一种燃料电池系统一体化控制器及余氢混合放电方法与流程

本发明涉及燃料电池，尤其涉及燃料电池系统一体化控制器及余氢混合放电策略。

背景技术：

1、燃料电池因其工作效率高、无污染、燃料获取相对容易等特点被视为继纯电之后的下一代新能源技术，已在日本、韩国、加拿大等国家得到了部分推广应用。我国早在90年代开始，科研院所联合高校便着力开始燃料电池的自主开发计划；2018年之后，国内的燃料电池逐渐开始商业化应用，目前已在上海、北京、广州、佛山等城市群率先开始了示范应用，主要搭载在城市客车、工程卡车上。

2、由于燃料电池本身无法独立工作，需要适配空压机、氢气循环泵、水泵、dc/dc变换器、fcu等电气零部件，集成燃料电池系统之后，方可在整车搭载应用。

3、例如公开号为cn113644302a，公开日为2021年11月12日，专利名称为《一种燃料电池系统及燃料电池系统控制方法》的公开文献，公开了一种燃料电池系统及燃料电池系统控制方法，属于燃料电池技术领域。本申请中，所述系统包括：燃料电池、电压变换器、负载端、电压输出端、第一开关及第二开关，其中，所述负载端的功率值小于所述电压输出端的功率值；所述燃料电池的输出端与所述电压变换器的输入端连接，所述电压变换器的输出端通过所述第一开关与所述电压输出端连接，在所述电压变换器的输出端与所述第一开关之间还通过所述第二开关连接有所述负载端。

4、现有方案存在以下两点不足之处：

5、一方面，由于燃料电池系统多个电气零部件之间彼此独立分散，电气架构相对复杂，不利于燃料电池系统的集成化布置及商业化降本；

6、另一方面，目前燃料电池汽车的功能安全性欠佳，一旦运行时发生重大交通事故，导致燃料电池系统与整车的动力电池高压线束连接脱开，此时燃料电池泄放出的余氢能量可能会对事故中的乘客造成二次伤害。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是实现一种燃料电池系统一体化控制器，不仅可节省线束及零部件壳体成本，也利于系统集成化布置。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种燃料电池系统一体化控制器，一体化控制器的输入端通过高压线束连接至燃料电池电堆，所述输入端依次经输入emi、余氢放电单元、输入预充单元、输入电容、dc/dc、输出电容、pdu、输出预充、输出熔断器单元、输出emi连接一体化控制器的输出端，所述一体化控制器的输出端通过高压线束连接至整车动力系统，控制系统连接并向dc/dc发出控制指令，所述控制系统与一体化电控主单元通信。

3、所述一体化电控主单元设有bop控制单元，并通过bop控制单元与外部受控制的bop零部件通信，所述一体化电控主单元设有can通讯单元，并通过can通讯单元与外部vcu通信，所述一体化控制器设有与控制系统通信的eis。

4、所述输入预充单元的主正继电器k1两端设有电流采样点a1和a2，所述主正继电器k1后端设有电压采样点v1，所述输出电容后方设有电流采样点a3和电压采样点v2，所有采样点均将采集的信号输送至控制系统。

5、所述一体化控制器设有扁平的壳体，所述壳体外设有盖板，所述输入emi、余氢放电单元、输入预充单元、输入电容、dc/dc、输出电容、pdu、输出预充、输出熔断器单元、输出emi、控制系统、一体化电控主单元、eis均固定在壳体内，所述壳体边缘设有与内部元器件连接的ptc/dcl高压接口、主高压接口、空压机高压接口、搭铁点、空压机温度采样接口、fcu低压接口，以及防水透气阀、氢泵/水泵高压接口、冷却水嘴，所述壳体内安装高压线束的位置设有电堆高压线束接口盖板，所述壳体内安装输出熔断器单元的位置设有位于盖板上的保险丝检修盖板，所述壳体边缘还设有用于固定的固定脚，并通过固定脚将壳体固定在燃料电池电堆上。

6、所述dc/dc、一体化电控主单元和控制系统固定在壳体的中部部位，所述pdu、电感固定在壳体的两侧

7、所述余氢放电单元并联在高压输入端母线两端，所述余氢放电单元由常闭继电器和放电电阻串联构成。

8、一种基于所述燃料电池系统一体化控制器的余氢混合放电方法，其特征在于：

9、当燃料电池系统开机后，控制系统控制余氢放电单元的常闭继电器内部电磁铁保持吸合，继电器触点悬空后变为常开状态；

10、当燃料电池发动机正常停机时，vcu给一体化电控主单元下发指令，使dc/dc工作在余氢放电模式，

11、判断高压主输出的高压互锁信号是否正常，若正常则向bms发送充电请求，动力电池自检，若信号反馈通过，选择进入主动放电流程，持续把电堆所产生的电量传输到整车动力电池侧，通过电堆输入端的电压采样点采集电堆的输出电压，把采集到的电压和dc/dc控制阀值相比较，当电堆电压大于安全电压时，dc/dc进入恒流放电模式；放电过程中随着电堆电压逐渐下降，当采集到的电堆电压达到安全电压时，退出主动放电模式。

12、余氢混合放电时，保持一体化控制器的输入端和输出端闭合，为导通状态。

13、若车辆碰撞导致动力电池与燃料电池系统高压线束连接脱开，则dc/dc自动进入被动放电模式，并在掉电后，一体化控制器内部的余氢放电电路恢复闭合，可持续把电堆所带的余氢电量通过放电电阻释放掉。

14、本发明采用控制器一体化功能集成方案，节省线束及零部件壳体成本，提高燃料电池系统体积功率密度，利于系统集成化布置，并且针对燃料电池汽车在重大事故中的安全问题，通过混合放电策略优化，保证燃料电池整车功能安全性，保证人员触电防护安全。

技术特征：

1.一种燃料电池系统一体化控制器，其特征在于：一体化控制器的输入端通过高压线束连接至燃料电池电堆，所述输入端依次经输入emi、余氢放电单元、输入预充单元、输入电容、dc/dc、输出电容、pdu、输出预充、输出熔断器单元、输出emi连接一体化控制器的输出端，所述一体化控制器的输出端通过高压线束连接至整车动力系统，控制系统连接并向dc/dc发出控制指令，所述控制系统与一体化电控主单元通信。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统一体化控制器，其特征在于：所述一体化电控主单元设有bop控制单元，并通过bop控制单元与外部受控制的bop零部件通信，所述一体化电控主单元设有can通讯单元，并通过can通讯单元与外部vcu通信，所述一体化控制器设有与控制系统通信的eis。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统一体化控制器，其特征在于：所述输入预充单元的主正继电器k1两端设有电流采样点a1和a2，所述主正继电器k1后端设有电压采样点v1，所述输出电容后方设有电流采样点a3和电压采样点v2，所有采样点均将采集的信号输送至控制系统。

4.根据权利要求3所述的燃料电池系统一体化控制器，其特征在于：所述一体化控制器设有扁平的壳体，所述壳体外设有盖板，所述输入emi、余氢放电单元、输入预充单元、输入电容、dc/dc、输出电容、pdu、输出预充、输出熔断器单元、输出emi、控制系统、一体化电控主单元、eis均固定在壳体内，所述壳体边缘设有与内部元器件连接的ptc/dcl高压接口、主高压接口、空压机高压接口、搭铁点、空压机温度采样接口、fcu低压接口，以及防水透气阀、氢泵/水泵高压接口、冷却水嘴，所述壳体内安装高压线束的位置设有电堆高压线束接口盖板，所述壳体内安装输出熔断器单元的位置设有位于盖板上的保险丝检修盖板，所述壳体边缘还设有用于固定的固定脚，并通过固定脚将壳体固定在燃料电池电堆上。

5.根据权利要求1-4中任一所述的燃料电池系统一体化控制器，其特征在于：所述dc/dc、一体化电控主单元和控制系统固定在壳体的中部部位，所述pdu、电感固定在壳体的两侧。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统一体化控制器，其特征在于：所述余氢放电单元并联在高压输入端母线两端，所述余氢放电单元由常闭继电器和放电电阻串联构成。

7.一种基于权利要求1-6中任一所述燃料电池系统一体化控制器的余氢混合放电方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的余氢混合放电方法，其特征在于：余氢混合放电时，保持一体化控制器的输入端和输出端闭合，为导通状态。

9.根据权利要求8所述的余氢混合放电方法，其特征在于：若车辆碰撞导致动力电池与燃料电池系统高压线束连接脱开，则dc/dc自动进入被动放电模式，并在掉电后，一体化控制器内部的余氢放电电路恢复闭合，可持续把电堆所带的余氢电量通过放电电阻释放掉。

技术总结
本发明揭示了一种燃料电池系统一体化控制器，一体化控制器的输入端通过高压线束连接至燃料电池电堆，所述输入端依次经输入EM I、余氢放电单元、输入预充单元、输入电容、DC/DC、输出电容、PDU、输出预充、输出熔断器单元、输出EM I连接一体化控制器的输出端，所述一体化控制器的输出端通过高压线束连接至整车动力系统，控制系统连接并向DC/DC发出控制指令，所述控制系统与一体化电控主单元通信。本发明采用控制器一体化功能集成方案，节省线束及零部件壳体成本，提高燃料电池系统体积功率密度，并且通过混合放电策略优化，保证燃料电池整车功能安全性。

技术研发人员：任博,潘陈兵,潘立升,陈大华
受保护的技术使用者：安徽瑞氢动力科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17