用于燃料电池车辆便携式发电用安全装置及其操作方法与流程

本申请基于且要求2015年6月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请NO.10-2015-0083877的优先权的权益，其全部公开内容并入在此以供参考。

技术领域

本公开涉及用于燃料电池车辆的便携式发电用安全装置及其操作方法，当燃料电池车辆的电源用作当前与燃料电池车辆的位置无关放置的便携式发电机的应急电源时，该安全装置能够防止因燃料电池车辆的运动而导致的事故的发生。

背景技术：

根据对环境污染的兴趣的增加，已经积极地进行了环境友好能源的研究。特别地，通过在作为能源的燃料气体和氧化气体之间的电化学反应，使用燃料电池发电的燃料电池系统已很突出。此外，安装有燃料电池系统的燃料电池车辆已经变成作为下一代交通工具的重要的研究课题。在燃料电池车辆中，使用燃料电池中产生的电力来驱动燃料电池车辆的电动机。

在紧急情况诸如灾难等，当便携式发电机连接到燃料电池车辆时，燃料电池车辆可以作为配置成对便携式发电机供应应急电力的电源。然而，由于燃料电池车辆是用于运输人员和/或货物的运输工具，所以当燃料电池车辆移动并且连接到便携式发电机时，可能发生安全风险。

技术实现要素：

本公开提供用于燃料电池车辆的便携式发电用安全装置及其操作方法，当燃料电池车辆的电源用作当前与燃料电池车辆的位置无关放置的便携式发电机的应急电源时，该安全装置能够通过限制燃料电池车辆的变速杆的操纵和电动机的驱动来防止因燃料电池车辆的运动而 导致的事故的发生。

根据本公开的示例性实施例，用于燃料电池车辆的便携式发电用安全装置可以包括：燃料电池，其配置成供应驱动燃料电池车辆的电动机所需的电力；电池，其配置成用作燃料电池的辅助动力源；双向功率变换器，其配置成控制电池的输入功率和输出功率；连接端口，其配置成连接到与燃料电池车辆的位置无关放置的便携式发电机；继电器，其配置成连接到连接端口以对便携式发电机供应电力；以及燃料电池控制器，其配置成当燃料电池车辆的启动被开启时，确认车辆状态是否满足便携式发电模式进入条件，并且基于确认结果调整继电器以执行便携式发电。

该连接端口可以包括：一对电源端子，其配置成供应便携式发电机的操作电力；连接信号端子，其配置成对便携式发电机供应低电压电力，并且传送用于感测便携式发电机的连接状态的连接信号；连接感测端子，其配置成接收连接信号的反馈；以及接地端子。

该继电器可以设置在燃料电池和双向功率变换器两者与一对电源端子之间。当燃料电池车辆的操作模式进入便携式发电模式时，燃料电池控制器可以配置成限制变速杆的操纵，并且停止用于驱动电动机的转矩指令。另外，燃料电池控制器可以配置成在便携式发电模式中，将燃料电池的功率和电池的功率供应到便携式发电机。

然后，当燃料电池车辆的操作模式从便携式发电模式改变成电动车辆(EV)模式时，燃料电池控制器可以配置成停止便携式发电。当在便携式发电模式中燃料电池车辆的启动被关闭时，燃料电池控制器可以配置成停止对便携式发电机供应电力。进一步地，当在便携式发电模式中接收到便携式发电停止指令时，燃料电池控制器可以配置成停止对便携式发电机供应电力，并且当在便携式发电模式中解除连接端口的连接时，燃料电池控制器配置成停止对便携式发电机供应电力。

根据本公开的另一个示例性实施例，用于燃料电池车辆的便携式发电用安全装置的操作方法可以包括：当燃料电池车辆的启动被开启时，确认车辆状态是否满足便携式发电模式进入条件；当车辆状态满足便携式发电模式进入条件时，允许燃料电池车辆的操作模式进入便携式发电模式；当燃料电池车辆的操作模式进入便携式发电模式时， 限制变速杆的操纵以及燃料电池车辆的电动机的驱动；以及当变速杆的操纵和燃料电池车辆的电动机的驱动被限制时，使用燃料电池和电池对与燃料电池车辆的位置无关放置的便携式发电机供应电力。

在确定(例如，确认)车辆状态是否满足便携式发电模式进入条件的步骤中，可以确认变速杆的位置，可以确定连接端口是否被连接，以及可以确定是否接收到便携式发电指令。用于燃料电池车辆便携式发电用安全装置的操作方法还可以包括：将燃料电池车辆的操作模式从便携式发电模式改变成EV模式；以及当燃料电池车辆的操作模式进入EV模式时，停止对便携式发电机供应电力。

用于燃料电池车辆便携式发电用安全装置的操作方法还可以包括：当在便携式发电模式中燃料电池车辆的启动被关闭时，停止对便携式发电机供应电力。另外，用于燃料电池车辆的便携式发电用安全装置的操作方法可以包括：在便携式发电模式中，感测便携式发电机的连接的解除；以及当到便携式发电机的连接被解除时，停止对便携式发电机供应电力。在便携式发电模式中，还可以接收便携式发电停止指令；以及当接收到便携式发电停止指令，可以停止对便携式发电机供应电力。

附图说明

本公开上述以及其他目的、特征和优点将从下面结合附图的详细描述中显然看出。

图1是示出根据本公开示例性实施例的用于燃料电池车辆的便携式发电用安全装置的方框图；

图2是示出根据本公开示例性实施例的图1所例示的连接端口和便携式发电机的连接器的结构的视图；

图3是示出根据本公开示例性实施例的用于燃料电池车辆的便携式发电用安全装置的操作方法的流程图；

图4是示出根据本公开示例性实施例的用于描述在改变成电动车辆(EV)模式时安全装置的操作的流程图；

图5是根据本公开示例性实施例的用于描述在启动关闭状态中安全装置的操作的流程图；以及

图6是根据本公开示例性实施例的用于描述基于便携式发电停止请求的安全装置的操作的流程图。

附图中各个要素的符号

110：燃料电池

120：主电池

130：双向功率变换器

140：辅助电池

150：低电压功率变换器

160：连接端口

170：逆变器

180：电动机

190：燃料电池控制器

200：便携式发电机

210：连接器

163：继电器

S101：开启启动

S103：是否满足便携式发电模式进入条件？

S105：进入便携式发电模式

S115：进入车辆驱动模式

S107：限制变速杆的操纵和电动机的驱动

S109：驱动燃料电池

S111：进入混合动力模式

S113：在混合动力模式中操作燃料电池车辆

S121：燃料电池异常？

S123：将燃料电池车辆的操作模式改变成EV模式

S125：停止对便携式发电机供应电力

S127：停止燃料电池车辆的驱动

S131：关闭启动

S133：停止对便携式发电机供应电力

S135：停止燃料电池的驱动

S137：停止燃料电池车辆的驱动

S141：接收便携式发电停止指令或者感测连接端口的连接的解除

S143：停止对便携式发电机供应电力

S145：停止燃料电池的驱动

S147：停止燃料电池车辆的驱动

具体实施方式

应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”、“车辆的”或其他类似术语包括一般的机动车辆，比如包含多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商业车辆的客运汽车、包括各种轮船和舰船的船只、飞机等，还包括混合动力车、电动车、插电式混合动力电动车、氢动力车和其它替代燃料车辆(例如，燃料是从非石油资源中提炼出来的)。如本文所述，混合动力车是具有两种或多种功率源的车辆，例如同时具有汽油动力和电动力的车辆。

尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元来执行示例性进程，可以理解的是，上述示例性进程也可以由一个或多个模块执行。此外，应该理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。上述存储器被配置成存储该模块，以及处理器专门配置成执行该模块以实现其在下面进一步描述的一个或多个进程。

此外，本发明的控制逻辑可被实施为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在网络耦接的计算机系统上，这样可以通过分布式方式例如通过远程服务器或控制器局域网络(CAN)存储和执行计算机可读介质。

本文使用的术语仅出于说明具体实施方式的目的，而不意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”、“该”也意在包括复数形式，除非上下文中另外明确指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。如本文所使用的， 术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有结合。

除非特别说明或从上下文中是显而易见的，如本文所用，术语“约”应理解为本领域中一个正常容差的范围，例如在平均值的2个标准差之内。“约”可以理解为在规定值的10％，9％，8％，7％，6％，5％，4％，3％，2％，1％，0.5％，0.1％，0.05％或0.01％内。除非在上下文中明确规定，否则本文提供的所有数值都被术语“约”修饰。

在下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例。当在燃料电池车辆的燃料电池中产生的功率被供应为便携式发电机的应急功率时，本公开限制燃料电池车辆的运动以防止由于燃料电池车辆的运动而导致发生的安全问题。

图1是示出根据本公开示例性实施例的用于燃料电池车辆的便携式发电用安全装置的方框图，并且图2是示出图1所示的连接端口和便携式发电机的连接器的结构的视图。

安装在燃料电池车辆内的安全装置100可以配置成在燃料电池车辆的便携式发电期间限制燃料电池车辆的运动，从而保护工人不受因疏忽造成的意外。安全装置100可以包括燃料电池110、主电池120、双向功率变换器130、辅助电池140、低电压功率变换器150、连接端口160、逆变器170、电动机180以及燃料电池控制器190。燃料电池控制器190可以配置成操作安全装置100的各种部件。

特别地，燃料电池110允许氧和氢相互进行化学反应以产生电能(电力)。二极管D可以连接到燃料电池110的输出端子以保护燃料电池110不受反向电流。主电池120可以配置成将电能存储于此(例如，可以利用电能进行充电)，或者排放(例如，放出)存储于此的电能。主电池120可以由高压电池组成。燃料电池110和主电池120可以配置成供应驱动燃料电池车辆的电动机所需的电力。燃料电池110可以被用作燃料电池车辆的主动力源，并且主电池120可以被用作辅助动力源。

双向功率变换器130可以配置成调整从主电池120输出的输出功率或输入到主电池120的输入功率。可以由双向高压直流(DC)到DC变换器(BHDC)实现双向功率变换器130。双向功率变换器130可以配置成将从主电池120输出的电压变换成驱动电动机所需的电压，并 且将变换后的电压传送到逆变器170。双向功率变换器130还可以配置成将输入到主电池120的输入电压变换成用于对主电池120充电所需的充电电压。

辅助电池140可以配置成将低电压(例如，约12.5V到14V)电力存储于此(例如，可以用低电压电力进行充电)，或者排放(例如，放出)存储于此的电力。辅助电池140可以配置成对安装在燃料电池车辆内的低电压负载供应电力。低电压负载可以是片材热线、车内灯等。低电压功率变换器150可以配置成将由燃料电池110或主电池120提供的高电压(例如，大约240V到430V)变换成低电压，并且利用该低电压对辅助电池140充电。

连接端口160是用于连接到便携式发电机200的接口，其中该便携式发电机200与燃料电池车辆的位置无关。燃料电池车辆可以配置成通过连接端口160对便携式发电机200供应电力(例如，应急功率)。连接端口160可以包括五个端子(1到5)和继电器163，如图2所示。然而，连接端口160并不局限于五个端子，并且可以包括任意数量的端子。连接端口160可以包括一对电源端子1和2、连接信号端子3、连接感测端子5和接地端子4。电源端子1和2可以连接到一对高压电力线L1和L2，该高压电力线L1和L2配置成供应便携式发电机200的操作电力。高压电力线L1和L2可以连接到燃料电池110和双向功率变换器130的输出端子。

继电器163配置成执行到便携式发电机200的电力的供应以及阻碍电力到便携式发电机200，继电器163可以装配在高压电力线L1和L2上。当燃料电池车辆的操作模式进入便携式发电模式时，将便携式发电机200和燃料电池车辆的电源彼此连接的继电器163可以被接通。连接信号端子3可以连接到连接信号线L3，用于感测连接端口160的连接状态的连接信号在连接信号线L3中流动。连接信号线L3可以是连接到低电压功率变换器150的输出端子的低电压电力线，以供应从辅助电池140输出的低电压电力。换句话说，连接信号端子3可以是配置成供应低电压电力的端子。

此外，接地端子4可以连接到接地线L4。连接感测端子5可以连接到反馈信号线L5，连接信号的反馈信号(例如，连接感测信号)在 反馈信号线L5中流动。逆变器170可以配置成将由燃料电池110和/或主电池120供应的高电压DC功率变换成驱动电动机所需的功率。例如，逆变器170可以配置成将从燃料电池110和/或主电池120输出的高电压变换成三相交流(AC)电压。电动机180可以是通过接收由逆变器170供应的电力进行驱动的电动机。

当燃料电池车辆的启动被开启时，燃料电池控制器190可以配置成确定(例如，确认)车辆状态是否满足便携式发电模式进入条件。然后，燃料电池控制器190可以配置成使用安装在燃料电池车辆内的传感器和电子控制装置收集车辆状态信息。车辆状态信息可以包括变速杆的位置信息、便携式发电按钮的输入信息和连接端口160的连接状态信息。特别地，便携式发电按钮是一个输入，通过该输入可以接收用于指示便携式发电操作的用户指令。

当燃料电池车辆为停车状态(例如，变速杆设置在停车(P)档位)时，燃料电池控制器190可以配置成将燃料电池车辆的操作模式改变成便携式发电模式，连接端口160的连接可以被感测到，并且便携式发电操作指令(例如，便携式发电按钮处于开启状态)可以被接收到。换句话说，燃料电池控制器190可以配置成确定变速杆是否设置在P档位，是否感测到连接信号的反馈，以及便携式发电按钮是否处于用于车辆状态满足便携式发电模式进入条件的启动状态。

此外，当燃料电池车辆的操作模式进入便携式发电模式时，燃料电池控制器190可以配置成限制变速杆的操纵和电动机180的驱动。换句话说，燃料电池控制器190可以配置成关闭变速杆锁定继电器，以防止变速杆被操纵，并且停止用于驱动电动机的转矩指令，以防止电动机180被驱动。例如，虽然在感测到连接端口160的连接之后，变速杆被转变为驱动(D)档位，但燃料电池控制器190可以配置成停止转矩指令，同时在车辆驱动模式中停止(例如，P档位的变速杆)燃料电池车辆。当感测到连接端口160的连接的解除时，燃料电池控制器190可以配置成改变燃料电池车辆的操作模式以进入便携式发电模式，并且保持停止转矩指令直到在燃料电池车辆的启动被关闭之前。

当在便携式发电模式中有异常(例如，故障或错误)发生在燃料电池110中时，燃料电池控制器190还可以配置成将燃料电池车辆的 操作模式改变成电动车辆(EV)模式。特别地，EV模式指示只可以使用主电池120的模式。当将燃料电池车辆的操作模式改变成EV模式时，燃料电池控制器190可以配置成关闭连接便携式发电机200和燃料电池车辆的电源的继电器163。换句话说，燃料电池控制器190可以配置成停止对便携式发电机200供应电力。此外，燃料电池控制器190可以配置成执行停机顺序，以防止主电池120放电，从而停止燃料电池车辆的驱动(例如，启动)。

另外，当在便携式发电模式中燃料电池车辆的启动被关闭时，燃料电池控制器190可以配置成关闭继电器163，并且然后执行停机顺序。换句话说，燃料电池控制器190可以配置成停止燃料电池110的操作，并且也停止燃料电池车辆的驱动。此外，当在便携式发电模式中接收到便携式发电停止指令或者解除连接端口160的连接时，燃料电池控制器190可以配置成关闭继电器163，并且执行停机顺序。换句话说，当便携式发电按钮由用户改变成关闭状态或者没有反馈连接信号时，燃料电池控制器190可以配置成关闭继电器163，并且然后停止燃料电池110，并且也停止燃料电池车辆的驱动。

然后，燃料电池控制器190可以配置成基于燃料电池车辆的操作模式改变并显示在群集上显示的功率计。换句话说，当燃料电池车辆的操作模式是便携式发电模式时，燃料电池控制器190可以配置成计算燃料电池的发电功率，并且将计算出的发电功率在群集上显示为功率计。另外，当燃料电池车辆的操作模式是车辆驱动模式时，燃料电池控制器190可以配置成计算电动机驱动功率，并且将电动机驱动功率显示为功率计。

便携式发电机200可以与燃料电池车辆独立的设置，并且增加或减少在燃料电池车辆中生成的功率以及通过连接器210输出该功率。连接器210可以将便携式发电机200连接到燃料电池车辆的连接端口160。当连接器210连接到连接端口160时，在燃料电池车辆的燃料电池110中产生的电能可以被供应为便携式发电机200的驱动功率。

图3是示出根据本公开示例性实施例的用于燃料电池车辆的便携式发电用安全装置的操作方法的流程图。下面本文描述的方法可以由具有存储器和处理器的控制器来执行。参考图3，当燃料电池车辆的启 动被开启时，燃料电池控制器190可以配置成确定车辆状态是否满足便携式发电模式进入条件(S101和S103)。便携式发电模式进入条件可以是变速杆是否被设置在停车(P)档位，以及是否感测到连接端口160的连接信号和便携式发电按钮信号。

然后，当车辆状态满足便携式发电模式进入条件时，燃料电池控制器190可以配置成改变燃料电池车辆的操作模式以进入便携式发电模式(S105)。另外，当燃料电池车辆为停车状态(例如，变速杆被设置在P档位)且感测到连接端口160的连接和便携式发电按钮的输入(例如，便携式发电按钮被打开)时，燃料电池控制器190可以配置成改变燃料电池车辆的操作模式以进入便携式发电模式。

当燃料电池车辆的操作模式进入便携式发电模式时，燃料电池控制器190可以配置成限制变速杆的操纵和电动机180的驱动(S107)。特别地，燃料电池控制器190可以配置成将变速杆锁定继电器改变成关闭状态，以防止变速杆被操纵，并且停止用于驱动电动机180的转矩指令。燃料电池控制器190可以配置成接通电池继电器，并且操作双向功率变换器130以操作主电池120来供应电力和驱动燃料电池110(S109)。换句话说，燃料电池控制器190可以配置成在EV模式驱动燃料电池110以允许燃料电池车辆既使用燃料电池110的电力又使用主电池120的电力。

燃料电池控制器190可以配置成改变燃料电池车辆的操作模式以进入混合动力模式，在混合动力模式中可以使用从燃料电池110和主电池120输出的功率(S111)。换句话说，燃料电池控制器190可以配置成将燃料电池车辆的操作模式变换成混合动力模式。燃料电池控制器190还可以配置成改变燃料电池车辆的操作模式以进入混合动力模式来将从燃料电池110和主电池120输出的功率供应到便携式发电机200。换句话说，燃料电池控制器190可以配置成执行便携式发电。特别地，燃料电池控制器190可以配置成计算燃料电池110的功率，并且将功率计显示在群集上(未示出)。可以以任一种或多种形式如数字形式、图像形式、音频形式等输出功率计。

同时，当车辆状态不满足便携式发电模式进入条件时，燃料电池控制器190可以配置成改变燃料电池车辆的操作模式以进入车辆驱动 模式(S115)。燃料电池控制器190可以配置成使用从燃料电池110和主电池120输出的功率操作(例如，驱动)电动机以驱动燃料电池车辆。特别地，燃料电池控制器190可以配置成计算电动机功率，并且将功率计显示在群集上。

图4是根据本公开示例性实施例的用于描述在改变成EV模式时安全装置的操作的流程图。在当前的示例性实施例中，在燃料电池车辆被操作于混合动力模式期间，当由于燃料电池系统的异常导致燃料电池110的功率的供应被停止时，使得当使用高电压电池120时，操作模式被改变成EV模式，其以示例的方式进行描述。

燃料电池控制器190可以配置成改变燃料电池车辆的操作模式以进入便携式发电模式，并且然后改变燃料电池车辆的操作模式以进入使用燃料电池110和主电池120的混合动力模式，从而执行便携式发电，如图3所示。然后，当燃料电池车辆被操作于混合动力模式时，燃料电池控制器190可以配置成确定异常是否发生在燃料电池110中(S121)。当异常(例如，故障、错误等)发生在燃料电池110中时，燃料电池控制器190可以配置成将安全装置100的操作模式由混合动力模式改变成EV模式(S123)。

当安全装置100的操作模式被改变成EV模式时，燃料电池控制器190可以配置成停止对便携式发电机200供应电力(S125)。换句话说，当安全装置100的操作模式被改变成EV模式时，燃料电池控制器190可以配置成关闭继电器163以阻碍连接到便携式发电机200的功率。燃料电池控制器190还可以配置成停止对便携式发电机200供应电力，并且停止燃料电池车辆的驱动(S125)。

如上所述，根据当前的示例性实施例，当在便携式发电模式中由于燃料电池系统的异常导致燃料电池110的发电被停止时，用于燃料电池车辆的便携式发电用安全装置100可以将其操作模式改变成高电压电池120被用作功率源的EV模式，并且停止便携式发电。

图5是根据本公开的示例性实施例的用于描述在启动关闭状态中安全装置的操作的流程图。当在混合动力模式中执行便携式发电时，燃料电池控制器190可以配置成感测燃料电池车辆的启动的关闭(S131)。当燃料电池车辆的启动被关闭时，燃料电池控制器190可以 配置成停止对便携式发电机200供应电力(S133)。然后，燃料电池控制器190可以配置成停止燃料电池110的驱动(S135)，并且还停止燃料电池车辆的驱动(S137)。

图6是根据本公开示例性实施例的用于描述基于便携式发电停止请求的安全装置的操作的流程图。当在混合动力模式中执行便携式发电时，燃料电池控制器190可以配置成接收便携式发电停止指令或者感测连接端口160的连接的解除(S141)。换句话说，当便携式发电按钮处于关闭状态或者连接到连接端口160的便携式发电机200的连接器210由用户操纵从连接端口160断开，燃料电池控制器190可以配置成感测到关闭状态或连接器210从连接端口160的断开。

然后，当接收到便携式发电停止指令或者感测到连接端口160的连接的解除时，燃料电池控制器190可以配置成停止对便携式发电机200供应电力(S143)。换句话说，当从驾驶员接收到发电停止请求时，燃料电池控制器190可以配置成关闭继电器163，其中该继电器163执行燃料电池车辆的燃料电池110和便携式发电机200之间的功率连接。然后，燃料电池控制器190可以配置成停止燃料电池的驱动和燃料电池车辆的驱动(S145和S147)。换句话说，燃料电池控制器190可以配置成停止燃料电池110的功率的产生，并且停止燃料电池车辆的启动。

如上所述，根据本公开的示例性实施例，当在燃料电池车辆的燃料电池中产生的功率被供应为当前与燃料电池车辆的位置无关放置的便携式发电机的应急功率，变速杆的操纵和燃料电池车辆的电动机的驱动可以被限制以防止燃料电池车辆移动，从而可以防止因燃料电池车辆的运动而导致的事故的发生。因此，根据本公开的示例性实施例，安全装置可以保护驾驶员和便携式发电机的操作员不遭受事故。

在上文中，虽然已参考示例性实施例和附图描述了本公开，但本公开并不局限于此，然而可以由本公开所属领域的技术人员对示例性实施例做出各种修改和变更，各种修改和变更将不偏离所附权利要求中保护的本公开的精神和范围。