CN112389202A - 一种燃料电池大巴车高压配电***及其控制方法 - Google Patents

一种燃料电池大巴车高压配电***及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种燃料电池大巴车高压配电***，包括电池组、电池配电盒、燃料电池配电盒、五合一控制器、整车控制器与车载电气设备，电池配电盒包括防过放接触器，五合一控制器包括高压配电盒与DC/DC，高压配电盒包括主接触器、预充接触器、DCDC接触器，主接触器、预充接触器、DCDC接触器的一端经过放接触器后与电池组电连接，主接触器、预充接触器的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接，燃料电池配电盒与车载电气设备电连接，DCDC接触器的一端经主接触器后与燃料电池配电盒电连接，DCDC接触器的另一端经DC/DC后与低压蓄电池电连接。本设计不仅具备电池过放保护功能，而且提高了行车安全、降低了成本。

Description

一种燃料电池大巴车高压配电***及其控制方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种燃料电池大巴车高压配电***及其控制方法，主要适用于对动力电池提供过放保护。
背景技术
燃料电池混合动力汽车是新能源汽车中较为典型的一种，其特点是可以大幅减少污染环境的氮氧化合物的产生。燃料电池混合动力汽车一般采用燃料电池和动力电池作为双动力***，可以根据预设的程序对不同工况进行切换。新能源汽车的电气设备数量比传统车辆多，并且整车除了低压供电***外，还引入高压输电***，因此，高压配电***是新能源汽车不可缺少的重要部分，对安全性、可控性、易维护性也有更高的要求。但是现有高压配电***中，四合一控制器内接触器故障造成的接触器粘连易使得电池的电被放空。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不具备动力电池过放保护功能的缺陷与问题，提供一种具备动力电池过放保护功能的燃料电池大巴车高压配电***及其控制方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种燃料电池大巴车高压配电***，包括电池组、电池配电盒、燃料电池配电盒、五合一控制器、整车控制器VCU与车载电气设备，所述电池组包括动力电池管理***BMS，动力电池管理***BMS与整车控制器VCU信号连接，所述电池配电盒包括与整车控制器VCU电连接的防过放接触器KM1，所述五合一控制器包括高压配电盒与DC/DC，所述高压配电盒包括与整车控制器VCU电连接的主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4，所述主接触器KM2的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，主接触器KM2的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接，所述燃料电池配电盒与车载电气设备电连接，所述预充接触器KM3的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，预充接触器KM3的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接，所述DCDC接触器KM4的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，且该端经主接触器KM2后与燃料电池配电盒电连接，DCDC接触器KM4的另一端经DC/DC后与低压蓄电池电连接。
所述高压配电盒还包括预充电阻，所述预充电阻的一端与预充接触器KM3电连接，预充电阻的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接。
所述预充电阻为PTC电阻。
所述五合一控制器还包括打气泵DC/AC、动转泵DC/AC与电机控制器，所述车载电气设备包括打气泵、空调、动转泵、电除霜器与驱动电机，所述打气泵依次经打气泵DC/AC、一号熔断器FU1后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述空调经二号熔断器FU2后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述动转泵依次经动转泵DC/AC、三号熔断器FU3后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述电除霜器经四号熔断器FU4后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述驱动电机依次经电机控制器、五号熔断器FU5后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接。
所述DCDC接触器KM4经六号熔断器FU6后与DC/DC电连接。
所述整车控制器VCU，用于检测防过放接触器KM1、主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4的状态，并控制防过放接触器KM1、主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4的闭合与断开。
一种燃料电池大巴车高压配电***的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
上电时，当钥匙拧到ON档，整车控制器VCU检测主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4都没有使能信号，闭合防过放接触器KM1；
下电时，当钥匙拧到OFF档时，整车控制器VCU检测主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4都没有使能信号，断开防过放接触器KM1。
行车过程中，动力电池管理***BMS实时采集电池组数据，并进行数据分析计算，当电池组数据异常时，动力电池管理***BMS通过CAN报文发送异常信息给整车控制器VCU，整车控制器VCU根据动力电池管理***BMS发送的信息断开防过放接触器KM1，此时，主接触器KM2、DCDC接触器KM4均闭合，燃料电池为整车提供独立的动力源，待车辆减速停稳后，执行下电策略断开主接触器KM2和DCDC接触器KM4。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种燃料电池大巴车高压配电***及其控制方法中，高压配电***加入防过放接触器KM1的优势在于下电时，能够完全切断后端用电***，不会因为控制器内接触器故障造成的接触器粘连而使得电池的电被放空，对电池起到很好的保护作用；同时，在电池出现严重故障时，电池限制可用放电功率为零，同时请求整车控制器VCU下电，整车控制器VCU则断开防过放接触器KM1，通过燃料电池***独立提供车辆行驶所需要的动力来源，维持车辆的安全行驶功能；另外，燃料电池共用高压配电***的预充回路，减少了整车预充回路的个数，降低了成本。因此，本发明不仅具备电池过放保护功能，而且提高了行车安全、降低了成本。
2、本发明一种燃料电池大巴车高压配电***及其控制方法中，在预充电路加入PTC预充电阻，当上电进行预充时，若五合一控制器后端发生故障，则会造成预充时间过长，PTC预充电阻因为电流过大而温度升高，随之阻值增大，从而抑制预充电路中的电流值，达到保护后端车载电气设备的目的。因此，本发明具备保护车载电气设备的功能。
附图说明
图1是本发明一种燃料电池大巴车高压配电***的结构示意图。
图2是本发明一种燃料电池大巴车高压配电***的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1、图2，一种燃料电池大巴车高压配电***，包括电池组、电池配电盒、燃料电池配电盒、五合一控制器、整车控制器VCU与车载电气设备，所述电池组包括动力电池管理***BMS，动力电池管理***BMS与整车控制器VCU信号连接，所述电池配电盒包括与整车控制器VCU电连接的防过放接触器KM1，所述五合一控制器包括高压配电盒与DC/DC，所述高压配电盒包括与整车控制器VCU电连接的主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4，所述主接触器KM2的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，主接触器KM2的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接，所述燃料电池配电盒与车载电气设备电连接，所述预充接触器KM3的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，预充接触器KM3的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接，所述DCDC接触器KM4的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，且该端经主接触器KM2后与燃料电池配电盒电连接，DCDC接触器KM4的另一端经DC/DC后与低压蓄电池电连接。
所述高压配电盒还包括预充电阻，所述预充电阻的一端与预充接触器KM3电连接，预充电阻的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接。
所述预充电阻为PTC电阻。
所述五合一控制器还包括打气泵DC/AC、动转泵DC/AC与电机控制器，所述车载电气设备包括打气泵、空调、动转泵、电除霜器与驱动电机，所述打气泵依次经打气泵DC/AC、一号熔断器FU1后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述空调经二号熔断器FU2后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述动转泵依次经动转泵DC/AC、三号熔断器FU3后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述电除霜器经四号熔断器FU4后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述驱动电机依次经电机控制器、五号熔断器FU5后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接。
所述DCDC接触器KM4经六号熔断器FU6后与DC/DC电连接。
所述整车控制器VCU，用于检测防过放接触器KM1、主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4的状态，并控制防过放接触器KM1、主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4的闭合与断开。
一种燃料电池大巴车高压配电***的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
上电时，当钥匙拧到ON档，整车控制器VCU检测主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4都没有使能信号，闭合防过放接触器KM1；
下电时，当钥匙拧到OFF档时，整车控制器VCU检测主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4都没有使能信号，断开防过放接触器KM1。
行车过程中，动力电池管理***BMS实时采集电池组数据，并进行数据分析计算，当电池组数据异常时，动力电池管理***BMS通过CAN报文发送异常信息给整车控制器VCU，整车控制器VCU根据动力电池管理***BMS发送的信息断开防过放接触器KM1，此时，主接触器KM2、DCDC接触器KM4均闭合，燃料电池为整车提供独立的动力源，待车辆减速停稳后，执行下电策略断开主接触器KM2和DCDC接触器KM4。
本发明的原理说明如下：
整车控制器VCU具备能量管理功能和整车保护功能，能够有效分配整车动力能源，并在出现故障时通过调整功率分配和控制接触器实现整车安全保护。整车控制器VCU通过CAN总线报文实时检测动力电池的可用放电功率，同时根据当前车辆状态计算***功率需求，通过对比动力电池SOP表，得到燃料电池***的功率。
接触器（KM1、KM2、KM3、KM4）都具备状态检测功能，可以反馈接触器当前状态（使能、无使能、故障），为整车控制器VCU执行相关控制提供依据。
燃料电池配电盒高压输入端并联在KM2后端（燃料电池配电盒内部带熔断器），可以直接为整车用电设备提供电能，提升行车安全。
本设计具有以下优点：1、高压配***采用一路预充回路，高压附件都设计在预充回路后端，高压附件使能工作信号都是通过整车控制器控制，上高压之前保证高压附件使能信号为0状态（无使能），再进行预充；下高压之前要撤销高压附件使能信号并进行一段时间的延迟；2、高压配电***采用PTC电阻作为预充电阻，预充电路是一路软启动电路，PTC电阻是一种阻值会随温度变化的电阻，温度越高电阻越大，因此具备过流自保护功能；3、燃料电池DCF共用高压配电的预充回路，减少了整车预充回路的个数；4、高压配电回路设计了电池过放保护电路，当电池的电压低于电池的极限保护电压，前端回路自动断开。
实施例1：
参见图1，一种燃料电池大巴车高压配电***，包括电池组、电池配电盒、燃料电池配电盒、五合一控制器、整车控制器VCU与车载电气设备，所述电池组包括动力电池管理***BMS，动力电池管理***BMS与整车控制器VCU信号连接，所述电池配电盒包括与整车控制器VCU电连接的防过放接触器KM1，所述五合一控制器包括高压配电盒、打气泵DC/AC、动转泵DC/AC、电机控制器与DC/DC，所述高压配电盒包括与整车控制器VCU电连接的主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4，所述主接触器KM2的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，主接触器KM2的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接，所述燃料电池配电盒与车载电气设备电连接，所述预充接触器KM3的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，预充接触器KM3的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接，所述DCDC接触器KM4的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，且该端经主接触器KM2后与燃料电池配电盒电连接，DCDC接触器KM4的另一端依次经六号熔断器FU6、DC/DC后与低压蓄电池电连接；
所述车载电气设备包括打气泵、空调、动转泵、电除霜器与驱动电机，所述打气泵依次经打气泵DC/AC、一号熔断器FU1后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述空调经二号熔断器FU2后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述动转泵依次经动转泵DC/AC、三号熔断器FU3后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述电除霜器经四号熔断器FU4后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述驱动电机依次经电机控制器、五号熔断器FU5后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接；
所述整车控制器VCU，用于检测防过放接触器KM1、主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4的状态，并控制防过放接触器KM1、主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4的闭合与断开。
参见图2，一种燃料电池大巴车高压配电***的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
上电时，当钥匙拧到ON档，整车控制器VCU检测主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4都没有使能信号，闭合防过放接触器KM1；
下电时，当钥匙拧到OFF档时，整车控制器VCU检测主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4都没有使能信号，断开防过放接触器KM1；
行车过程中，动力电池管理***BMS实时采集电池组数据，并进行数据分析计算，当电池组数据异常时，动力电池管理***BMS通过CAN报文发送异常信息给整车控制器VCU，整车控制器VCU根据动力电池管理***BMS发送的信息断开防过放接触器KM1，此时，主接触器KM2、DCDC接触器KM4均闭合，燃料电池为整车提供独立的动力源，待车辆减速停稳后，执行下电策略断开主接触器KM2和DCDC接触器KM4。
实施例2：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
参见图1，所述高压配电盒还包括预充电阻，所述预充电阻的一端与预充接触器KM3电连接，预充电阻的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接；所述预充电阻为PTC电阻。

Claims (8)

1.一种燃料电池大巴车高压配电***，其特征在于，包括电池组、电池配电盒、燃料电池配电盒、五合一控制器、整车控制器VCU与车载电气设备，所述电池组包括动力电池管理***BMS，动力电池管理***BMS与整车控制器VCU信号连接，所述电池配电盒包括与整车控制器VCU电连接的防过放接触器KM1，所述五合一控制器包括高压配电盒与DC/DC，所述高压配电盒包括与整车控制器VCU电连接的主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4，所述主接触器KM2的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，主接触器KM2的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接，所述燃料电池配电盒与车载电气设备电连接，所述预充接触器KM3的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，预充接触器KM3的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接，所述DCDC接触器KM4的一端经过放接触器KM1后与电池组电连接，且该端经主接触器KM2后与燃料电池配电盒电连接，DCDC接触器KM4的另一端经DC/DC后与低压蓄电池电连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池大巴车高压配电***，其特征在于：所述高压配电盒还包括预充电阻，所述预充电阻的一端与预充接触器KM3电连接，预充电阻的另一端分别与燃料电池配电盒、车载电气设备电连接。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池大巴车高压配电***，其特征在于：所述预充电阻为PTC电阻。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种燃料电池大巴车高压配电***，其特征在于：所述五合一控制器还包括打气泵DC/AC、动转泵DC/AC与电机控制器，所述车载电气设备包括打气泵、空调、动转泵、电除霜器与驱动电机，所述打气泵依次经打气泵DC/AC、一号熔断器FU1后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述空调经二号熔断器FU2后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述动转泵依次经动转泵DC/AC、三号熔断器FU3后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述电除霜器经四号熔断器FU4后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接，所述驱动电机依次经电机控制器、五号熔断器FU5后分别与主接触器KM2、预充接触器KM3、燃料电池配电盒电连接。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种燃料电池大巴车高压配电***，其特征在于：所述DCDC接触器KM4经六号熔断器FU6后与DC/DC电连接。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种燃料电池大巴车高压配电***，其特征在于：所述整车控制器VCU，用于检测防过放接触器KM1、主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4的状态，并控制防过放接触器KM1、主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4的闭合与断开。
7.一种权利要求1所述的燃料电池大巴车高压配电***的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
上电时，当钥匙拧到ON档，整车控制器VCU检测主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4都没有使能信号，闭合防过放接触器KM1；
下电时，当钥匙拧到OFF档时，整车控制器VCU检测主接触器KM2、预充接触器KM3、DCDC接触器KM4都没有使能信号，断开防过放接触器KM1。
8.根据权利要求7所述的一种燃料电池大巴车高压配电***的控制方法，其特征在于：行车过程中，动力电池管理***BMS实时采集电池组数据，并进行数据分析计算，当电池组数据异常时，动力电池管理***BMS通过CAN报文发送异常信息给整车控制器VCU，整车控制器VCU根据动力电池管理***BMS发送的信息断开防过放接触器KM1，此时，主接触器KM2、DCDC接触器KM4均闭合，燃料电池为整车提供独立的动力源，待车辆减速停稳后，执行下电策略断开主接触器KM2和DCDC接触器KM4。
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