一种用于燃料电池新能源客车的延时断电控制电路及方法与流程

本发明涉及双蓄电池电压平台的燃料电池新能源客车领域，尤其是涉及一种双蓄电池电压平台的燃料电池新能源客车的延时断电控制电路及方法。

背景技术

现今，面对着环境污染、石油资源匮乏两大难题，绿色环保的节能型新能源客车越来越受到各个国家的重视，环保和节能是21世纪汽车技术的一个重要发展方向。同时各国的排放法规也日趋严格，燃料电池新能源客车正具有零排放、无污染特点的绿色新型环保客车。

在燃料电池新能源客车领域的现有技术中，针对蓄电池电压平台的燃料电池新能源客车电源的控制方法尚无异常断电保护策略。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种用于双蓄电池电压平台的燃料电池新能源客车延时断电控制电路及方法，该控制电路实现了在燃料电池新能源客车断电之后，通过整车控制器根据燃料电池电堆系统等车辆各部件的断电响应信号，控制高低压断电次序及时间，既保证了燃料电池电堆系统及车辆其他部件的高低压安全，又避免了因车辆断电燃料电池电堆响应时间慢无法及时停机，而产生的高压损坏其他用电部件。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于燃料电池新能源客车的延时断电控制电路，所述延时断电控制电路具备：相互连接的第一低压电源单元和第二低压电源单元，其中每组低压电源单元分别包括蓄电池电源、与所述蓄电池电源连接的电源控制开关，以及与所述电源控制开关连接的电源继电器，各个电源继电器分别接收低压电源反馈控制信号，并联合对应组的电源控制开关，输出数值不同的第一低压电源和第二低压电源，为车辆提供整车低压电源，其中，所述低压电源反馈信号控制所述电源继电器的通断状态；延时断电控制单元，其与所述第一低压电源单元和所述第二低压电源单元连接，控制一挡电源信号的通断，并根据接收到的延时断电信号状态，输出所述低压电源反馈信号，以实现所述第一低压电源单元和所述第二低压电源单元的延时断电；整车控制器，其与所述延时断电控制单元连接，在上电时根据接收到的所述一挡电源信号的通断状态，输出所述延时断电信号，并在正常下电及异常断电时根据所述一挡电源信号的通断状态，以及接收到的车辆各部件正常断电信号，输出所述延时断电信号状态；整车控制器电源控制单元，其与所述延时断电控制单元和所述整车控制器连接，接收所述延时断电信号和所述一挡电源信号，利用所述第二低压电源单元输出的电压为所述整车控制器提供单路或双路电源。

优选地，所述整车控制器电源控制单元包括：第一路整车控制线路，其与所述第二低压电源单元、所述延时断电控制单元和所述整车控制器连接，根据所述一挡电源信号的通断状态实现线路通断，以使整车控制器电源向所述整车控制器供电。

优选地，所述整车控制器电源控制单元还包括：第二路整车控制线路，其与所述第二低压电源单元、所述延时断电控制单元和所述整车控制器连接，根据所述延时断电信号的状态实现线路的通断，以使所述第二低压电源向所述整车控制器供电。

优选地，所述整车电源包括所述整车低压电源和整车高压电源，所述整车低压电源的提供需要同时完成对所述第一低压电源信号、所述第二低压电源信号和所述整车控制器电源信号的输出；所述整车控制器对所述整车高压电源进行控制。

优选地，所述第一路整车控制线路包括第一路整车控制继电器和与之连接的整车控制器限流装置；所述第二路整车控制线路包括第二路整车供电继电器，所述第二整车供电继电器与所述整车控制器限流装置连接。

优选地，所述延时断电控制单元包括一挡电源开关、与所述一挡电源开关连接的一挡电源继电器和与所述一挡电源继电器连接的延时断电继电器。

优选地，所述延时断电控制单元还能够接收延时断电信号，根据所述延时断电信号的状态控制所述一挡电源继电器或所述延时断电继电器的通断，输出所述低压电源反馈控制信号。

另一方面，提供了一种用于燃料电池新能源客车的延时断电控制方法，所述新能源客车具有双蓄电池电压平台，并且在所述延时断电控制电路上实施，该方法包括如下步骤：在上电过程中，闭合所述第一低压电源单元和所述第二低压电源单元的电源控制开关，所述延时继电器(k1)常闭触点闭合，所述一挡电源继电器(k2)得电，其常开触点闭合，并闭合所述一挡电源开关(a2)，所述整车控制器得电，所述第一低压电源单元和所述第二低压电源的电源继电器(k3、k4)闭合，所述整车低压电源得电；所述整车控制器在检测到一挡电源信号后，输出所述延时断电信号，所述延时继电器(k1)常闭触点断开，常开触点闭合，所述一挡电源继电器(k2)常开触点断开，所述整车电源上电。

优选地，所述延时断电控制方法还包括如下步骤：在正常下电过程中，断开一挡电源开关(a2)，所述整车控制器在检测到所述一挡电源信号断开以及所述车辆各部件正常断电信号时，断开所述延时断电信号，所述整车电源上电。

优选地，所述延时断电控制方法还包括如下步骤：在异常断电过程中，所述整车控制器检测到所述一挡电源信号断开并输出所述延时断电信号，通过所述延时断电继电器(k1)常开触点闭合，保证车辆各部件运行正常；所述整车控制器检测到车辆各部件正常断电信号后，断开所述延时断电信号，断开所述整车电源，断开所述第一低压电源单元和所述第二低压电源单元的电源控制开关。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明采用通过相关逻辑策略控制继电器的常开常闭接口的方法，既实现了车辆的延时断电功能，又保证车辆高低压各部件在异常断电情况下继续稳定工作，从而保障了车辆的安全行驶。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本申请实施例的具备双蓄电池电压平台的燃料电池新能源客车各部件连接关系示意图。

图2是本申请实施例的燃料电池新能源客车的延时断电控制电路的结构示意图。

图3是本申请实施例的延时断电控制电路中第一低压电源单元21、第二低压电源单元22和延时断电控制单元23的原理图。

图4是本申请实施例的延时断电控制电路中整车控制器电源控制单元24的原理图。

图5是本申请实施例的用于燃料电池新能源客车的延时断电控制方法。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

为了克服上述现有技术中的不足，本实施例提出了一种针对双蓄电池电压平台的燃料电池客车的电源控制方法。该方法利用多个继电器的通断电次序，保证了整车控制器的持续供电，从而通过检测整车控制器延时断电信号的输出情况，控制车辆高低压各部件电源的通断电状态，既保证了车辆的安全行驶又避免了异常高电压损坏车辆部件的情况。

图1是本申请实施例的具备双蓄电池电压平台的燃料电池新能源客车各部件连接关系示意图。在本实施例中，整车电源分为整车低压电源和整车高压电源，其中整车低压电源的提供需要同时完成对第一低压电源信号、第二低压电源信号和整车控制器电源信号的输出。下面结合图1对车辆的高低压部件的供电情况进行说明。一方面，双蓄电池电压平台包括第一蓄电池电源(其电压范围为8～18v)和第二蓄电池电源(其电压范围为18～32v)，是延时断电控制电路的一部分，其为系统低压配电盒提供12v低电压和24v低电压，系统低压配电盒为车辆低压部件提供电源，保障车辆低电压部件的正常运行；另一方面，整车控制器电源由第二蓄电池电源(24v低电压)提供。需要说明的是，在本实施例中，12v蓄电池为第一蓄电池电源(第一低压电源由第一蓄电池电源提供)的一个具体示例，24v蓄电池为第二蓄电池电源(第二低压电源由第二蓄电池电源提供)的一个具体示例。

另外，参考图1，整车高压电源的控制全部利用整车控制器通过控制整车24v低压电源的输入输出实现，低压24v电源信号控制车辆控制系统中高压部件的高压大电流接触器的通断，间接控制车辆高压部件的通断。因此，为保证车辆高低压部件的正常工作，还需要对车辆的整车控制器进行持续供电。

需要说明的是，综合上述整车低压电源以及整车高压电源的供电来源情况，为了保障车辆的行车安全，一方面，在车辆异常断电时，需要对系统低压配电盒和整车控制器进行持续供电；另一方面，在车辆正常断电时，对系统低压配电盒和整车控制器装置都进行延时断电操作。

需要说明的是，整车控制器是车辆运行的核心部件，在为其接通电源后，整车控制器能够检测一挡电源信号和二挡电源信号，其中，一挡电源信号接通低电压(此处低电压为第二蓄电池电源提供的24v常火)，二挡电源信号接通高电压(新能源客车动力电池系统电压一般为300v以上，此处高压指动力电池系统高压)。另外，整车控制器通过can网络与多个车辆高压部件进行通信，从而获取相关信息。在本实施例中，整车控制器根据接收并解析各高压部件的通信信息，从而判断延时断电信号能否输出，进而基于延时断电控制电路，实现车辆的延时断电功能。

图2是本申请实施例的燃料电池新能源客车的延时断电控制电路的结构示意图，该控制电路包括如下单元：第一低压电源单元21、第二低压电源单元22、延时断电控制单元23和整车控制器电源控制单元24。图3是本申请实施例的延时断电控制电路中第一低压电源单元21、第二低压电源单元22和延时断电控制单元23的原理图，图4是本申请实施例的延时断电控制电路中整车控制器电源控制单元24的原理图。具体地，参考图2、3，第一低压电源单元21，其包括第一蓄电池电源、与第一蓄电池电源串联的第一电源控制开关和与第一电源控制开关串联的第一电源继电器，第一电源继电器接收低压电源反馈控制信号，并联合第一电源开关，输出由第一蓄电池电源提供的第一低压电源，其中，低压电源反馈信号控制第一电源继电器的通断状态；第二低压电源单元22，其包括第二蓄电池电源、与第二蓄电池电源串联的第二电源控制开关和与第二电源控制开关串联的第二电源继电器，第二电源继电器接收低压电源反馈控制信号，并联合第二电源开关，输出由第二蓄电池电源提供的第二低压电源，其中，低压电源反馈信号控制第二电源继电器的通断状态；延时断电控制单元23，其与第一低压电源单元和第二低压电源单元连接，能够控制一挡电源信号的通断，并根据接收到的延时断电信号状态，输出低压电源反馈信号，以实现第一低压电源单元和第二低压电源单元的延时断电功能；参考图2、4，整车控制器电源控制单元24，其包括第一路整车控制线路和第二路整车控制线路，与延时断电控制单元和整车控制器连接，接收延时断电信号和一挡电源信号，利用第二低压电源单元输出的电压为整车控制器提供单路或双路电源。

进一步说，第一路整车控制线路，与第二低压电源单元、延时断电控制单元和整车控制器连接，根据一挡电源信号的通断状态实现线路通断，以使整车控制器电源向整车控制器供电；第二路整车控制线路，与第二低压电源单元、延时断电控制单元和整车控制器连接，根据延时断电信号的状态实现线路的通断，以使第二低压电源向整车控制器供电。

其中，整车控制器(未图示)与延时断电控制单元23连接，在上电时根据接收到的一挡电源信号的通断状态，输出延时断电信号，并在正常下电及异常断电时根据一挡电源信号的通断状态，以及接收到的车辆各部件正常断电信号，输出延时断电信号状态。

首先，对第一低压电源单元21和第二低压电源单元22进行具体说明。第一低压电源单元21由12v第一蓄电池电源、与第一蓄电池电源串联的第一电源控制开关a4和与第一电源控制开关a4串联的第二电源继电器k4组成。第一电源继电器k4的通断状态受到低压电源反馈信号的控制，当第一电源控制开关a4和第一电源继电器k4均导通时，该单元的输出端口输出由12v第一蓄电池电源提供的第一低压电源信号。第二低压电源单元22由24v第二蓄电池电源、与第二蓄电池电源串联的第二电源控制开关a3和与第二电源控制开关a3串联的第二电源继电器k3组成。第二电源继电器k3的通断状态受到低压电源反馈信号的控制，当第二电源控制开关a3和第二电源继电器k3都导通时，该单元的输出端口输出由24v第二蓄电池电源提供的第二低压电源信号。

再次参考图3，延时断电控制单元23包括一挡电源开关a2、与一挡电源开关连接的一挡电源继电器k2和与所述一挡电源继电器k2连接的延时断电继电器k1，并与第一低压电源单元21、第二低压电源单元22以及整车控制器电源控制单元24相连接，闭合电源开关a3、a4，利用延时断电继电器k1与一挡电源继电器k2的通断状态的相互配合，能够实现为车辆提供整车低压电源的功能。具体地，延时断电控制单元23接收延时断电信号，根据延时断电信号的状态控制一挡电源继电器k2或延时断电继电器k1的通断，输出低压电源反馈控制信号，从而同时控制第一低压电源单元21的电源继电器k4和第二低压电源单元22的电源继电器k3。更具体地说，一方面，闭合电源开关a3后，延时断电控制单元23接收24v低压电源信号，一挡电源继电器k2导通，闭合一挡电源开关a2，一挡电源信号输出，低压电源反馈控制信号输出，电源继电器k4、k3同时导通；另一方面，当接收到延时断电信号时，延时断电继电器k1处于导通状态，低压电源反馈控制信号输出，电源继电器k4、k3同时导通，一挡电源继电器k2断开。

如图4所示，接下来，整车控制器电源控制单元24的结构及其工作原理进行详细说明。整车控制器电源控制单元24包括第一路整车控制线路和第二路整车控制线路，具体地，第一路整车控制线路包括第一路整车控制继电器k6和与之连接的整车控制器限流装置，第二路整车控制线路包括第二路整车供电继电器k5，第二整车供电继电器亦与整车控制器限流装置连接，其中，整车控制器限流保护装置由电阻和发光二极管串联后，与保险管并联构成，实现了防止高压损坏整车控制器及其他部件的功能。

结合图3、图4，需要说明的是，在本实施例中，整车控制器电源控制单元24，其包括第一路整车控制线路和第二路整车控制线路，与延时断电控制单元23和整车控制器连接。具体的，延时断电控制单元23中的一挡电源信号引脚p2与整车控制器电源控制单元24中的一挡信号端8081连接；延时断电控制单元23中的延时断电引脚p1与整车控制器电源控制单元24中的延时断电控制端1814连接；延时断电控制单元23中的24v常火引脚p5与整车控制器电源控制单元24中的24v低压端连接。

再次参考图4，整车控制器包含两条线路，第一路整车供电线路由第一路整车供电继电器k6控制，该继电器k6与延时断电控制单元23中的24v常火引脚p5和一挡电源信号引脚p2相连，当检测到一挡电源信号后，第一路整车供电继电器k6导通，继电器k6的常开触点闭合，24v电源信号经过整车控制器限流装置后输入到整车控制器电源引脚8101，整车控制器接通电源；第二路整车供电线路由第二路整车供电继电器k5控制，该继电器k5与延时断电控制单元23中的24v常火引脚p5和延时断电信号引脚p1相连，当输出延时断电信号后，第一路整车供电继电器k5导通，继电器k5的常开触点闭合，24v电源信号经过整车控制器限流装置后输入到整车控制器电源引脚8101，从而完成了为整车控制器提供电源的功能。

图5是本申请实施例的用于燃料电池新能源客车的延时断电控制方法。该方法包括如下步骤：首先，在上电过程中，闭合第一低压电源单元和第二低压电源单元的电源控制开关，延时继电器(k1)常闭触点闭合，一挡电源继电器(k2)得电，其常开触点闭合，并闭合一挡电源开关(a2)，整车控制器得电，第一低压电源单元和第二低压电源的电源继电器(k3、k4)闭合，整车低压电源得电；整车控制器在检测到一挡电源信号后，输出延时断电信号，延时继电器(k1)常闭触点断开，常开触点闭合，一挡电源继电器(k2)常开触点断开，整车电源上电。

接下来，在正常下电过程中，断开一挡电源开关(a2)整车控制器在检测到一挡电源信号断开以及车辆各部件正常断电信号时，断开延时断电信号，整车电源下电。

最后，在异常断电过程中，整车控制器检测到一挡电源信号断开并输出延时断电信号，通过延时断电继电器(k1)常开触点闭合，保证车辆各部件运行正常；整车控制器检测到车辆各部件正常断电信号后，断开延时断电信号，断开整车电源，断开第一低压电源单元和第二低压电源单元的电源控制开关。

下面结合图3～5，根据延时断电控制电路的原理，对燃料电池新能源客车的延时断电控制功能的实现方法进行详细说明。

在车辆开始接通电源前，车辆处于断电静止状态，第二电源开关a3、第一电源开关a4和一挡电源开关a2处于断开状态，继电器k1～k6常开触点断开，系统低压配电盒和整车控制器均未接通电源。

在车辆上电过程中，参考图3、图4，首先，闭合第二电源开关a3和第一电源开关a4，24v常火引脚输出24v低压电源信号，同时，一挡电源继电器k2线圈两端加载24v电压，一挡电源继电器k2响应一段时间后其常开触点闭合，此时，车辆处于等待接通电源状态。

然后，将一挡电源开关a2闭合，如图3所示，电源继电器k3、k4的线圈两端同时加载24v电压，电源继电器k3、k4开关吸合，车辆低压配电盒接通电源。在一挡开关电源a2闭合后，一挡电源信号管脚p2输出一挡电源信号，如图4所示，继电器k6的线圈有电流通过，至其常开触点闭合，从而第一路整车供电线路导通，故实现了为整车控制器提供电源的功能。

接着，整车控制器接通电源后检测到一挡电源信号，通过延时断电管脚1814输出有效的延时断电信号，第二路整车供电继电器k5的常开触点闭合，此时，第一、第二路整车供电线路均导通，从而实现了针对整车控制器的双路供电功能。其中，延时断电信号低电平输出有效。参考图3，当延时断电引脚p1输入有效的延时断电信号时，延时断电继电器k1导通，从而继电器k3、k4导通，同时，一挡电源继电器k2的线圈装置逐渐放电直至其常开触点断开，进而完成了车辆接通整车电源的过程。

最后，对车辆延时断电的过程进行说明。车辆的断电过程分为两种情况，其一为车辆的正常断电过程，其二为车辆的异常断电过程。需要说明的是，无论车辆属于哪种断电情况，整车控制器都需要先对一挡电源信号的通断情况进行检测，从而将第一路整车供电线路先断开，而后，判断是否继续输出延时断电信号，进而确保第二路整车供电线路的通断状态，从而实现车辆延时不同情况下的断电功能。

下面先对车辆正常下电过程进行详细说明。首先，在断开二挡电源开关后，整车控制器检测到二挡电源信号断开，通过can网络与车辆各部件进行通信，确认即将断电，待各部件响应后断开高压电源。然后，参考图4，一挡电源信号断开，第一路整车供电继电器k6断开，第一路整车供电线路断开，整车控制器检测到一挡电源信号断开，延时断电信号持续输出低电平信号，此时，第二路整车供电继电器k5的常开触点处于闭合状态，从而第二路整车供电线路导通，同时，如图3所示，延时断电继电器k1的导通保证了电源继电器k3、k4的导通状态，保障了整车控制器和系统低压配电盒的持续供电，车辆各部件供电情况正常。接着，整车控制器通过can网络与车辆各部件进行通信，当确认各部件符合断电状态时，取消延时断电信号的输出，延时断电继电器k1和第二路整车供电继电器k5放电后至其常开触点断开，电源继电器k3、k4断开，整车控制器和系统低压配电盒的电源断开，从而完成了车辆的正常断电过程。

通常，在车辆行驶过程中，存在因驾驶员或者其他人未按照整车正常的通断电顺序操作而引起的异常断电情况。当异常断电情况发生时，若要使车辆继续安全的行驶，需要保证车辆各部件持续供电。具体地，整车控制器通过can网络与各部件通信，若未收到车辆各部件正常断电的确认信号时，参考图3、图4，无论能否检测到一挡电源信号和/或二挡电源信号，延时断电信号仍然持续输出，从而保证了继电器k1、k3、k4、k5的持续导通状态，进而保障了系统低压配电盒和整车控制器的正常供电，使得车辆高低压部件工作正常，确保了车辆的行驶安全。

需要说明的是，本发明充分利用了控制延时断电信号输出时序的方式，使得整车控制器的电源处于持续接通状态，从而实现了双蓄电池电压平台燃料电池客车延时断电的控制方法。例如，在一个实施例中，整车正常断电时(驾驶员先关闭二挡控制器再关闭一挡控制器)，车辆在短时间内可完成全部高低压断电工作，但燃料电池电堆系统从正常工作至完全停机，需要最长达到30s的停机时间，如果在燃料电池电堆系统未完成系统关闭的情况下突然断电，可能导致电堆系统寿命缩短甚至损坏，本发明可通过延时断电的功能，利用持续输出的延时断电信号，继续为电堆系统提供电源，在电堆系统完全关闭后再断电，避免了此类情况的发生。

本发明实施例的延时断电控制电路一方面根据相关逻辑策略控制多个继电器的常开常闭接口，另一方面，通过整车控制器的can网络与燃料电池系统等高压部件通信获取相关信息的方式，既完成了对车辆低压配电盒和整车控制器的持续供电，又实现了在车辆异常断电情况下对整车控制器继续供电的功能，从而保障了车辆部件的寿命及正常运行，保证具备双蓄电池电压平台的燃料电池车辆的高低压供电稳定性，以及在车辆异常断电时保证车辆的行车安全。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。