CN107199891B - 燃料电池汽车上下电控制方法、整车控制器及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池汽车上下电控制方法、整车控制器及汽车,其中,该燃料电池汽车上下电控制方法包括:获取上电指令或者下电指令;根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电***上电或者根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电***下电。本发明建立了VCU与BMS、VCU与MCU、VCU与APU、VCU与空调***控制器以及VCU与DCDC间的信号交互逻辑方法,实现了VCU对整车高压状态的监控,提高了整车高压***上电后APU工作效率,排除了由于整车下电与APU下电时序不匹配引起的高压放电风险,提高了高压***安全性。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池汽车领域,尤其涉及一种燃料电池汽车上下电控制方法、整车控制器及电动汽车。
背景技术
燃料电池汽车主要是以氢气作为燃料,并以氢与氧结合的电化学反应发电作为动力源,与传统汽车相比,燃料电池汽车排放无污染;与纯电动汽车相比,燃料加载时间短,续驶里程长。目前针对燃料电池汽车的上下电控制方法很少,整车上电时,APU内电堆温度的高低直接影响燃料电池的转化效率,整车下电与APU下电的时序不匹配很可能引起高压放电风险,从而影响整车高压***的安全性。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种燃料电池汽车上下电控制方法、整车控制器及电动汽车,解决了燃料电池转化效率低以及由于整车下电与APU下电的时序问题引起的高压放电风险的问题。
依据本发明的一个方面,提供了一种燃料电池汽车上下电控制方法,包括:
获取上电指令或者下电指令;
根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电***上电或者根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电***下电。
可选地,获取上电指令或者下电指令的步骤包括:
整车控制器VCU通过燃料电池汽车的无钥匙启动***及制动踏板信号,获取上电指令或者下电指令。
可选地,根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电***上电的步骤包括:
所述VCU根据所述上电指令,判断燃料电池汽车的整车模式处于行车模式时,VCU唤醒电池管理***BMS、驱动电机控制器MCU、氢***增程器APU、空调***控制器以及直流转换控制器DCDC;
所述VCU控制所述BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC进行低压自检以及控制高压***检测,完成上电***上电。
可选地,所述VCU控制所述BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC进行低压自检的步骤包括:
所述VCU唤醒BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC,被唤醒的控制器通过读取相应低压控制器板内存储器EEPROM的方式,进行板内低压自检;
所述VCU与BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC通过CAN总线进行通讯报文交互,判断所述VCU分别与BMS、MCU、APU、空调***控制器及DCDC之间的通讯是否存在信号丢帧情况,并判断电池负极继电器是否正常处于断开状态。
可选地,所述VCU控制所述BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC进行低压自检的步骤之后还包括:
若低压控制器板内正常、CAN总线通信正常且电池负极继电器处于正常断开状态,VCU控制动力电池负极继电器闭合;
若所述VCU判断当前高压***具有严重故障,则禁止***上高压,引导BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC及自身控制器休眠,整个高压***下电。
可选地,所述VCU控制高压***检测的步骤包括:
所述VCU控制动力电池高压自检,其中,所述VCU在BMS判断动力电池预充继电器及正极继电器有闭合故障时,则引导动力电池负极继电器断开;
对预充继电器是否粘连进行检测,如果存在此故障,则BMS控制正极继电器断开,VCU控制负极继电器断开,高压***下电。
可选地,所述VCU控制动力电池高压自检的步骤还包括:
如动力电池预充继电器及正极继电器无闭合故障,则BMS控制动力电池的预充继电器闭合,在第一预设时长后,控制正极继电器闭合,下一个第一预设时长后,控制预充继电器断开。
可选地,燃料电池汽车上下电控制方法的步骤还包括
在上电***已上电状态下,当VCU判断有启动氢***增程器APU的需求时,获取APU内电堆温度;
在电堆温度低于第一预设值时,VCU向APU发送电堆加热信号,APU***进入升温模式,当电堆温度高于第二预设值时,APU判定在此温度下,电堆可高效率工作,APU向VCU发送可使能状态信号,VCU向APU发送工作使能信号,此时由动力电池与电堆同时输出动力。
可选地,根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电***下电的步骤包括:
VCU根据所述下电指令引导高压***下电、禁止直流转换控制器DCDC及空调***控制器使能,并控制MCU进入零转矩模式,BMS控制电池正极继电器断开,VCU控制高压***主动放电及控制电池负极继电器断开、进行高压***掉电检测,VCU引导BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC休眠以及VCU自身休眠,完成高压***下电。
可选地,VCU根据所述下电指令引导高压***下电的步骤包括:
所述VCU向APU发送APU使能关机信号,且VCU进入等待模式,此时APU向冷却水泵及冷却风扇发送冷却指令对电堆进行冷却,当APU判定电堆温度低于第三预设值时,APU控制电堆停机,并向VCU发送APU关机状态信号,VCU引导高压***下电。
可选地,VCU根据所述下电指令进行高压***掉电检测的步骤后还包括:
所述VCU将BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC数据写入存储器,并引导低压***休眠。
本发明实施例还提供了一种整车控制器,包括:
获取模块,用于获取上电指令或者下电指令;
控制模块,用于根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电***上电或者根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电***下电。
本发明实施例还提供了一种电动汽车,包括上述整车控制器。
本发明的实施例的有益效果是:
上述方案中,通过建立VCU与BMS、VCU与MCU、VCU与APU、VCU与空调***控制器以及VCU与DCDC间的信号交互逻辑的方法,实现了VCU对整车高压状态的监控,提高了整车高压***上电后APU工作效率,排除了由于整车下电与APU下电时序不匹配引起的高压放电风险,提高了高压***安全性。
附图说明
图1表示本发明实施例的燃料电池汽车上下电控制方法的流程图;
图2表示本发明实施例的燃料电池汽车上下电时序控制具体的流程图;
图3表示本发明实施例的整车控制器示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示,本发明的实施例提供了一种燃料电池汽车上下电控制方法,包括:
步骤11:获取上电指令或者下电指令。
其中,上电指令或者下电指令由无钥匙***PEPS及制动踏板信号通过驾驶员人为操识别,并将指令信息反馈给整车控制器VCU。
步骤12:根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电***上电或者根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电***下电。
其中,基于无钥匙***PEPS及制动踏板信号识别到驾驶员的上电指令后,VCU在整车运行模式下,唤醒BMS、MCU、APU、空调***控制器(包括电动压缩机控制器EAS、加热控制器PTC、电子温控***ECC)及DCDC,并在低压***自检以及高压***检测无故障后,完成动力电池供电,并对APU内电堆温度进行判断,电堆温度达到预设值后,控制APU工作,保证了燃料电池能量转化的高效性。
基于无钥匙***PEPS及识别到驾驶员的下电指令后,VCU在收到APU的停机信号,并在高压***主动放电以及高压***掉电检测并进行数据存档后,引导BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC休眠,并主动下电。该方案通过控制APU运行状态,避免了由于整车下电与APU下电时序不匹配引起的高压放电风险。
进一步地,获取上电指令或者下电指令的步骤包括:
整车控制器VCU通过燃料电池汽车的无钥匙启动***及制动踏板信号,获取上电指令或者下电指令。
该实施例中,基于无钥匙启动***及制动踏板信号获取驾驶员上电意图后,给所有控制器提供ON电,通过ON电唤醒VCU,VCU进行控制器数据初始化,并读取存储器中的数据,如在上一个上电周期内有不可抗拒故障出现,则禁止上高压,整合车辆上高压前数据,如果有下电故障则VCU将禁止***上高压。
基于无钥匙启动***获取驾驶员下电意图后,VCU首先判断APU是否停机,在确保APU停机后引导高压***下电。
进一步地,根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电***上电的步骤包括:
所述VCU根据所述上电指令,判断燃料电池汽车的整车模式处于行车模式时,VCU唤醒电池管理***BMS、驱动电机控制器MCU、氢***增程器APU、空调***控制器以及直流转换控制器DCDC;
所述VCU控制所述BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC进行低压自检以及控制高压***检测,完成上电***上电。
该实施例中,所述燃料电池汽车的整车模式包括:远程模式、行车模式、慢充模式、快充模式及BootLoader模式。
进一步地,所述VCU控制所述BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC进行低压自检的步骤包括:
所述VCU唤醒BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC,被唤醒的控制器通过读取相应低压控制器板内存储器EEPROM的方式,进行板内低压自检;
所述VCU与BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC通过CAN总线进行通讯报文交互,判断所述VCU分别与BMS、MCU、APU、空调***控制器及DCDC之间的通讯是否存在信号丢帧情况,并判断电池负极继电器是否正常处于断开状态。
该实施例中,低压控制器进行自检,并与VCU进行报文交互,实现了VCU对低压控制器的工作状态的实时监控。
进一步地,所述VCU控制所述BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC进行低压自检的步骤之后还包括:
若低压控制器板内正常、CAN总线通信正常且电池负极继电器处于正常断开状态,VCU控制动力电池负极继电器闭合;
若所述VCU判断当前高压***具有严重故障,则禁止***上高压,引导BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC及自身控制器休眠,整个高压***下电。
该实施例中,VCU根据低压控制器自检的报文交互情况及时做出相应处理,避免了故障导致的***无法上电,有效的提高了高压***上电效率以及整车***上电后APU的工作效率。
进一步地,所述VCU控制高压***检测的步骤包括:
所述VCU控制动力电池高压自检,其中,所述VCU在BMS判断动力电池预充继电器及正极继电器有闭合故障时,则引导动力电池负极继电器断开;
对预充继电器是否粘连进行检测,如果存在此故障,则BMS控制正极继电器断开,VCU控制负极继电器断开,高压***下电。
该实施例中,通过VCU控制高压***检测,及时发现高压上电过程中的高压***故障,有效提高了高压***的上电效率,提高了高压***安全性。
进一步地,所述VCU控制动力电池高压自检的步骤还包括:
如动力电池预充继电器及正极继电器无闭合故障,则BMS控制动力电池的预充继电器闭合,在第一预设时长后,控制正极继电器闭合,下一个第一预设时长后,控制预充继电器断开。
该实施例中,高压***回路中必须要有预充回路,以防止高压回路瞬间闭合产生大电流,烧毁继电器。如果***未检测到预充继电器有粘连故障,则高压***上电完成,BMS根据驾驶意图提供相应功率,电机响应加速踏板扭矩需求。
进一步地,燃料电池汽车上下电控制方法的步骤还包括:
在上电***已上电状态下,当VCU判断有启动氢***增程器APU的需求时,获取APU内电堆温度;
在电堆温度低于第一预设值时,VCU向APU发送电堆加热信号,APU***进入升温模式,当电堆温度高于第二预设值时,APU判定在此温度下,电堆可高效率工作,APU向VCU发送可使能状态信号,VCU向APU发送工作使能信号,此时由动力电池与电堆同时输出动力。
该实施例中,所述电堆加热信号可以是“电堆加热使能标志位”,当电池SOC(荷电状态)或者电池单体工作温度低于预设值导致动力电池输出功率低于预设值时,VCU判定需要启动APU,使动力电池与APU联合供电。
其中,VCU发送电堆加热信号,***进入升温模式后,VCU控制动力电池限功率,并向仪表控制器ICM发送驾驶员提醒报文,以提醒整车目前处于限功率状态中,使车辆在低功率下行驶,当APU判定在高于第二预设值的温度下,电堆可高效率工作时,限功率状态模式取消,VCU向APU发送工作使能信号,此时由动力电池与电堆同时输出动力。该方案通过对APU内电堆温度进行判断,使电堆能够在合适温度下工作,提高了燃料电池转化效率。
进一步地,根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电***下电的步骤包括:
VCU根据所述下电指令引导高压***下电、禁止直流转换控制器DCDC及空调***控制器使能,并控制MCU进入零转矩模式,BMS控制电池正极继电器断开,VCU控制高压***主动放电及控制电池负极继电器断开、进行高压***掉电检测,VCU引导BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC休眠以及VCU自身休眠,完成高压***下电。
该实施例中,高压***将电容内的电荷通过PTC、OBC(车载充电机)及MCU内的电阻以热能形式释放掉,完成MCU主动放电。
进一步地,VCU根据所述下电指令引导高压***下电的步骤包括:
所述VCU向APU发送APU关机使能信号,且VCU进入等待模式,此时APU向冷却水泵及冷却风扇发送冷却指令对电堆进行冷却,当APU判定电堆温度低于第三预设值时,APU控制电堆停机,并向VCU发送APU关机状态信号,VCU引导高压***下电。
该实施例中,所述APU关机使能信号可以是“APU关机使能标志位”,所述APU关机状态信号可以是“APU关机状态标志位”。
VCU进入等待模式后,APU控制冷却***持续的为电堆进行冷却,防止电堆停止工作后无冷却机制导致的电堆高温风险,通过增加VCU的等待模式,有效地避免了由于动力电池断路,而APU未断电并处于发电状态,可能导致的放电危险。
进一步地,VCU根据所述下电指令进行高压***掉电检测的步骤后还包括:
所述VCU将BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC数据写入存储器,并引导低压***休眠。
该实施例中,低压***掉电检测的内容为:BMS确保电池预充继电器断开、正极继电器断开,VCU确保电池负极断开,检测完成后,对BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC的数据进行存档,以便下次控制器上电时,对该数据进行处理及响应。
完整的流程图如图2所示:
在基于PEPS以及制动踏板信号获取到上电指令后,VCU进行控制器初始化,并读取EEPROM中数据,确保无故障后,VCU判断整车模式,若为行车模式则VCU唤醒BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC,否则进入充电或远程模式;BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC进行低压自检,若有严重故障则禁止***上高压且VCU引导各控制器休眠,若无故障,则VCU控制闭合电池负极继电器;低压自检完成后电池进行高压自检,即BMS判断预充和正极继电器是否有闭合故障,若有,则VCU引导电池负极继电器断开,若无故障,则BMS控制预充继电器闭合,预设时间(Tms)后正极继电器闭合,下一个预设时间(Tms)后预充继电器断开;高压***检测预充继电器无粘连故障后,高压***上电完成,此时VCU判断是否需要启动APU联合供电。
在***基于PEPS获取到下电指令后,VCU首先判断APU是否停机,若APU已停机,则VCU禁止DCDC使能并控制电机转矩为零;BMS控制正极继电器断开后MCU主动放电;放电完成后VCU引导电池负极继电器断开,此时高压***进行掉电检测,确保无故障后进行数据存档;VCU控制低压***掉电后,主动掉电,此时下电完成。
如图3所示,本发明实施例还提供了一种整车控制器,包括:
获取模块31,用于获取上电指令或者下电指令;
该实施例中,上电指令或者下电指令由无钥匙***PEPS及制动踏板信号通过驾驶员人为操识别,并将指令信息反馈给整车控制器VCU。。
控制模块32,用于根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电***上电或者根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电***下电。
需要说明的是,上述方法实施例中所有实现方式均适用于该整车控制器的实施例中,也能达到相同的技术效果。该实施例中,基于无钥匙***PEPS及制动踏板信号识别到驾驶员的上电指令后,VCU在整车运行模式下,唤醒BMS、MCU、APU、空调***控制器(包括电动压缩机控制器EAS、加热控制器PTC、电子温控***ECC)及DCDC,并在低压***自检以及高压***检测无故障后,完成动力电池供电,并对APU内电堆温度进行判断,电堆温度达到预设值后,控制APU工作,保证了燃料电池能量转化的高效性。
基于无钥匙***PEPS识别到驾驶员的下电指令后,VCU在收到APU的停机信息,并在高压***主动放电以及高压***掉电检测并进行数据存档后,引导BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC休眠,并主动下电。该方案通过控制APU运行状态,避免了由于整车下电与APU下电时序不匹配引起的高压放电风险。
本发明实施例还提供了一种电动汽车,包括上述的整车控制器。
本发明的该实施例,建立了VCU与BMS、VCU与MCU、VCU与APU、VCU与空调***控制器以及VCU与DCDC间的信号交互逻辑方法,基于APU的开关状态,实现了VCU对整车高压状态的监控,提高了整车高压***上电后APU工作效率,排除了由于整车下电与APU下电时序问题引起的高压放电风险,提高了高压***安全性。
以上所述的是本发明的优选实施方式,应当指出对于本技术领域的普通人员来说,在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于,包括:
获取上电指令或者下电指令;
根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电***上电或者根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电***下电;
获取上电指令或者下电指令的步骤包括:
整车控制器VCU通过燃料电池汽车的无钥匙启动***及制动踏板信号,获取上电指令或者下电指令;
根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电***下电的步骤包括:
VCU根据所述下电指令引导高压***下电、禁止直流转换控制器DCDC及空调***控制器使能,并控制MCU进入零转矩模式,BMS控制电池正极继电器断开,VCU控制高压***主动放电及控制电池负极继电器断开、进行高压***掉电检测,VCU引导BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC休眠以及VCU自身休眠,完成高压***下电;
VCU根据所述下电指令引导高压***下电的步骤包括:
所述VCU向APU发送APU使能关机信号,且VCU进入等待模式,此时APU向冷却水泵及冷却风扇发送冷却指令对电堆进行冷却,当APU判定电堆温度低于第三预设值时,APU控制电堆停机,并向VCU发送APU关机状态信号,VCU引导高压***下电。
2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于,根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电***上电的步骤包括:
所述VCU根据所述上电指令,判断燃料电池汽车的整车模式处于行车模式时,VCU唤醒电池管理***BMS、驱动电机控制器MCU、氢***增程器APU、空调***控制器以及直流转换控制器DCDC;
所述VCU控制所述BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC进行低压自检以及控制高压***检测,完成上电***上电。
3.根据权利要求2所述的燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于,所述VCU控制所述BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC进行低压自检的步骤包括:
所述VCU唤醒BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC,被唤醒的控制器通过读取相应低压控制器板内存储器EEPROM的方式,进行板内低压自检;
所述VCU与BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC通过CAN总线进行通讯报文交互,判断所述VCU分别与BMS、MCU、APU、空调***控制器及DCDC之间的通讯是否存在信号丢帧情况,并判断电池负极继电器是否正常处于断开状态。
4.根据权利要求3所述的燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于,所述VCU控制所述BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC进行低压自检的步骤之后还包括:
若低压控制器板内正常、CAN总线通信正常且电池负极继电器处于正常断开状态,VCU控制动力电池负极继电器闭合;
若所述VCU判断当前高压***具有严重故障,则禁止***上高压,引导BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC及自身控制器休眠,整个高压***下电。
5.根据权利要求2所述的燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于,所述VCU控制高压***检测的步骤包括:
VCU控制动力电池高压自检,其中,所述VCU在BMS判断动力电池预充继电器及正极继电器有闭合故障时,则引导动力电池负极继电器断开;
对预充继电器是否粘连进行检测,如果存在此故障,则BMS控制正极继电器断开,VCU控制负极继电器断开,高压***下电。
6.根据权利要求5所述的燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于,所述VCU控制动力电池高压自检的步骤还包括:
如动力电池预充继电器及正极继电器无闭合故障,则BMS控制动力电池的预充继电器闭合,在第一预设时长后,控制正极继电器闭合,下一个第一预设时长后,控制预充继电器断开。
7.根据权利要求6所述的燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于,还包括:
在上电***已上电状态下,当VCU判断有启动氢***增程器APU的需求时,获取APU内电堆温度;
在电堆温度低于第一预设值时,VCU向APU发送电堆加热信号,APU***进入升温模式,当电堆温度高于第二预设值时,APU判定在此温度下,电堆可高效率工作,APU向VCU发送可使能状态信号,VCU向APU发送工作使能信号,此时由动力电池与电堆同时输出动力。
8.根据权利要求1所述的燃料电池汽车上下电控制方法,其特征在于,VCU根据所述下电指令进行高压***掉电检测的步骤后还包括:
所述VCU将BMS、MCU、APU、空调***控制器以及DCDC数据写入存储器,并引导低压***休眠。
9.一种整车控制器,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取上电指令或者下电指令;
控制模块,用于根据所述上电指令控制燃料电池汽车的上电***上电或者根据所述下电指令控制燃料电池汽车的下电***下电;
整车控制器VCU通过燃料电池汽车的无钥匙启动***及制动踏板信号,获取上电指令或者下电指令;
VCU根据所述下电指令引导高压***下电、禁止直流转换控制器DCDC及空调***控制器使能,并控制MCU进入零转矩模式,BMS控制电池正极继电器断开,VCU控制高压***主动放电及控制电池负极继电器断开、进行高压***掉电检测,VCU引导BMS、MCU、APU、空调***控制器、DCDC休眠以及VCU自身休眠,完成高压***下电;
所述VCU向APU发送APU关机使能信号,且VCU进入等待模式,此时APU向冷却水泵及冷却风扇发送冷却指令对电堆进行冷却,当APU判定电堆温度低于第三预设值时,APU控制电堆停机,并向VCU发送APU关机状态信号,VCU引导高压***下电。
10.一种电动汽车,其特征在于,包括:如权利要求9所述的整车控制器。
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