燃料电池车辆的高压下电方法及电池系统与流程

本发明涉及车辆控制技术领域，特别涉及一种燃料电池车辆的高压下电方法及电池系统。

背景技术：

随着能源消耗带来的问题的不断加深，各个国家对于新能源的研究力度也不断加大，各种出行运输工具都在向新能源方面发展，诸如电动汽车、混合动力汽车以及氢燃料电池车辆等应运而生。

其中，氢燃料电池车辆相对于燃油车、电动汽车和混合动力汽车，不管是在应用经验方面还是在技术储备方面，都略显不足，而该不足的表现之一是：由于燃料电池技术成熟度的不同，燃料电池系统启动及关机时间也就不同，进而导致氢燃料电池车辆的整车高压系统下电的时间也不同，并且燃料电池系统不同于动力电池系统，其在关机前已释放出的燃气(氧气)会使得电池仍能发电一段时间。

但是，当前针对氢燃料电池车辆的高压下电策略主要是基于燃料电池技术比较成熟的前提完成的，或者是未考虑高压下电过程中燃料电池系统关机过程仍会发电一段时间的工况。这一高压下电策略如果应用到关机时间较长的燃料电池系统，将会导致燃料电池系统关机过程中所发电量无处可去的情况发生，进而导致燃料电池系统及其回路高压部件工作异常情况，更严重的可能会损坏燃料电池系统。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种燃料电池车辆的高压下电方法，以解决燃料电池系统关机过程中发的电无处使用而导致的燃料电池系统高压部件工作异常的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种燃料电池车辆的高压下电方法，应用于车辆的整车控制器，且包括：在燃料电池的电堆温度处于正常温度范围时，从燃料电池控制器(fuelcontrolunit，fcu)获取所述燃料电池的供电状态，其中所述供电状态由所述fcu在所述燃料电池的输出电流小于或等于设定电流阈值时配置为关闭状态，且所述设定电流阈值为表示所述燃料电池是否释放完电量的临界值；以及在所述燃料电池为所述关闭状态时，向车辆的电池管理系统(batterymanagementsystem，bms)发送进行高压下电的下电命令。

进一步的，在从fcu获取所述燃料电池的供电状态之前，所述燃料电池车辆的高压下电方法还包括：检测所述燃料电池的所述电堆温度是否处于所述正常温度范围，若否，则向所述fcu的供电回路上的冷却部件发送冷却请求以对所述燃料电池进行冷却。

进一步的，在所述向所述fcu的供电回路上的冷却部件发送冷却请求之后，所述燃料电池车辆的高压下电方法还包括：实时检测所述燃料电池的电堆温度，若所述电堆温度已降到所述正常温度范围内，则向所述冷却部件发送冷却停止请求。

相对于现有技术，本发明所述的高压下电方法具有以下优势：本发明方法在整车控制器端充分考虑bms及fcu工作情况完善高压下电策略，待燃料电池释放完所发电量之后，再进行高压下电，从而有效地解决了燃料电池系统关机过程中发的电无处使用而导致的燃料电池系统高压部件工作异常的问题，同时也保证了燃料电池系统停机过程中因异常故障而无法完成高压下电的问题，相当于对燃料电池车辆的高压下电过程提供了一种安全保障机制。

本发明的另一目的在于提出一种燃料电池车辆的高压下电方法，以同样解决上述提到的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种燃料电池车辆的高压下电方法，应用于车辆的fcu，且包括：检测燃料电池的电堆温度，并发送给车辆的整车控制器；检测所述燃料电池的输出电流，并在所述输出电流小于或等于设定电流阈值时将所述燃料电池的供电状态配置为关闭状态，其中所述设定电流阈值为表示所述燃料电池是否释放完电量的临界值；以及响应于所述整车控制器对所述燃料电池的所述电堆温度处于正常温度范围内的确定，向所述整车控制器反馈所述燃料电池的所述供电状态，以使所述整车控制器能够在所述燃料电池为关闭状态时，控制bms进行高压下电。

进一步的，所述燃料电池车辆的高压下电方法还包括：在所述燃料电池的所述输出电流大于所述设定电流阈值时，进行延时并在所述延时结束后重新检测所述燃料电池的所述输出电流，直到所述输出电流小于或等于所述设定电流阈值。

所述在fcu端应用的高压下电方法与上述在整车控制器应用的高压下电方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的另一目的在于提出一种机器可读存储介质，以同样解决上述提到的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得整车控制器执行上述应用于整车控制器端的高压下电方法或者使得燃料电池控制器执行上述应用于fcu端的高压下电方法。

所述机器可读存储介质与上述在整车控制器应用的高压下电方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的另一目的在于提出一种整车控制器和燃料电池控制器，以同样解决上述提到的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种整车控制器，用于运行程序，其中，所述程序被运行时用于执行：上述应用于整车控制器端的高压下电方法。

一种燃料电池控制器，用于运行程序，其中，所述程序被运行时用于执行：上述应用于fcu端的高压下电方法。

所述整车控制器及所述燃料电池控制器与上述在整车控制器应用的高压下电方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的另一目的在于提出一种电池系统，以同样解决上述提到的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电池系统，所述电池系统包括：燃料电池，用于向车辆供电；动力电池，用于向车辆供电；上述的整车控制器，用于在所述燃料电池的电堆温度处于正常温度范围且所述燃料电池为所述关闭状态时，向车辆的bms发送进行高压下电的下电命令；上述的fcu，用于管理所述燃料电池，并向所述整车控制器传输所述燃料电池的所述电堆温度和所述供电状态；以及所述bms，用于管理所述动力电池，并响应于所述下电命令进行高压下电。

进一步的，所述电池系统还包括：设置在所述fcu的供电回路上的冷却部件，用于响应于所述整车控制器的冷却请求对所述燃料电池进行冷却，以使所述燃料电池的电堆温度处于所述正常温度范围。

所述电池系统与上述在整车控制器应用的高压下电方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例一的燃料电池车辆的高压下电方法的流程示意图；

图2是本发明实施例二的燃料电池车辆的高压下电方法的流程示意图；

图3是本发明实施例三的燃料电池车辆的高压下电方法的流程示意图；

图4是本发明实施例三中的电机绝缘监测过程的流程示意图；以及

图5是本发明实施例七的电池系统的结构示意图。

附图标记说明：

500、电池系统；501、燃料电池；502、动力电池；503、整车控制器；504、燃料电池控制器；505、电池管理系统；506、电机控制器；507、dc/dc转换器；508、dc/dc控制器；509、驱动电机；510、减速箱；511、驱动轮。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

另外，在本发明的实施方式中所提到的电堆与燃料电池可等同进行理解，且针对燃料电池车辆，对应的整车控制器可以表示为pcu(powercontrolunit)；并且，燃料电池与燃料电池系统也可等同进行理解。另外，还需要说明的是，本发明实施例的高压下电方法是在整车控制器已向燃料电池控制器发送车辆下电(shutdown)请求的前提下进行的，下文不再对这一点进行赘述。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

实施例一

图1是本发明实施例一的燃料电池车辆的高压下电方法的流程示意图，该高压下电方法应用于车辆的整车控制器(pcu)，且可以包括以下步骤：

步骤s110，在燃料电池的电堆温度处于正常温度范围时，从燃料电池控制器(fcu)获取所述燃料电池的供电状态。

举例而言，所述正常温度范围为电堆温度小于70℃。其中，所述供电状态由所述fcu在所述燃料电池的输出电流小于或等于设定电流阈值时配置为关闭(off)状态，且所述设定电流阈值为表示所述燃料电池是否释放完电量的临界值。举例而言，所述设定电流阈值为1a，即当燃料电池的输出电流小于1a时，表明燃料电池已经释放完产生的电量，反之则表明燃料电池可能处于高压下电过程中的关机仍发电的工况下。

步骤s120，在所述燃料电池为所述关闭状态时，向车辆的电池管理系统(bms)发送进行高压下电的下电命令。

举例而言，bms响应于下电命令，断开电机控制器(motorcontrolunit，mcu)与车辆驱动电机之间的接触器，以实现整车高压下电。其中，需要说明的是，在整车未高压下电之前，燃料电池仍旧保持向车辆高压部件等供电以消耗其关机过程中所发的电。

据此，通过上述步骤s110-s120，在整车控制器端充分考虑bms及fcu工作情况完善高压下电策略，待燃料电池释放完所发电量之后，再进行高压下电，从而有效地解决了燃料电池系统关机过程中发的电无处使用而导致的燃料电池系统高压部件工作异常的问题，同时也保证了燃料电池系统停机过程中因异常故障而无法完成高压下电的问题，相当于对燃料电池车辆的高压下电过程提供了一种安全保障机制。

进一步地，上述步骤s110-s120的执行是以燃料电池的电堆温度处于正常温度范围为前提的，这是因为电堆温度过高会导致燃料电池系统出现故障，影响后续步骤的执行，且甚至有可能损坏燃料电池。

据此，在优选的实施例中，在步骤s110之前，所述燃料电池车辆的高压下电方法还可以包括：检测所述燃料电池的所述电堆温度是否处于所述正常温度范围，若否，则向所述fcu的供电回路上的冷却部件发送冷却请求以对所述燃料电池进行冷却。

举例而言，所述正常温度范围为电堆温度小于70℃，所述冷却部件为水泵和/或风扇，从而pcu在确定所述电堆温度大于或等于70℃时，向水泵和/或风扇请求冷却燃料电池，以促使所述电堆温度降到70℃以下。需说明的是，所述冷却部件也属于本发明实施例提及的高压部件。

在更为优选的实施例中，在向所述冷却部件发送冷却请求之后，所述燃料电池车辆的高压下电方法还可以包括：实时检测所述燃料电池的电堆温度，若所述电堆温度已降到所述正常温度范围内，则向所述冷却部件发送冷却停止请求。

承接上面的示例，一旦检测到所述电堆温度已降到70℃以下，pcu立即向水泵和/或风扇发送冷却停止请求，而水泵和/或风扇响应于冷却停止请求停机，以便于上述步骤s110-s120可被尽快执行。

据此，本发明优选的实施例使得pcu在确定进行车辆下电之后，先后在pcu端完成电堆冷却、燃料电池供电状态判断及下电命令发送，既解决了燃料电池系统关机过程中发的电无处使用而导致的燃料电池系统高压部件工作异常的问题，又保证了燃料电池系统因电堆温度过高而出现故障，进一步优化了车辆高压下电的安全策略。

进一步地，易知本发明实施例一在fcu端仅执行电堆温度检测和电池输出电流检测，冷却电堆、判断燃料电池供电状态等都放到pcu端执行，从而充分利用了pcu端的控制器资源，节省了fcu控制器资源。

需说明的是，除上述步骤之外，所述燃料电池车辆的高压下电方法还可以包括确定高压部件待机状态确定、电机绝缘监测等步骤，这将在下文中结合示例进行说明，在此则不再赘述。

实施例二

图2是本发明实施例二的燃料电池车辆的高压下电方法的流程示意图，该高压下电方法应用于车辆的fcu，且可以包括以下步骤：

步骤s210，检测燃料电池的电堆温度，并发送给车辆的整车控制器。

举例而言，可在从pcu接收到车辆下电(shutdown)请求后，利用温度传感器实时检测电堆温度。

步骤s220，检测所述燃料电池的输出电流，并在所述输出电流小于或等于设定电流阈值时将所述燃料电池的供电状态配置为关闭状态。

同上，所述设定电流阈值为表示所述燃料电池是否释放完电量的临界值。

在优选的实施例中，对于该步骤s220，在所述燃料电池的所述输出电流大于所述设定电流阈值时，进行延时并在所述延时结束后重新检测所述燃料电池的所述输出电流，直到所述输出电流小于或等于所述设定电流阈值。

举例而言，当燃料电池的输出电流小于或等于1a时，fcu将燃料电池的供电状态配置为off状态，而当燃料电池的输出电流大于1a时，表明燃烧电池虽已关机但电量并未释放完成，从而fcu继续控制燃料电池对相关高压部件供电，即经过一段延时之后再重新确认燃料电池的输出电流是否小于或等于1a。

步骤s230，响应于所述整车控制器对所述燃料电池的所述电堆温度处于正常温度范围内的确定，向所述整车控制器反馈所述燃料电池的所述供电状态，以使所述整车控制器能够在所述燃料电池为关闭状态时，控制电池管理系统bms进行高压下电。

综上，本发明实施例二在fcu端仅执行电堆温度检测和电池输出电流检测，而由pcu端充分考虑bms及fcu工作情况来完善高压下电策略，能够有效地解决了燃料电池系统关机过程中发的电无处使用而导致的燃料电池系统高压部件工作异常的问题，且充分利用了pcu资源并节省了fcu资源。

该实施例二的更多实施细节及效果可参考实施例一，在此则不再进行赘述。

实施例三

图3是本发明实施例三的燃料电池车辆的高压下电方法的流程示意图，且该实施例三可理解为实施例一和实施例二的应用示例，其示出了fcu端、pcu端、bms端及车辆高压部件结合以实现高压下电的过程。

如图3所示，通过fcu、pcu及bms等实现的高压下电过程可以包括以下步骤：

步骤s301，pcu发送shutdown请求给fcu。

步骤s302，fcu将燃料电池状态跳转为shutdown状态。

步骤s303，fcu检测并向pcu发送电堆温度。

步骤s304，pcu判断电堆温度是否大于或等于70℃，若是，则向高压部件发送冷却请求，否则执行等待fcu端传输燃料电池的供电状态的步骤。

其中，高压部件响应于冷却请求对燃料电池进行降温，且当温度降到70℃以下时，pcu向高压部件发送冷却停止请求。其中，所述高压部件例如车辆的空调系统中涉及的水泵、风扇等。

步骤s305，fcu检测输出电流是否小于或等于1a，若是，则执行步骤s306，否则延时等待以进行重新判断。

步骤s306，fcu将燃料电池的供电状态跳转为off，并向pcu反馈燃料电池的供电状态。

步骤s307，pcu判断燃料电池是否处于off状态，若是则执行步骤s308，否则延时等待后再重新判断。

步骤s308，pcu向bms发送下电命令。

步骤s309，bms响应于下电命令断开接触器，并向pcu反馈。

其中，所述接触器是车辆高压供电回路上的接触器，其断开表明车辆高压下电。

步骤s310，pcu判断接触器断开是否完成，若是则pcu进行休眠状态，否则延时等待以重新判断。

需说明的是，对于fcu、pcu、bms及车辆高压部件，各自完成步骤s301-s310中的相应功能之后，都可进入休眠状态以节省功耗。

优选地，在步骤s304中pcu判断电堆温度是否大于或等于70℃之前，还可以包括由pcu端、电机控制器(motorcontrolunit，mcu)及车辆高压部件之间配合实现的电机绝缘监测步骤。图4是本发明实施例三中电机绝缘监测过程的流程示意图，如图4所示，其可以包括以下步骤：

步骤s401，pcu向mcu及车辆高压部件发送待机请求。

步骤s402，mcu及车辆高压部件跳转为待机状态并反馈给pcu。

步骤s403，pcu判断mcu及车辆高压部件是否成功跳转到待机状态，若是，则继续执行步骤s404，否则延时等待后再重新判断。

步骤s404，pcu向mcu发送电机绝缘监测请求。

步骤s405，mcu执行电机绝缘监测，并向pcu反馈监测结果。

步骤s406，pcu判断绝缘监测是否完成，若是则执行图3中对应的步骤s304，否则延时等待后再重新判断。

综上，本发明实施例三在fcu端执行电堆温度检测和电池输出电流检测，而在pcu端执行考虑bms及fcu工作情况的高压下电策略、热管理(冷却)策略和/或电机绝缘监测，既有效地解决了燃料电池系统关机过程中发的电无处使用而导致的燃料电池系统高压部件工作异常的问题，又充分利用了pcu资源并节省了fcu资源。

实施例四

本发明实施例四提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得整车控制器实施例一所述的燃料电池车辆的高压下电方法或者使得燃料电池控制器执行实施例二的燃料电池车辆的高压下电方法。

需说明的是，该实施例四的具体实施细节及效果可参考实施例一和实施例二，在此则不再赘述。

实施例五

本发明实施例五提供了一种整车控制器(pcu)，用于运行程序，其中，所述程序被运行时用于执行实施例一的燃料电池车辆的高压下电方法。其中，相应程序可存储在存储器中。

需说明的是，该实施例五的具体实施细节及效果可参考实施例一，在此则不再赘述。

实施例六

本发明实施例六提供了一种燃料电池控制器(fcu)，用于运行程序，其中，所述程序被运行时用于执行实施例二的燃料电池车辆的高压下电方法。其中，相应程序可存储在存储器中。

需说明的是，该实施例六的具体实施细节及效果可参考实施例二，在此则不再赘述。

实施例七

图5是本发明实施例七的电池系统的结构示意图，该电池系统500适用于燃料电池电动车(fuelcellelectricvehicle，fcev)，且可以包括：燃料电池501，用于向车辆供电；动力电池502，用于向车辆供电，主要是向电机控制器(mcu)506供电；上述任意的整车控制器(pcu)503，用于在所述燃料电池的电堆温度处于正常温度范围且所述燃料电池为所述关闭状态时，向车辆的bms发送进行高压下电的下电命令；上述任意的燃料电池控制器(fcu)504，用于管理所述燃料电池501，并向所述整车控制器503传输所述燃料电池的所述电堆温度和所述供电状态；以及所述bms505，用于管理所述动力电池，并响应于所述下电命令进行高压下电。

优选地，燃料电池501和电机控制器506之间可配置dc/dc(直流/直流)变换器507，以将燃料电池产生的电压升至电机控制器506所需要的电压。更为优选地，在dc/dc变换器507与整车控制器503之间可配置dc/dc控制器508，该dc/dc控制器508接受整车控制器503的指令以调节dc/dc变换器507的输出电压。

在优选的实施例中，所述电池系统500还可以包括：设置在所述fcu的供电回路上的冷却部件(图中未示出)，用于响应于所述整车控制器的冷却请求对所述燃料电池进行冷却，以使所述燃料电池的电堆温度处于所述正常温度范围。

需说明的是，电机控制器506从燃料电池501和动力电池502接收电力后，将电力传送给车辆的驱动电机509，而驱动电机509驱动车辆减速箱510工作以带动驱动轮511相应动作，从而完成对fcev车辆的驱动。

还需要说明的是，对于图5，电池系统500内的整车控制器503与其他控制器之间的连接可以是有线或无线通信连接，而除整车控制器之外的部件之间的两两连接可以是电气连接；另外，驱动电机509、减速箱510和驱动轮511之间的连接是机械连接。这在图5中用不同类型的线条进行了区别，且对于本领域技术人员是可理解的。

综上，本发明实施例七的电池系统适用于fcev车辆，同样能够解决燃料电池系统关机过程中发的电无处使用而导致的燃料电池系统高压部件工作异常的问题，而关于该实施例七的更多实施细节和效果，可参考前述的实施例，在此则不再进行赘述。

另外，需说明的是，除pcu和fcu之外，mcu、dc/dc转换器及bms等也可通过运行程序的方式来执行它们各自对应的步骤，相应程序同样可存储在存储器中。

本发明实施例中，存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。存储器是计算机可读介质的示例，则计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。