经启动，所述多个辅控制器基于所述存储的偏移值来校正所述高电压组件的所述电压。

根据本发明的实施例，在默认电压同步步骤中，多个辅控制器可基于存储的偏移值以预设的水平校电压。

根据本发明的实施例，在默认电压同步步骤中，当多个辅控制器基于存储的偏移值以预设的水平校正所述电压时，如果校正的结果落在偏移的预设的最大可允许的范围内，则多个辅控制器可等待来自主控制器的默认电压同步命令，反之如果结果超出所述偏移的所述预设的最大可允许范围，则多个辅控制器可将同步完成信号传送至主控制器。

根据本发明的实施例，在默认电压同步步骤中，当所述辅控制器从所述主控制器接收到所述默认电压同步命令时，所述辅控制器将电压校正整体存储的偏移值。

根据本发明的实施例，在默认电压同步步骤中，当燃料电池的启动已经完成时，主控制器可确定用于测量组电压的设备是否正常，且当用于测量组电压的设备正常时，主控制器可将默认电压同步命令传送至辅控制器。

根据本发明的实施例，在实时电压同步步骤中，所述主控制器根据在所述燃料电池组的输出电压和在所述默认电压同步步骤中所述已校正的电压之间的差值来计算平均偏移值，并且基于所述平均偏移值来 设置目标偏移值。

根据本发明的实施例，在实时电压同步步骤中，当目标偏移值落在预设的临界范围内时，主控制器可终止使电压同步。

根据本发明的实施例，在实时电压同步步骤中，当所述目标偏移值超出预设的临界范围时，所述主控制器确定通过检查所述燃料电池车辆的驱动条件来确定所述目标偏移值的量级是否能被立即校正。

根据本发明的实施例，在实时电压同步步骤中，当所述目标偏移值的所述量级能够被立即校正时，所述主控制器传送对应于所述目标偏移值的实时偏移补偿值和用于指示所述实时偏移补偿值的第一实时电压同步命令至所述辅控制器。

根据本发明的实施例，在实时电压同步步骤中，当所述目标偏移值的所述量级不能够立即校正时，所述主控制器将对应于预定的最小偏移补偿值的实时偏移补偿值和用于指示所述实时偏移补偿值的第二实时电压同步命令。

根据本发明的实施例，在实时电压同步步骤中，当接收实时偏移补偿值时，辅控制器可基于实时偏移补偿值计算待校正的电压的量，并且可在用于偏移补偿的预设的可允许范围内校正所述电压。

根据本发明的实施例，在实时电压同步步骤中，当确定在所述辅控制器在用于偏移补偿的所述预设的可允许范围内校正电压后能够进一步的校正时，所述辅控制器将所述已校正的电压传送至所述主控制器且等待进一步的实时电压同步命令。

本发明的实施例可还包括偏移存储步骤，其中当从主控制器接收电压同步终止命令时辅控制器存储最终校正的偏移值。

如上所述，根据用于同步燃料电池车辆的电压的方法，与驱动条件无关，电压从启动车辆时到停止车辆时可实时同步，且燃料电池车辆的再生制动性能和燃料效率可改进。

同时，根据用于同步燃料电池车辆的电压的方法，可阻止车辆振动，该振动因为根据MCU的参考输出的减额和释放减额交替地重复而引起的。因此行车质量可改进。同时，电动机的最大输出可在燃料电池组的最大功率范围内保持，且在其期间燃料电池组在带有低效率的低电压产生功率的冷启动时间可降低，因此燃料电池组的寿命可延长且 车辆性能可改进。

附图说明

本发明的上面和其它对象、特征和其它优点通过下面结合附图的详细描述将会更加清楚地理解，其中：

图1是燃料电池车辆的高电压功率网的框图，根据本发明的实施例的用于同步燃料电池车辆的电压的方法和系统应用至所述燃料电池车辆；

图2是示出系统的框图，所述系统实施根据本发明的实施例的用于同步燃料电池车辆的电压的方法；

图3是根据本发明的实施例用于同步电压的方法的流程图；

图4是示出在根据本发明的实施例的用于同步电压的方法中主控制器的控制过程的流程图；以及

图5是其示出在根据本发明的实施例的用于同步电压的方法中辅控制器的控制过程的流程图。

具体实施方式

应当理解术语“车辆”或“车辆的”或如在这里所用的其他类似术语是诸如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的通常机动车辆，包括各种船和海船的船只，航空器、及类似物的包含物，且包含混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(如衍生自非石油资源的燃料)。在此所指，混合动力车辆是有两个或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电动力都有的车辆。

在此使用的专业词语仅为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明。如这里所用，除非上下文另行明确指示，单数形式“一个/种”和“该”也包含复数形式。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括的”指定了所述特征、整数、步骤、操作、要素、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或其集合的存在或添加。如这里所用，术语“和/或”包括相关列出项的一个或多个的任何和所有组合。贯穿本说明 书，除非明确地相反描述，单词“包括”和诸如“包括了”或“包括的”的变体应理解意为所述元件的包含物但不排除任何其他元件。另外，在本说明中描述的术语“单元”、“者”、“器”和“模块”意为用于处理至少一个功能和工作，且能被硬件组件或软件组件及其组合实施的单元。

此外，本发明的控制逻辑可实施为在计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质，所述计算机可读介质包含被处理器、控制器等施行的可执行程序。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软磁碟、闪存盘、智能卡和光数据存储元件。计算机可读介质也可分布至耦合计算机系统的网络中，如此计算机可读介质以分布的方式存储和施行，如，被远程服务器或控制器局域网(CAN)执行。

在下文，根据本发明各种实施例的用于同步燃料电池车辆的电压的方法将参考附图详细描述。

图1是燃料电池车辆的高电压功率网的框图，根据本发明的实施例的用于同步燃料电池车辆的电压的方法和系统应用至所述燃料电池车辆。

参考图1，燃料电池车辆(根据本发明的实施例的用于同步燃料电池车辆的电压的方法和系统应用至该车辆)的高电压功率网10可包括燃料电池组11、电动机控制单元(MCU)13、功率转换控制器15、高电压蓄电池17和风机/泵控制单元(BPCU)/附属机械19。

燃料电池组11的输出电压可经组电压监视器(SVM)111感测。MCU 13可包括用于感测输出电压的电压传感器(未示出)。功率转换控制器15，其是布置在高电压DC-DC转换器中的控制器，可感测连接至燃料电池组11的端子的电压和连接至高电压蓄电池17的端子的电压。高电压蓄电池17可包括蓄电池管理系统171。BPCU 19感测应用至风机/泵的电压，且附属机械19也可包括用于感测应用至其的电压的电压传感器。

这里，理想化地，燃料电池组11的输出电压Verf、在MCU 13中感测的电压Vm和功率转换控制器15的端子的电压Vd(在燃料电池组11的侧面感测)必须与所有高电压线连接至的节点的电压Vc相同。 然而，实际上，因为在燃料电池组11中的SVM 111、MCU 13的电压传感器、功率转换器控制器15等有一些电压感测误差，所以它们可感测不同的电压。

因此，为了使控制器感测相同电压，有必要在特定时间和特定水平同步所感测的电压，因此，在燃料电池车辆驱动时控制器的每个的控制精度可改进。在本发明的实施例中，基于由SVM 111(其在感测电压上具有最高精度)感测的电压，由其它传感器感测的电压可同步。

图2是系统的框图，所述系统实施根据本发明的实施例的用于同步燃料电池车辆的电压的方法。

参考图2，实施根据本发明的实施例的用于同步燃料电池车辆的电压的方法的系统可包括燃料电池控制器30(其是主控制器)、电动机控制单元(MCU)13和功率转换控制器15(其是用于控制高电压组件的辅控制器)和用于监视和测量组电压的组电压监视器111。

在本发明的实施例中，燃料电池控制器30(即，主控制器)可传送同步命令至辅控制器13和辅控制器15，从辅控制器13和辅控制器15接收同步完成通知，且执行对同步电压的计算。

在本发明的实施例中，MCU 13和功率转换器15(对应各辅控制器)可执行控制从而同步电动机和功率转换单元的电压，它们分别由MCU 13和功率转换器15控制。

组电压监视器111可呈现燃料电池组的电压，其是用于同步电压的参考电压。

图3是根据本发明的实施例用于同步电压的方法的流程图。

参考图3，根据本发明的实施例用于同步电压的方法可包括默认电压同步步骤(S101)和实时电压同步步骤(S105、S107和S109)，其在默认电压同步步骤(S101)完成后执行。当同步目标实现时(S111)，根据本发明的实施例用于同步电压的方法可终止同步。

默认电压同步步骤(S101)可以是步骤，其中当燃料电池车辆启动时，高电压组件的电压基于偏移值校正，且然后所校正的电压响应于来自主控制器30的默认电压同步命令进一步校正，偏移值已经预先存储在用于控制燃料电池车辆的高电压组件的多个辅控制器(例如，MCU 13和功率转换单元15)。

实时电压同步步骤(S105、S107和S109)可以是步骤，在所述步骤中，在默认电压同步步骤(S101)已经完成后，主控制器30传送用于校正高电压组件的电压的目标偏移值至辅控制器13和辅控制器15，且辅控制器13和辅控制器15基于目标偏移值进一步校正在默认电压同步步骤中(S101)校正的电压，目标偏移值基于在默认电压同步步骤(S101)中校正的电压和由燃料电池组电压监视器111感测的燃料电池组的输出电压。

实时电压同步步骤(S105、S107和S109)可包括步骤，在所述步骤中主控制器30基于在默认电压同步步骤(S101)中校正的电压和燃料电池组的输出电压(由燃料电池组电压监视器111感测)计算用于校正高电压组件电压的目标偏移值，并根据目标偏移值在车辆的电流驱动条件中确定依据电压是否可立即校正的用于实时电压同步的条件。

在该过程(S105)中，如果确定电压根据目标偏移值可立即校正，则第一实时电压同步控制(S107)是优选使得电压根据目标偏移值立即校正。相反地，如果确定电压根据目标偏移值不可立即校正，则第二实时电压同步控制(S109)将执行使得电压值由一定的单元划分且逐渐地执行校正以达到目标偏移值。

图4是在根据本发明的实施例的用于同步电压的方法中主控制器的控制过程的流程图。同时，图5是在根据本发明的实施例的用于同步电压的方法中辅控制器的控制过程的流程图。

在下文，根据本发明的实施例用于同步电压的方法通过分别由主控制器30和辅控制器13及辅控制器15执行的控制过程的说明详细描述。

首先，控制器的每个的控制过程(在默认电压同步步骤中执行)被描述。

参考图4，该控制过程(在默认电压同步步骤中由主控制器30执行)可包括步骤S201至步骤S207。当燃料电池车辆启动时，车辆可在EV模式下驱动，且燃料电池独立地启动从而工作。在这种情况下，与燃料电池的启动是否已经完成无关，根据本发明的实施例的用于同步电压的方法可以开始。与燃料电池的启动的完成无关所执行的过程可由辅控制器13和辅控制器15执行，其稍后将描述。

当燃料电池的启动已经完成时，主控制器30可使用燃料电池组监视器111测量燃料电池组的电压。因为本发明的实施例使用由燃料电池组监视器111(其在感测电压上有高精度)感测的电压作为参考电压，所以主控制器30可确定(S203)燃料电池组监视器111是否故障。

随后，当由燃料电池组监视器111感测的电压正常时，主控制器30可传送默认电压同步命令至辅控制器13和辅控制器15(S205)。因此，辅控制器13和辅控制器15执行默认电压同步。辅控制器13和辅控制器15(它们从主控制器30接收默认电压同步命令)的控制过程在图5中用H标记。

随后，通过从辅控制器13和辅控制器15接收默认电压同步的完成的通知，主控制器30可确定(S207)默认电压同步已经完成。

同时，如在图5中所示，在默认电压同步中，当燃料电池车辆启动时，与车辆的启动是否已经完成无关，辅控制器13和辅控制器15检测系统是否正常。如果确定系统正常，则辅控制器13和辅控制器15读取电压偏移值(S301)，其已经预先存储在辅控制器的存储器中。该电压偏移值可以是在先前电压同步步骤中存储的电压偏移值。

随后，与默认电压同步命令是否从主控制器30接收无关，辅控制器13和辅控制器15可基于所存储的偏移值校正电压(S303)。这里，偏移值可在辅控制器工作的开始被读取。在开始校正中(S303)，其与默认电压同步命令的接收无关而被执行，因为电压基于过去偏移值(其已经预先存储)校正，所以由于组件的电压传感器的劣化，更大误差可发生。因此，鉴于此，电压根据预设的水平而非在开始校正(S303)中的偏移值校正，其中预设的水平基于先前存储的预设的值(例如，它可以是先前存储的偏移值的50％)确定。这里，为了在车辆发动的开始最小化电压偏移值，执行开始校正，因此控制可以快速执行且控制性能可以改进。

随后，辅控制器13和辅控制器15比较偏移的预设的最大可允许范围与通过预设的水平校正电压的结果(S305)，其是基于先前存储的预设的值。在这种情况下，如果通过预设的水平校正电压的结果(其是基于先前存储的预设的值)落在偏移的预设的最大可允许范围内，当从主控制器30接收默认电压同步命令(S307)时，则辅控制器13 和辅控制器15通过整体预设的值校正电压(S309)且发送默认同步的完成的通知到主控制器30(S311)。

相反地，如果通过预设的水平的校正电压的结果超出偏移的预设的最大可允许范围，则辅控制器13和辅控制器15立即完成默认同步步骤且发送默认同步的完成的通知到主控制器30(S313)。因为进一步的同步可基于偏移值执行，所述偏移值基于在下面实时电压同步步骤中实时地测量的参考电压而设置，所以虽然结果超出偏移的最大可允许范围，但也可有效地补偿偏移。

当辅控制器13和辅控制器15发送默认电压同步的完成的通知到主控制器30时(S311和S313)，辅控制器13和辅控制器15也可发送关于高电压组件的电压的信息，其已经通过默认电压同步校正了。

在下文，描述主控制器30和辅控制器13及辅控制器15在实时电压同步步骤中的控制过程。

当从辅控制器13和辅控制器15接收默认电压同步的完成的通知时(S207)，主控制器30分析高电压组件的电压偏移的量级(S209)。如上所述，辅控制器13和辅控制器15可传送高电压组件的电压(其通过自身控制)连同默认电压同步的完成的通知至主控制器30。通过分析在从燃料电池组监视器111输入的燃料电池组电压(即，参考电压(Verf))和从辅控制器13和辅控制器15传送的高电压组件的电压之间的差值，主控制器30计算平均偏移值(S209)。

随后，基于平均偏移值，主控制器30设置目标偏移值，其将由辅控制器13和辅控制器15的每个的实时电压同步补偿(S211)。如果目标偏移值超出预设的临界范围(例如，如果目标偏移值的绝对值大于1V)，则主控制器30确定进一步的实时同步是必要的。相反地，如果目标偏移值落在预设的临界范围内，则确定进一步的同步不必要，因为偏移值小到足以在测量误差公差范围内，因此实时同步可立即终止(S223)。

当目标偏移值超出预设的临界范围时，通过检查车辆驱动条件，在传送实时同步命令之前，主控制器可确定是否执行第一实时电压同步或第二实时电压同步(S215)。在该步骤(S215)中，如果车辆驱动条件是在整体目标偏移值可补偿的状态中，则主控制器30可传送用于 执行第一实时电压同步的命令(其中电压通过目标偏移值校正)和整体目标偏移值至辅控制器13和辅控制器15(S219)。相反地，如果确定车辆驾驶条件是在整体目标偏移值不能补偿的状态中(S215)，则主控制器30可传送预定最小补偿偏移值(例如，±1V)和用于执行第二实时电压同步的命令至辅控制器13和辅控制器15。

随后，主控制器30从辅控制器13和辅控制器15接收作为执行实时电压同步的校正偏移值的结果所获得的电压，且确定实时电压同步步骤是否已经完成(S221)。如果确定实时电压同步已经完成，则主控制器30可传送用于终止实时电压同步的命令至辅控制器13和辅控制器15(S223)。如果主控制器30确定实时电压同步没有完成，则上述过程(S209、S211、S213、S215、S217和S219)可再次执行。

同时，在实时电压同步步骤中，辅控制器13和辅控制器15接收实时电压同步命令且确定命令是否指示继续同步(S317)。

当从主控制器30接收实时电压同步命令时，如果命令指示继续同步，则辅控制器13和辅控制器15可通过计算值执行同步(S321)，所述值对于基于从主控制器30传送的偏移值(即，上述目标偏移值或最小补偿偏移值)进一步校正电压是必要的。在这种情况下，辅控制器13和辅控制器15可在用于偏移的最大可允许范围内校正电压。

在由辅控制器13和辅控制器15执行的实时电压同步过程中，因为主控制器30传送偏移值(其由第一实时同步命令或第二实时同步命令决定)，所以辅控制器13和辅控制器15仅需要基于所接收的偏移值校正电压。

随后，在同步之后，如果补偿偏移的结果可进一步在可允许范围中校正(S326)，则辅控制器13和辅控制器15等待用于进一步的实时电压同步的命令(S315)。相反地，如果补偿偏移的结果不能在可允许范围中进一步校正(S326)，则辅控制器13和辅控制器15可通知主控制器30实时电压同步的完成(S323)。

随后，如果从主控制器30传送的实时电压同步命令是用于继续同步的命令，则上述过程(S319、S321、S326和S315)可重复。如果从主控制器30传送的实时电压同步命令是用于终止同步的命令，则辅控制器通知主控制器30实时电压同步的完成(S323)，且由电压同步控 制校正的偏移值存储在存储器中。所存储的偏移值在车辆的下次启动可用于默认电压同步。

燃料电池车辆在最大/最小电压范围内驱动。当再生制动在减速车辆时执行时，电压增加。因此，如果高电压组件具有电压误差，当电压接近最小电压时，则再生制动不能最大化或驾驶员可感到车辆的驱动不平顺，因为电压减额由MCU根据电压的上限执行。同时，当加速车辆时，由于电动机的最大输出，电压降低。因此，当电压接近最小电压时，电压减额由MCU根据电压的下限执行。因此，虽然组性能良好，但输出功率可降低。同时，当组在带有低效率的低电压产生功率时，只要低电压控制性能良好，那么热可最大化地获得。然而，如果误差发生在控制电压中，则冷启动持续时间不能减少。同时，如果功率转换控制器在控制电压中在节段(排除最大和最小电压节段)中有大的误差，则用于分配功率的高精度控制性能可降低。因此，当根据本发明的实施例的上述用于同步燃料电池车辆的电压的方法应用时，与从车辆启动时至车辆停止时的驱动条件无关，电压可同步，且再生制动性能和燃料电池车辆的燃料效率可改进。同时，基于MCU的参考电压，可阻止车辆振动，所述振动可由重复执行和释放电压减额引起，电动机的最大输出可保持在燃料电池组的最大输出范围内，且燃料电池组在其期间在具有低效率的低电压产生功率的冷启动时间可减少。

虽然本发明的优选实施为了示例性目的已描述，但本领域技术人员将理解在不脱离随附权利要求中公开的本发明范围和精神下各种修改、增添和替换是可以的。