CN111409508B - 车载燃料电池***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种车载燃料电池***及其控制方法，该***包括：燃料电池电堆、保护单元、双向直流/直流DC/DC变换器、燃料电池***输出预充单元和控制单元；保护电路包括第一继电器、第二继电器、第三继电器和保护二极管。能够实现通过储能装置的电能对双向DC/DC变换器输入侧的电容进行预充，避免利用燃料电池电堆启动过程中对DC/DC变换器输入侧预充时浪涌电流的产生，同时通过在燃料电池电堆与双向DC/DC变换器之间设置保护电路，防止在燃料电池***启动或停机期间能量反灌至燃料电池电堆，提高燃料电池电堆的使用寿命。另外不需在燃料电池模组内设计专用的预充电路，节约体积、更便于实现燃料电池模组的集成。

Description

车载燃料电池***及其控制方法
技术领域
本发明实施例涉及新能源技术领域，尤其涉及一种车载燃料电池***及其控制方法。
背景技术
燃料电池具有能量转化效率高、无噪音，少污染，几乎不排放氮氧化合物等优点，有广泛应用于汽车、船舶等已成为未来的技术发展趋势。燃料电池***作为车船的主要能量来源，其可靠性致为重要，尤其是高压结构的可靠性，其直接关系到电堆的安全和寿命。
目前，现有技术中常见的车载燃料电池***如图1所示，该***包括：燃料电池电堆1、高压检测单元2、保护和预充单元3、空压机高压组件4、输出预充单元5、升压boost变换器6和能量泄放单元7。其中，燃料电池电堆1的输出的高压由高压检测单元2进行监控，高压连接能量泄放单元7，用于将燃料电池电堆多余的能量不能输出时泄放掉；高压接着连接保护和预充单元3，当出现紧急情况或停机后将此单元内的正极主继电器和负极主继电器断开以保护燃料电池电堆的安全，其预充电路用于给后级连接的电子设备端口电容进行限流充电；高压接着连接至升压boost变换器6，用于将燃料电池电堆1输出的高压进过升压后输出至车载动力电池或动力装置；在升压boost变换器6和高压输出之间还连接有燃料电池***输出预充单元5，用于向升压boost变换器6的输出侧电容进行限流充电；与升压boost变换器6输出侧并联的还有空压机高压组件4。并且，燃料电池电堆1、高压检测单元2、保护和预充单元3、空压机高压组件4和能量泄放单元7通常是集成在一起构成了燃料电池模组。
然而，发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：保护和预充单元对升压boost变换器的输入侧的电容进行预充时，会使得输入电容产生瞬间的浪涌电流，即使设置限流电阻，燃料电池电堆也会产生高达几十安培的瞬间电流，这将对燃料电池电堆的寿命产生影响。
发明内容
本发明实施例提供一种车载燃料电池***及其控制方法，以克服现有技术中对升压boost变换器的输入侧的电容进行预充时，会使得输入电容产生瞬间的浪涌电流，即使设置限流电阻，燃料电池电堆也会产生高达几十安培的瞬间电流，对燃料电池电堆的寿命产生影响的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种车载燃料电池***，包括：
燃料电池电堆、保护单元、双向DC/DC变换器、燃料电池***输出预充单元和控制单元；所述燃料电池电堆、保护单元、双向DC/DC变换器、燃料电池***输出预充单元均与所述控制单元连接；其中，所述保护电路包括第一继电器、第二继电器、第三继电器和保护二极管；
所述燃料电池电堆的第一输出端与所述第一继电器的输入端连接，第二输出端与所述第二继电器的输入端连接；
所述第三继电器的输出端与所述保护二极管的阳极串联，所述第三继电器的输入端与所述第一继电器的输入端连接，所述保护二极管的阴极与所述第一继电器的输出端连接；
所述第一继电器的输出端和所述第二继电器的输出端分别与所述双向DC/DC变换器的第一输入端和第二输入端连接；
所述双向DC/DC变换器的第一输出端与所述燃料电池***输出预充单元的输入端连接，所述双向DC/DC变换器的第二输出端和所述燃料电池***输出预充单元的输出端与车载的储能装置和动力***连接；
所述控制单元，用于当检测到燃料电池***启机时，控制燃料电池***输出预充单元为所述双向DC/DC变换器的输出侧电容进行预充，同时控制所述保护单元的第二继电器和第三继电器闭合；待所述双向DC/DC变换器的输出侧电容预充完成后，控制双向DC/DC变换器逆向导通，为所述双向DC/DC变换器的输入侧电容进行预充；其中所述双向DC/DC变换器逆向导通为对储能装置的电压进行降压使能量由双向DC/DC变换器的输出侧流向输入侧。
第二方面，本发明实施例提供一种车载燃料电池***控制方法，包括：
在所述车载燃料电池***启动时，完成对所有电容的预充后，控制双向DC/DC变换器逆向导通进行降压工作，为所述空压机高压组件提供初始供电；同时控制所述保护单元的第二继电器和第三继电器闭合、第一继电器断开；当所述燃料电池电堆输出电压达到第一预设电压阈值时，控制所述保护单元的第二继电器和第一继电器闭合、第三继电器断开，由燃料电池电堆为所述空压机高压组件继续供电；同时控制所述双向DC/DC变换器处于待机状态；
在所述车载燃料电池***正常加载时，控制所述所述保护单元的第二继电器和第一继电器闭合、第三继电器断开，同时控制所述双向DC/DC变换器进行正向导通升压工作，使得燃料电池电堆为所述空压机高压组件继续供电、以及为所述双向DC/DC变换器供电满足正常加载；
在所述车载燃料电池***降载完毕停机时，控制所述双向DC/DC变换器关闭、所述保护单元的第二继电器和第三继电器闭合、第一继电器断开，使得燃料电池电堆为所述空压机高压组件提供初期吹扫电能；当燃料电池电堆的输出电压降低至第二预设电压阈值时，控制所述双向DC/DC变换器逆向导通进行降压工作，使得双向DC/DC变换器继续为所述空压机高压组件提供吹扫电能，直至所述燃料电池电堆停止工作；并继续控制所述双向DC/DC变换器控制所述第一开关管和第二开关管断开、第三开关管按照第三设定占空比工作，使得所述第三开关管和撬棒电阻组成的撬棒电路可以通过功率电感、第一二极管形成的回路将燃料电池电堆产生的剩余电能消耗掉。
本发明实施例提供的车载燃料电池***及其控制方法，通过双向DC/DC变换器，可以实现通过储能装置的电能对双向DC/DC变换器输入侧的电容进行预充，而不需要燃料电池电堆的电能，能够实现通过储能装置的电能对双向DC/DC变换器输入侧的电容进行预充，避免利用燃料电池电堆启动过程对DC/DC变换器输入侧预充时浪涌电流的产生，同时通过在燃料电池电堆与双向DC/DC变换器之间设置保护电路，防止在燃料电池***启动或停机期间能量反灌至燃料电池电堆，提高燃料电池电堆的使用寿命。另外不需在燃料电池模组内设计专用的预充电路，节约体积、更便于实现燃料电池模组的集成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中车载燃料电池***的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的车载燃料电池***的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的双向DC/DC变换器的电路结构示意图；
图4为本发明另一实施例提供的车载燃料电池***的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的控制单元的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有车载燃料电池***中，保护和预充单元对升压boost变换器的输入侧的电容进行预充时，会使得充电电容瞬间产生浪涌电流，即便有保护和预充单元中的限流电阻，燃料电池电堆也会产生高达几十安培的瞬间电流，这将对燃料电池电堆的寿命产生影响。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出以下思路：通过双向DC/DC变换器，可以实现通过储能装置的电能对双向DC/DC变换器输入侧的电容进行预充，而不需要燃料电池电堆的电能，能够避免利用燃料电池电堆启动过程对DC/DC变换器输入侧预充时浪涌电流的产生，同时通过在燃料电池电堆与双向DC/DC变换器之间设置保护电路，防止在燃料电池***启动或停机期间能量反灌至燃料电池电堆，提高燃料电池电堆的使用寿命。
图2为本发明一实施例提供的车载燃料电池***的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的车载燃料电池***，包括：
燃料电池电堆10、保护单元20、双向DC/DC变换器30、燃料电池***输出预充单元40和控制单元50；所述燃料电池电堆10、保护单元20、双向DC/DC变换器30、燃料电池***输出预充单元40均与所述控制单元50连接；其中，所述保护电路20包括第一继电器201、第二继电器202、第三继电器203和保护二极管204。
燃料电池电堆10的第一输出端与第一继电器201的输入端连接，第二输出端与第二继电器202的输入端连接。其中第一输出端为正极输出端，第二输出端为负极输出端。
第三继电器203的输出端与保护二极管204的阳极串联，第三继电器203的输入端与第一继电器201的输入端连接，保护二极管204的阴极与第一继电器201的输出端连接。
第一继电器201的输出端和第二继电器202的输出端分别与双向DC/DC变换器30的第一输入端和第二输入端连接。其中第一输入端为正极输入端，第二输入端为负极输入端。
双向DC/DC变换器30的第一输出端与燃料电池***输出预充单元40的输入端连接，双向DC/DC变换器30的第二输出端和燃料电池***输出预充单元40的输出端与车载的储能装置和动力***连接。储能装置可以是动力电池，如锂电池。
控制单元50，用于当检测到燃料电池***启机时，控制燃料电池***输出预充单元40为双向DC/DC变换器30的输出侧电容进行预充，同时控制保护单元20的第二继电器202和第三继电器203闭合；待所述双向DC/DC变换器30的输出侧电容预充完成后，控制双向DC/DC变换器30逆向导通，为双向DC/DC变换器30的输入侧电容进行预充；其中双向DC/DC变换器30逆向导通为对储能装置的电压进行降压使能量由双向DC/DC变换器的输出侧流向输入侧。
在本实施例中，所述车载燃料电池***还包括：高压检测单元70，所述高压检测单元70的两端分别与所述燃料电池电堆10的第一输出端和第二输出端连接；所述燃料电池电堆、高压检测单元、保护单元和所述空压机高压组件集成安装形成燃料电池模组。
在本实施例中，燃料电池***输出预充单元40包括：第四继电器401、第五继电器402和限流电阻403，其中所述第四继电器的输入端与所述双向DC/DC变换器30的第一输出端连接；所述第五继电器和限流电阻串联后与第四继电器并联。燃料电池***输出预充单元40可以是设置在整车高压配电箱或者储能装置内(如动力电池箱内)，也可以与整车驱动电机控制器的输入预充共用。
从上述实例描述可知，通过双向DC/DC变换器，可以实现通过储能装置的电能对双向DC/DC变换器输入侧的电容进行预充，而不需要燃料电池电堆的电能，能够避免利用燃料电池电堆启动过程对DC/DC变换器输入侧预充时浪涌电流的产生，同时通过在燃料电池电堆与双向DC/DC变换器之间设置保护电路，防止在燃料电池***启动或停机期间能量反灌至燃料电池电堆，提高燃料电池电堆的使用寿命。另外不需在燃料电池模组内设计专用的预充电路，节省设计空间、更便于实现燃料电池模组的集成化。
参考图2，在本发明的一个实施例中，在上述实施例的基础上，该车载燃料电池***还包括：空压机高压组件60，空压机高压组件60的第一输入端与双向DC/DC变换器30的第一输入端连接，第二输入端与双向DC/DC变换器30的第二输入端连接。双向DC/DC变换器30逆向导通后同时为双向DC/DC变换器的输入侧电容和预充空压机高压组件的输入侧电容进行预充。
其中，通常双向DC/DC变换器30体积较大，是不能集成到燃料电池模组中的。在本实施例中，将空压机高压组件60设置在靠近燃料电池电堆的一侧，更便于将空压机高压组件60集成到燃料电池模组中，降低集成设计的难度。
参考图3，图3为本发明实施例提供的双向DC/DC变换器的电路结构示意图。该双向DC/DC变换器30包括：
输入电容Cin、功率电感L1、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三开关管Q3、撬棒电阻R1和输出电容Cout。其中，双向DC/DC变换器的第二输入端和第二输出端连接形成公共端。第一输入端为正极输入端，第二输入端为负极输入端，第一输出端为正极输出端，第二输出端为负极输出端。
输入电容Cin的一端与双向DC/DC变换器30的第一输入端连接，另一端与公共端连接。
第一开关管Q1的第一端与双向DC/DC变换器30的第一输出端连接，第二端与第二开关管Q2的第一端连接，第二开关管Q2的第二端与公共端连接。
第一二极管D1的阴极与第一开关管Q1的第一端连接，阳极与第一开关管Q1的第二端连接；第二二极管D2的阴极与第二开关管Q2的第一端连接，阳极与第二开关管Q2的第二端连接。
功率电感L1的一端与双向DC/DC变换器30的第一输入端连接，另一端接入第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1和第二二极管D2的共接端。
第三开关管Q3的第一端与双向DC/DC变换器30的第一输出端连接，第二端与撬棒电阻R1的一端连接，撬棒电阻的另一端与公共端连接。
输出电容Cout的一端与双向DC/DC变换器30的第一输出端连接，另一端与公共端连接。
在本实施例中，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的控制端均与控制单元50连接。控制单元50通过输入占空比信号控制第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3周期性的开关，占空比信号可调整。
需要说明的是：第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或者MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)等半导体电力电子开关。
具体地，控制单元控制双向DC/DC变换器逆向导通的过程为：
控制所述第一开关管工作按照第一设定占空比工作、所述第二开关管和第三开关管断开，使得所述输出电容、第一开关管、第二二极管、功率电感和输入电容形成buck降压变换器。
在图2所示的实施例中，在燃料电池***启机初期阶段和停机末期阶段，需要能量从双向DC/DC变换器的输出侧流向输入侧，第一开关管Q1处于周期开关状态、第二开关管Q2和第三开关管Q3始终处于关断状态，可以理解由输出电容Cout、第一开关管Q1、第二二极管D2、功率电感L1和输入电容Cin组成基本的buck降压变换器；通过调节第一开关管Q1的占空比，即可控制从双向DC/DC变换器的输出侧流向输入侧的功率。
具体地，控制单元控制双向DC/DC变换器正向导通的过程为：控制所述第二开关管工作按照第二设定占空比工作、第一开关管和第三开关管断开，使得所述输入电容、功率电感、第二开关管、第一二极管和输入电容形成boost升压变换器；其中所述双向DC/DC变换器正向导通为对燃料电池电堆的输出电压进行升压使能量由双向DC/DC变换器的输入侧流向输出侧。
在图2所示的实施例中，在燃料电池***正常加载过程中，能量需要从双向DC/DC变换器的输入端流向输出端，第一开关管Q1始终输出关断状态、第二开关管Q2处于周期开关状态、第三开关管Q3处于关断状态，可以理解由输入电容Cin、功率电感L1、第二开关管Q2、第一二极管D1、输出电容Cout组成基本的boost升压变换器；通过调节第二开关管Q2的占空比，即可控制从双向DC/DC变换器的输出侧流向输入侧的功率。
具体地，当检测到整车高压***出现故障，所述燃料电池电堆的剩余电能不能及时切断时，所述控制单元用于：控制所述第一开关管和第二开关管断开、第三开关管按照第三设定占空比工作，使得所述第三开关管和撬棒电阻组成的撬棒电路可以通过功率电感、第一二极管形成的回路将燃料电池电堆产生的剩余电能消耗掉。
在图2所示的实施例中，当所述燃料电池***输出端连接的所述整车高压***出现故障后，燃料电池电堆1来不及将输出能量调整至0，此时第一开关管Q1、第二开关管Q2处于关断状态、第三开关管Q3处于周期开关状态，可以理解由第三开关管Q3和撬棒电阻R1组成的撬棒电路可以通过功率电感L1、第一二极管D2形成的回路将燃料电池电堆1产生的剩余能量消耗掉；通过控制第三开关管Q3的占空比，即可调节能量消耗的速率。
从上述实施例可知，相对于现有技术的泄放单元设置在燃料电池模组内，本实施例中通过双向DC/DC变换器中的第一开关管和第二开关管断开、第三开关管按照第三设定占空比工作，使得所述第三开关管和撬棒电阻组成的撬棒电路可以通过功率电感、第一二极管形成的回路将燃料电池电堆产生的剩余电能消耗掉，不需要在燃料电池模组内设置泄放单元，且不需要对泄放单元散热设计，节约了燃料电池模组的体积，更利于集成化。
在本发明的一个实施例中，参考图3，所述双向DC/DC变换器还包括：与所述撬棒电阻并联的第三二极管D3，其中所述的第三二极管D3的阳极与所述公共端连接。
在本实施例中，第三二极管D3作为续流二极管，用于消除第三开关管Q3关断瞬间产生的电压尖峰，防止第三开关管Q3的耐压受到威胁。
具体地，当检测到所述车载燃料电池***的输出侧的电压超过所述双向DC/DC变换器的承受阈值时，所述控制单元用于：控制所述第三开关管按照第四设定占空比工作，使得由第三开关管和撬棒电阻组成的撬棒电路稳定所述燃料电池***输出电压。
在图2所示的实施例中，当燃料电池***输出端连接的整车高压***出现电压不断提高直至威胁所述双向DC/DC变换器6的安全时，比如高压***的驱动电机***回馈制动时产生过多能量而动力电池无法接受时，第一开关管Q1、第二开关管Q2开关状态可以不发生改变、也可以根据控制策略进行调整，但第三开关管Q3此时处于周期开关状态，由第三开关管Q3和撬棒电阻R1组成的撬棒电路按照稳定所述燃料电池***输出电压的目的工作，使得双向DC/DC变换器6和所述整车高压***均处于安全状态而不需要紧急停机。
综上，双向DC/DC变换器集成的撬棒电路，不仅可以泄放燃料电池电堆的剩余能量，还能在车辆高压异常(断开或过高)时，保证整车高压安全，器件不受损坏。
本发明实施例还提供一种车载燃料电池***控制方法，该方法应用于如图2所示的车载燃料电池***的控制单元，包括如下流程：
步骤S21：在所述车载燃料电池***启动时，完成对所有电容的预充后，控制双向DC/DC变换器逆向导通进行降压工作，为所述空压机高压组件提供初始供电；同时控制所述保护单元的第二继电器和第三继电器闭合、第一继电器断开；当所述燃料电池电堆输出电压达到第一预设电压阈值时，控制所述保护单元的第二继电器和第一继电器闭合、第三继电器断开，由燃料电池电堆为所述空压机高压组件继续供电；同时控制所述双向DC/DC变换器处于待机状态。
步骤S22：在所述车载燃料电池***正常加载时，控制所述所述保护单元的第二继电器和第一继电器闭合、第三继电器断开，同时控制所述双向DC/DC变换器进行正向导通升压工作，使得燃料电池电堆为所述空压机高压组件继续供电、以及为所述双向DC/DC变换器供电满足正常加载。
步骤S23：在所述车载燃料电池***降载完毕停机时，控制所述双向DC/DC变换器关闭、所述保护单元的第二继电器和第三继电器闭合、第一继电器断开，使得燃料电池电堆为所述空压机高压组件提供初期吹扫电能；当燃料电池电堆的输出电压降低至第二预设电压阈值时，控制所述双向DC/DC变换器逆向导通进行降压工作，使得双向DC/DC变换器继续为所述空压机高压组件提供吹扫电能，直至所述燃料电池电堆停止工作；并继续控制所述双向DC/DC变换器控制所述第一开关管和第二开关管断开、第三开关管按照第三设定占空比工作，使得所述第三开关管和撬棒电阻组成的撬棒电路通过功率电感、第一二极管形成的回路将燃料电池电堆产生的剩余电能消耗掉。
在本实施例中，由第三继电器和保护二极管的保护支路，能够对燃料电堆进行防反灌保护；同时在正常加载时，保护二极管不工作，不会对***效率产生不良影响。
参考图4，图4为本发明另一实施例提供的车载燃料电池***的结构示意图。本实施中与图2实施例不同之处仅在于空压机高压组件的安装位置的不同。所述车载燃料电池***还包括：空压机高压组件60，所述空压机高压组件60的第一输入端与所述双向DC/DC变换器30的第一输出端连接，第二输入端与所述双向DC/DC变换器30的第二输出端连接；燃料电池***输出预充单元40同时为所述双向DC/DC变换器的输出侧电容和所述预充空压机高压组件的输入侧电容进行预充。
本发明实施例还提供另一种车载燃料电池***控制方法，该方法应用于如图4所示的车载燃料电池***的控制单元，包括如下流程：
步骤41：在所述车载燃料电池***启动时，控制燃料电池***输出预充单元为双向DC/DC变换器的输出侧电容和空压机高压组件的输入侧电容进行第一阶段预充；第一阶段预充完成后控制双向DC/DC变换器逆向导通进行降压工作，通过双向DC/DC变换器自身的软启动为双向DC/DC变换器的输入侧电容进行第二阶段预充，同时控制保护单元的第二继电器和第三继电器闭合、第一继电器断开；当所述燃料电池电堆输出电压达到第一预设电压阈值时，控制所述保护单元的第二继电器和第一继电器闭合、第三继电器断开，使得燃料电池电堆为所述双向DC/DC变换器供电，同时控制所述双向DC/DC变换器处于待机状态。
步骤42：在所述车载燃料电池***正常加载时，控制所述保护单元的第二继电器和第一继电器闭合、第三继电器断开，同时控制所述双向DC/DC变换器进行正向导通升压工作，使得燃料电池电堆为所述双向DC/DC变换器供电满足正常加载；其中空压机高压组件由双向DC/DC变换器的输出侧供电。
步骤43：在所述车载燃料电池***降载完毕停机时，控制所述双向DC/DC变换器控制所述第一开关管和第二开关管断开、第三开关管按照第三设定占空比工作，使得所述第三开关管和撬棒电阻组成的撬棒电路可以通过功率电感、第一二极管形成的回路将燃料电池电堆产生的剩余电能消耗掉。
从上述实施例可知，本实施例中控制方法的步骤简便、方法简单。
图5为本发明实施例提供的控制单元的硬件结构示意图。本发明实施例提供的控制单元50可以是整车控制器、燃料电池***控制器，也可以是双向DC/DC变换器的控制器。本发明实施例提供的控制单元50可以是具备相同的功能和驱动能力的一类控制器中的一个或多个，对于该电子控制单元50的物理位置及其与其他器件的连接方式(有线或无线)本发明不作任何限制。
如图5所示，本实施例的控制单元50包括：处理器51以及存储器52；其中
存储器52，用于存储计算机执行指令；
处理器51，用于执行存储器存储的计算机执行指令，以实现上述方法实施例中所执行的各个步骤。具体可以参见前述方法实施例中的相关描述。
可选地，存储器52既可以是独立的，也可以跟处理器51集成在一起。
当存储器52独立设置时，该控制单元还包括总线53，用于连接所述存储器52和处理器51。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上所述的车载燃料电池***控制方法。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述模块成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能模块的形式实现的集成的模块，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。
应理解，上述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，简称CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器，还可以为U盘、移动硬盘、只读存储器、磁盘或光盘等。
总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component Interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry Standard Architecture，简称EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。
上述存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，简称ASIC)中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于电子设备或主控设备中。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种车载燃料电池***，其特征在于，包括：
燃料电池电堆、保护单元、双向直流/直流DC/DC变换器、空压机高压组件、燃料电池***输出预充单元和控制单元；所述燃料电池电堆、保护单元、双向DC/DC变换器、燃料电池***输出预充单元均与所述控制单元连接；其中，所述保护单元包括第一继电器、第二继电器、第三继电器和保护二极管；
所述燃料电池电堆的第一输出端与所述第一继电器的输入端连接，第二输出端与所述第二继电器的输入端连接；
所述第三继电器的输出端与所述保护二极管的阳极串联，所述第三继电器的输入端与所述第一继电器的输入端连接，所述保护二极管的阴极与所述第一继电器的输出端连接；
所述第一继电器的输出端和所述第二继电器的输出端分别与所述双向DC/DC变换器的第一输入端和第二输入端连接；
所述双向DC/DC变换器的第一输出端与所述燃料电池***输出预充单元的输入端连接，所述双向DC/DC变换器的第二输出端和所述燃料电池***输出预充单元的输出端与车载的储能装置和动力***连接；
所述控制单元，用于当检测到燃料电池***启机时，控制燃料电池***输出预充单元为所述双向DC/DC变换器的输出侧电容进行预充，同时控制所述保护单元的第二继电器和第三继电器闭合；待所述双向DC/DC变换器的输出侧电容预充完成后，控制双向DC/DC变换器逆向导通，为所述双向DC/DC变换器的输入侧电容进行预充；其中所述双向DC/DC变换器逆向导通为对储能装置的电压进行降压使能量由双向DC/DC变换器的输出侧流向输入侧；
所述双向DC/DC变换器包括：输入电容、功率电感、第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第三开关管、撬棒电阻和输出电容；其中，所述双向DC/DC变换器的第二输入端和第二输出端连接形成公共端；
所述输入电容的一端与所述双向DC/DC变换器的第一输入端连接，另一端与所述公共端连接；
所述第一开关管的第一端与所述双向DC/DC变换器的第一输出端连接，第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述公共端连接；
所述第一二极管的阴极与所述第一开关管的第一端连接，阳极与所述第一开关管的第二端连接；所述第二二极管的阴极与所述第二开关管的第一端连接，阳极与所述第二开关管的第二端连接；
所述功率电感的一端与所述双向DC/DC变换器的第一输入端连接，另一端接入第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管的共接端；
所述第三开关管的第一端与所述双向DC/DC变换器的第一输出端连接，第二端与所述撬棒电阻的第一端连接，所述撬棒电阻的另一端与所述公共端连接；
所述输出电容的一端与所述双向DC/DC变换器的第一输出端连接，另一端与所述公共端连接；当检测到整车高压***出现故障，所述燃料电池电堆的剩余电能不能及时切断时，所述控制单元用于：
控制所述第一开关管和第二开关管断开、第三开关管按照第三设定占空比工作，使得所述第三开关管和撬棒电阻组成的撬棒电路通过功率电感、第一二极管形成的回路将燃料电池电堆产生的剩余电能消耗掉；
所述空压机高压组件的第一输入端与所述双向DC/DC变换器的第一输出端连接，第二输入端与所述双向DC/DC变换器的第二输出端连接；燃料电池***输出预充单元同时为所述双向DC/DC变换器的输出侧电容和所述空压机高压组件的输入侧电容进行预充；
所述空压机高压组件的第一输入端与所述双向DC/DC变换器的第一输入端连接，第二输入端与所述双向DC/DC变换器的第二输入端连接；所述双向DC/DC变换器逆向导通后同时为所述双向DC/DC变换器的输入侧电容和所述空压机高压组件的输入侧电容进行预充。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述双向DC/DC变换器还包括：与所述撬棒电阻并联的第三二极管，其中所述的第三二极管的阳极与所述公共端连接。
3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，所述控制单元控制所述双向DC/DC变换器逆向导通的过程为：
控制所述第一开关管工作按照第一设定占空比工作、所述第二开关管和第三开关管断开，使得所述输出电容、第一开关管、第二二极管、功率电感和输入电容形成buck降压变换器。
4.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，所述控制单元控制所述双向DC/DC变换器正向导通的过程为：
控制所述第二开关管工作按照第二设定占空比工作、第一开关管和第三开关管断开，使得所述输入电容、功率电感、第二开关管、第一二极管和输入电容形成boost升压变换器；其中所述双向DC/DC变换器正向导通为对燃料电池电堆的输出电压进行升压使能量由双向DC/DC变换器的输入侧流向输出侧。
5.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，所述车载燃料电池***还包括：高压检测单元，所述高压检测单元的两端分别与所述燃料电池电堆的第一输出端和第二输出端连接；
所述燃料电池电堆、高压检测单元、保护单元和所述空压机高压组件集成安装形成燃料电池模组。
6.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，当检测到所述车载燃料电池***的输出侧的电压超过所述双向DC/DC变换器的承受阈值时，所述控制单元用于：
控制所述第三开关管按照第四设定占空比工作，使得由第三开关管和撬棒电阻组成的撬棒电路稳定所述车载燃料电池***输出电压。
7.一种车载燃料电池***控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的车载燃料电池***的控制单元，包括：
在所述车载燃料电池***启动时，完成对所有电容的预充后，控制双向DC/DC变换器逆向导通进行降压工作，为所述空压机高压组件提供初始供电；同时控制所述保护单元的第二继电器和第三继电器闭合、第一继电器断开；当所述燃料电池电堆输出电压达到第一预设电压阈值时，控制所述保护单元的第二继电器和第一继电器闭合、第三继电器断开，由燃料电池电堆为所述空压机高压组件继续供电；同时控制所述双向DC/DC变换器处于待机状态；
在所述车载燃料电池***正常加载时，控制所述保护单元的第二继电器和第一继电器闭合、第三继电器断开，同时控制所述双向DC/DC变换器进行正向导通升压工作，使得燃料电池电堆为所述空压机高压组件继续供电、以及为所述双向DC/DC变换器供电满足正常加载；
在所述车载燃料电池***降载完毕停机时，控制所述双向DC/DC变换器关闭、所述保护单元的第二继电器和第三继电器闭合、第一继电器断开，使得燃料电池电堆为所述空压机高压组件提供初期吹扫电能；当燃料电池电堆的输出电压降低至第二预设电压阈值时，控制所述双向DC/DC变换器逆向导通进行降压工作，使得双向DC/DC变换器继续为所述空压机高压组件提供吹扫电能，直至所述燃料电池电堆停止工作；并继续控制所述双向DC/DC变换器控制所述第一开关管和第二开关管断开、第三开关管按照第三设定占空比工作，使得所述第三开关管和撬棒电阻组成的撬棒电路通过功率电感、第一二极管形成的回路将燃料电池电堆产生的剩余电能消耗掉。
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