本公开涉及一种燃料电池车辆的关闭系统(shutdownsystem，停车系统，停机系统)和控制方法，该关闭系统能在燃料电池车辆关闭时防止燃料电池劣化的同时，能够提高燃料电池车辆的燃料效率。
背景技术：
燃料电池是一类发电装置，其不是通过燃烧将燃料的化学能转换成热，而是通过燃料电池组中的电化学反应将化学能转化为电能，并且可以用于向小型电气或电子产品特别是便携式装置供电，以及为车辆提供工业电源、家用电源和电源。
主要用于车辆的燃料电池是聚合物电解质膜燃料电池(pemfc)，并且与其它类型的燃料电池相比具有高效率、大电流密度和输出密度、短启动时间和对负载变化的快速响应特性的优点。为了将燃料电池用作车辆的电源，通过堆叠燃料电池的单元电池而构造，以获得所需电力的燃料电池和多种配置为在要安装在车辆中的系统中的操作装置。
用于燃料电池的操作装置的示例可以包括：氢供给装置，供给作为燃料电池的燃料的氢；空气供给装置，向燃料电池供给包括氧化剂(即，氧)的空气；以及热量和水管理系统，将作为燃料电池的电化学反应副产物的热量发散到外部，以将燃料电池的操作温度控制为最优，并执行水管理功能。
氢供给装置包括氢罐、氢供给阀、压力控制器、氢再循环装置等，空气供给装置包括空气供给器、空气阀、加湿器等，并且热量和水管理系统包括冷却剂泵、散热器、三通阀、用于排出电池组中的水的排水装置等。另外，操作装置可以包括用于去除阳极中的杂质的氢排出管线的氢清除阀、用于去除电池组电压的阴极除氧电阻等。
在阴极除氧电阻中，当燃料电池车辆的驱动完成，并且然后燃料电池车辆失速(stall，熄火)以使燃料电池系统关闭时，如果燃料电池电压等于或大于预定电压并且氢残留在阳极中以及氢残留在阴极中，则氢和氧通过电解质膜彼此交换会加速催化剂层的劣化。
因此，当燃料电池系统关闭时，必须在降低燃料电池电压的同时从阴极和阳极去除氧和氢。为了这个目的，提供阴极除氧电阻。然而，除了上述引起的燃料电池电压的降低之外，燃料电池电压被除氧电阻强制降低，并且因此燃料电池车辆的效率降低，从而降低燃料效率。
作为现有技术描述的事物仅被提供用于帮助理解本公开的背景，并且这些不应被认为对应于本领域技术人员已知的现有技术。
技术实现要素：
本公开的目的是提供一种燃料电池车辆的关闭系统和燃料电池车辆的控制方法，其能够通过降低燃料电池的输出端子的电压来防止燃料电池劣化，并当燃料电池车辆失速时通过用燃料电池的输出端子的电压对高压电池充电来改善燃料来提高燃料电池车辆的效率。
根据本公开的示例性实施例，提供了一种燃料电池车辆的关闭系统，包括：燃料电池，配置为输出高电压；可充电的高压电池；双向转换器，布置在燃料电池的输出端子和高压电池之间；第一继电器，设置在燃料电池和双向转换器之间；和控制器，配置为当燃料电池车辆失速时控制双向转换器的电压，以降低燃料电池的输出端子的电压，并且当燃料电池的输出端子的电压值低于预设电压参考值时关断第一继电器。
关闭系统可以进一步包括：电阻器部，配置为消耗燃料电池的输出端子的电压；和第二继电器，布置在燃料电池和电阻器部之间，其中，当燃料电池车辆失速时，控制器可以接通第二继电器，以允许电阻器部消耗燃料电池的输出端子的电压。
当燃料电池的输出端子的电压值低于预设电压最小值时，控制器可以关断第二继电器。
当在接通第二继电器之后经过预设的参考时间时，控制器可以关断第一继电器。
当基于燃料电池的输出端子的电压的高压电池的可充电功率低于预设功率参考值时，控制器可以关断第一继电器。
控制器可以控制双向转换器的电压，使得燃料电池的输出端子的电压减小到预设变化率。
根据本公开的另一示例性实施例，提供了一种燃料电池车辆的关闭控制方法，包括：当燃料电池车辆失速时，由控制器控制设置在燃料电池和高压电池之间的双向转换器的电压，以减小燃料电池的输出端子的电压；以及当燃料电池的输出端子的电压低于预设电压参考值时，由控制器关断设置在燃料电池和双向转换器之间的第一继电器。
关闭控制方法可以进一步包括：当车辆失速时，由控制器接通设置在电阻器部和燃料电池之间的第二继电器，电阻器部设置成消耗燃料电池的输出端子的电压。
关闭控制方法可以进一步包括：当燃料电池的输出端的电压低于预设电压最小值时，由控制器关断第二继电器。
关闭控制方法可以进一步包括：当在接通第二继电器之后经过预设的参考时间时，由控制器关断第一继电器。
关闭控制方法可以进一步包括：当基于燃料电池的输出端子的电压的高压电池的可充电功率低于预设功率参考值时，由控制器关断第一继电器。
控制器可以控制双向转换器的电压，使得燃料电池的输出端子的电压减小到预设变化率。
根据本公开的又一示例性实施例，提供了一种非暂时性计算机可读介质，其包含由处理器执行的程序指令，计算机可读介质包括：当燃料电池车辆失速时，控制设置在燃料电池和高压电池之间的双向转换器的电压，以降低燃料电池的输出端子的电压的程序指令；以及当燃料电池的输出端子的电压低于预设电压参考值时，关断设置在燃料电池和双向转换器之间的第一继电器的程序指令。
非暂时性计算机可读介质，进一步包括：当燃料电池车辆失速时，接通设置在电阻器部和所述燃料电池之间的第二继电器的程序指令，所述电阻器部用于消耗所述燃料电池的输出端子的电压。
非暂时性计算机可读介质，进一步包括：当所述燃料电池的输出端子的电压低于预设电压最小值时，关断所述第二继电器的程序指令。
非暂时性计算机可读介质，进一步包括：当接通所述第二继电器之后经过预设的参考时间时，关断所述第一继电器的程序指令。
非暂时性计算机可读介质，进一步包括：当基于所述燃料电池的输出端子的电压的所述高压电池的可充电功率低于预设功率参考值时，关断所述第一继电器的程序指令。
进一步地，在非暂时性计算机可读介质中，所述双向转换器的电压被控制为，使得所述燃料电池的输出端子的电压减小到预设变化率。
附图说明
图1是根据本公开的示例性实施例的燃料电池车辆的关闭系统的配置图。
图2是根据本公开的示例性实施例的燃料电池车辆的关闭控制方法的流程图。
具体实施方式
应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动交通工具，诸如包括运动型多用途车辆(suv)、大巴车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只(boat)和船舶(ship)的水上交通工具(watercraft)，航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机、插入式(plug-in，外接充电式)混合动力电动车辆、氢动力车辆、以及其他可替代的燃料车辆(例如，燃料从除石油以外的资源获得)。如本文中提及，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
本文所使用的术语仅是用于描述具体实施方式的目的，而非旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则如本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式。应该进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”规定了阐述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的术语的任意及全部组合。在整个说明书中，除非明确地相反描述，否则词语“包括”及其变化形式“包括”或“包括”将被理解为暗示包括所陈述的元件，但不排除任何其它元件。此外，说明书中所描述的术语“单元”、“…器(-er)”、“…装置(-or)”和“模块”意指用于处理至少一个功能和操作的单元，并可通过硬件部件或者软件部件及其组合来实现。
进一步，本公开的控制逻辑可体现为在计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质，该非易失性计算机可读介质包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的实例包括但不限于，rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存盘、智能卡以及光学数据储存装置。计算机可读介质还可以分布在通过网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式方式存储和执行，例如，通过远程信息服务器或控制器局域网(can)来存储和执行。
在下文中，将参考附图描述本公开的示例性实施例。
如图1所示，根据本公开的示例性实施例的燃料电池的关闭系统包括：配置为输出高电压的燃料电池10、可再充电的高压电池20、布置在燃料电池10的输出端子和高压电池20之间的双向转换器30、配置在燃料电池10和双向转换器30之间的第一继电器40、配置为消耗燃料电池10的输出端子的电压的电阻器部60、布置在燃料电池10和电阻器部60之间的第二继电器70，以及控制器50。
例如，如上所述的燃料电池系统设置有关闭系统。然而，在现有的关闭系统中，燃料电池车辆失速，并且同时与车辆的主继电器相对应的第一继电器40也被关断。因此，在现有的情况下，关闭系统配置为使得单独设置的电阻器部60消耗燃料电池10的输出端子的电压，为了车辆的安全该燃料电池在燃料电池车辆启动之前输出高电压。由于如上所述的关闭系统的配置，输出端子的电压被不必要地消耗，这不利地影响车辆的燃料效率。
因此，本公开提供了一种燃料电池车辆的关闭系统，其可以尽可能多地使用燃料电池10的输出端子的电压，并且通过根据燃料电池车辆的状态适当地控制第一继电器40和第二继电器70的接通/关断状态以及即使燃料电池车辆失速也控制双向转换器30的电压，来降低燃料电池10的输出端子的电压，从而使燃料电池10的劣化最小化。
特别地，当燃料电池车辆失速时，控制器50控制双向转换器30的电压以降低燃料电池10的输出端子的电压，并且当燃料电池10的输出端子的电压值低于预设电压参考值时关断第一继电器40。
如从图1可以理解的，在燃料电池车辆系统中，燃料电池10的输出电压可以用于通过双向转换器30而对高压电池20充电。特别地，如果双向转换器30的电压被控制为低于燃料电池10的输出端子的电压，则电流从燃料电池10的输出端子流向双向转换器30，并且电流通过双向转换器30转换并且然后传递到高压电池20以对高压电池20充电。也就是，高压电池可以用燃料电池10的输出端子的剩余电压进行充电，从而提高车辆的燃料效率。这里，预设电压参考值是用于确定高压电池20是否可以充电的值，并且可以根据燃料电池10或高压电池20的规格而变化。
然而，用于降低燃料电池10的输出端子的电压以对高压电池20充电的控制方法可以根据高电压电池20的充电容许电流值而不同。也就是，如果可以用于对高压电池20充电的最大电流值为20a，则由双向转换器30的电压控制产生的充电电流不应超过20a。
因此，根据本公开的示例性实施例，用于设置控制双向转换器30的电压的极限的方法根据预设的变化率来降低燃料电池10的输出端子的电压。具体地，控制器50适当地控制燃料电池10侧的双向转换器30的输出电压，以控制从燃料电池10的输出端子施加到双向转换器30的电流量，从而控制燃料电池10的输出端子的电压的下降速率。这里，预设变化率是与如上所述的高压电池20的充电容许电流值相关联的值，并且可以具有取决于高压电池20的规格或者双向转换器30的规格的多种值。
通过第一继电器40和双向转换器30的电压控制来降低燃料电池10的输出端子的电压的方法可以对高电压电池20充电，以提高燃料电池车辆的燃料效率，但是在快速降低燃料电池10的输出端子的电压方面不是这样有效，例如燃料电池10的输出端子的电压的下降速率如上所述受到限制。因此，根据本公开的示例性实施例，当燃料电池车辆失速时，为了快速降低燃料电池10的输出端子的电压，以在存在高电压的燃料电池10启动的早期阶段尽可能多地防止燃料电池10劣化，控制器50接通第二继电器70，以使电阻器部60消耗燃料电池10的输出端子的电压。
也就是，如图1所示，刚启动燃料电池10之后，与第一继电器40并联形成的第二继电器70全部接通，以通过高压电池20的充电消耗燃料电池10的输出端子的电压，并且甚至通过电阻器部60消耗燃料电池10的输出端子的电压，从而尽可能快地降低燃料电池10的输出端子的电压。
因此，根据本公开的示例性实施例，在燃料电池10刚失速之后，燃料电池系统的第一继电器40和第二继电器70都处于接通状态。然而，如上所述，当燃料电池10的输出端子的电压低于预设电压参考值时，可能不对高压电池20充电。在这种情况下，优选地关断第一继电器40。
除了燃料电池10的输出端子的电压之外，还存在可以确定第一继电器40的关断时间的多种因素。本公开的示例性实施例提出第二继电器70的接通持续时间和高电压电池20的可充电功率来作为确定因素。
如上所述，第二继电器70是设置来允许电阻器部60降低燃料电池10的输出端子的电压的继电器。因此，即使第二继电器70仅接通几秒钟，也会降低燃料电池10的输出端子的电压。特别地，随着电阻器部60的尺寸值减小，流动的电流量增加，并且因此燃料电池10的输出端子的电压的降低速度将会很快。
因此，根据本公开的示例性实施例，当突然降低燃料电池10的输出端子的电压的第二继电器70的接通时间(也就是，在第二继电器70接通后经过的时间)超过预设的参考时间时，确定燃料电池10的输出端子的电压不对应于足以对高压电池20充电的电压，并且因此第一继电器40被关断。这里，与电压参考值类似，参考时间也可以根据燃料电池10和高电压电池20的规格而具有多种值。
此外，当高压电池20的可充电功率低于预设功率参考值时，还确定高压电池20可能未被充电，并且因此第一继电器40被关断，其中可充电功率可以基于燃料电池10的输出端子的电压得出。进一步，与电压参考值类似，功率参考值也可以根据燃料电池10和高压电池20的规格而不同。
即使第一继电器40通过上述方法被关断，第二继电器70仍然处于接通状态，并且因此燃料电池10的输出端子的电压被电阻器部60连续地消耗。因此，如果燃料电池10的输出端子的电压降低到防止燃料电池10劣化的水平，则需要关断第二继电器70。进一步，燃料电池的输出端子的电压即使在车辆的切断状态中，也通过在第二继电器70关断之后连接与第二继电器70并联连接的第三继电器80来维持在0v状态，从而完全防止劣化。为此目的，第二继电器70使用常开型继电器，以在正常时间保持在关断状态，并且在控制时接通，并且第三继电器80使用常闭型继电器，以在正常时间接通，并在控制时关断。通过选择继电器类型，第三继电器80可以在车辆的切断状态中总是接通以与电阻器部60连接。
因此，本公开的示例性实施例该使用控制方法等来连续地降低燃料电池10的输出端子的电压，并且然后当燃料电池10的输出端子的电压低于预设电压最小值时关断第二继电器70，以将燃料电池10的输出端子的电压保持在适当水平。这里，电压最小值可以根据燃料电池10和高压电池20的规格而变化。
因此，第二继电器70关断，并且因此可以充分地减小燃料电池10的输出端子的电压，以防止燃料电池10劣化，其中维持第一继电器的接通，并且控制双向转换器30的电压对高压电池20充电，使得燃料电池10的输出端子的电压可以快速降低，并且可以提高车辆的燃料效率。
图2是示出燃料电池车辆的关闭系统的控制程序的流程图。如图2所示，根据本公开的示例性实施例，确定安装燃料电池10的车辆是否失速(步骤s10)。然后，如果确定车辆失速，则控制器50执行控制设置在燃料电池10和高压电池20之间的双向转换器的电压，以降低燃料电池10的输出端子的电压(步骤s20)，并且同时，控制器50执行接通设置在电阻器部60和燃料电池10之间以用来消耗燃料电池10的输出端子的电压的第二继电器70(步骤s30)。
进一步，当随着接通第一继电器40和第二继电器70，燃料电池10的输出端子的电压减小到低于预设电压参考值(步骤s40)，控制器50关断设置在燃料电池和双向转换器30之间的第一继电器40(步骤s50)。尽管图2仅示出了输出端子的电压与电压参考值的比较(步骤s40)，取而代之的是，如上所述，可以基于第二继电器70的接通持续时间或高电压电池20的可充电功率来确定是否关断第一继电器40。
在关断第一继电器40之后(步骤s50)，将燃料电池的输出端子的电压与预设电压最小值进行比较(步骤s60)，并且当燃料电池的输出端子的电压低于预设电压最小值时，控制器50关断第二继电器70(步骤s70)，并且接通常闭型第三继电器80以与电阻器部60连接(步骤s80)，使得燃料电池车辆的关闭程序将结束。因此，即使在车辆的关闭或切断状态下，燃料电池的电压也保持在0v，以防止劣化。
根据本公开的示例性实施例，可以适当地控制构成燃料电池车辆的电力系统的双向转换器和继电器，以在燃料电池车辆失速时快速而稳定地消除燃料电池的输出端子的电压，并且用每当燃料电池车辆失速时由于燃料电池电压的消耗而产生的能量浪费来对高压电池充电，以提高车辆的燃料效率。
虽然已经相对于特定示例性实施例示出和描述了本公开，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离如所附权利要求定义的本公开的精神和范围的情况下，能够对本公开进行各种修改和改变。