CN116394806A - 一种整车层面燃料电池***冷启动控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种整车层面燃料电池***冷启动控制***及方法，涉及电池控制领域。包括整车控制器，其用于发送指令至动力电池管理控制器，获取动力电池允许的持续充电功率；发送获取指令至燃料电池***控制器，获取燃料电池***的怠速功率；将动力电池允许的持续充电功率和燃料电池***的怠速功率进行比较，当动力电池允许的持续充电功率小于燃料电池***的怠速功率时，发送运行状态获取指令至集成电源控制器，接收集成电源控制器反馈的高压附件运行状态，判断高压附件的运行状态中存在闭合状态时，发送开机指令至燃料电池***控制器。本发明能够最大限度的缩短燃料电池***在低温条件下的开机时间，提高燃料电池使用效率。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池客车的电池控制技术领域，尤其涉及一种整车层面燃料电池***冷启动控制***及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
当前，在低温环境下，为防止动力电池过充，车载燃料电池***启动时间受限于动力电池所允许的充电功率，即动力电池单体温度在0℃以下时，由于动力电池自身保护，其本身允许充电功率为0，不允许外界给其充电。在这样一个条件下，燃料电池***启动怠速运行将会给整车运行造成一定的风险。唯有动力电池通过自身加热或者通过整车需求放电使自身温度升高到一定条件温度后，整车才允许燃料电池***启动，燃料电池***方能进入低温启动模式。
燃料电池***低温启动模式下，由于燃料电池自身温度极低，需要通过外部PTC加热或自加热到一定温度后，燃料电池***才能正常运行给动力***供电。这样一来，燃料电池***的启动时间受到动力电池加热时间及自身***冷启动时间的双重叠加影响。根据经验，在-30℃的环境下，车用燃料电池***的启动时间需要40mi n左右，严重影响燃料电池车辆的驾驶感受和向极寒地区的大规模推广。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种整车层面燃料电池***冷启动控制***及方法，能够最大限度的缩短燃料电池***在低温条件下的开机时间，提高燃料电池使用效率。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种整车层面燃料电池***冷启动控制***。
一种整车层面燃料电池***冷启动控制***，包括整车控制器、燃料电池***控制器、集成电源控制器、动力电池管理控制器、燃料电池***和高压附件，其中：
集成电源控制器，其用于接收整车控制器的运行状态获取指令，获取高压附件的运行状态，将高压附件的运行状态发送至整车控制器，其中，高压附件包括空调接触器、电暖风接触器、水暖接触器和除霜接触器；
动力电池管理控制器，其用于接收整车控制器的指令，获取动力电池允许的持续充电功率，将动力电池允许的持续充电功率发送至整车控制器；
燃料电池***控制器，其用于接收整车控制器发送的获取指令，获取燃料电池***的怠速功率，将燃料电池***的怠速功率发送至整车控制器，接收整车控制器发送的开机指令，控制燃料电池***开机；
整车控制器，其用于发送指令至动力电池管理控制器，获取动力电池允许的持续充电功率；发送获取指令至燃料电池***控制器，获取燃料电池***的怠速功率；将动力电池允许的持续充电功率和燃料电池***的怠速功率进行比较，当动力电池允许的持续充电功率小于燃料电池***的怠速功率时，发送运行状态获取指令至集成电源控制器，接收集成电源控制器反馈的高压附件运行状态，判断高压附件的运行状态中存在闭合状态时，发送开机指令至燃料电池***控制器。
本发明第二方面提供了整车层面燃料电池***冷启动控制方法。
整车层面燃料电池***冷启动控制方法，包括以下步骤：
整车控制器获取燃料电池***的怠速功率以及动力电池允许的持续充电功率，将两者进行比较，当动力电池允许的持续充电功率小于燃料电池***的怠速功率时，发送运行状态获取指令至集成电源控制器；
集成电源控制器获取高压附件的运行状态，将高压附件的运行状态发送至整车控制器，其中高压附件包括空调接触器、电暖风接触器、水暖接触器和除霜接触器；
整车控制器接收集成电源控制器反馈的高压附件运行状态，判断高压附件的运行状态中存在闭合状态时，发送开机指令至燃料电池***控制器；
燃料电池***控制器接收整车控制器发送的开机指令，控制燃料电池***开机；
整车控制器在发送开机指令至燃料电池***控制器后，获取高压附件功率需求、电机功率需求及燃料电池***的冷启动方式，基于高压附件功率需求、电机功率需求及燃料电池***的冷启动方式，确定向燃料电池***的请求功率。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明提供了一种整车层面燃料电池***冷启动控制***及方法，当低温条件下，动力电池自身条件不支持燃料电池***开机时，整车控制器综合考虑整车高压部件运行状况，在保证动力电池不过充的情况下，向燃料电池***控制器发送开机指令及请求功率，缩短了燃料电池***在整车层面的冷启动时间，提高了燃料电池***在低温条件下的运行效率。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书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例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为第一个实施例的***结构图。
图2为第二个实施例的方法流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提出的总体思路：
本发明公开了一种整车层面燃料电池***冷启动控制***及方法，当低温条件下，动力电池自身条件不支持燃料电池***开机时，若整车需要燃料电池***开机，当整车满足某些条件后(即当空调接触器、电暖风接触器、水暖接触器、除霜接触器其中之一的运行状态为闭合状态时)，整车控制器允许给燃料电池***控制器下发开机指令，不再使用动力电池自身条件作为燃料电池***开机的必要条件。
另外，整车控制器允许燃料电池***控制器开机后，整车控制器根据整车高压附件功率需求、电机功率需求及燃料电池***的冷启动方式确定整车控制器向燃料电池***的请求功率，最大限度的缩短燃料电池***在低温条件下的开机时间，提高燃料电池使用效率。
实施例一
本实施例公开了一种整车层面燃料电池***冷启动控制***。
如图1所示，一种整车层面燃料电池***冷启动控制***，包括整车控制器、燃料电池***控制器、集成电源控制器、动力电池管理控制器、燃料电池***和高压附件，其中：
集成电源控制器，其用于接收整车控制器的运行状态获取指令，获取高压附件的运行状态，将高压附件的运行状态发送至整车控制器，其中，高压附件包括空调接触器、电暖风接触器、水暖接触器和除霜接触器；
动力电池管理控制器，其用于接收整车控制器的指令，获取动力电池允许的持续充电功率，将动力电池允许的持续充电功率发送至整车控制器；
燃料电池***控制器，其用于接收整车控制器发送的获取指令，获取燃料电池***的怠速功率，将燃料电池***的怠速功率发送至整车控制器，接收整车控制器发送的开机指令，控制燃料电池***开机；
整车控制器，其用于发送指令至动力电池管理控制器，获取动力电池允许的持续充电功率；发送获取指令至燃料电池***控制器，获取燃料电池***的怠速功率；将动力电池允许的持续充电功率和燃料电池***的怠速功率进行比较，当动力电池允许的持续充电功率小于燃料电池***的怠速功率时，发送运行状态获取指令至集成电源控制器，接收集成电源控制器反馈的高压附件运行状态，判断高压附件的运行状态中存在闭合状态时，发送开机指令至燃料电池***控制器。
进一步的，所述整车控制器判断高压附件的运行状态中存在闭合状态，即整车控制器判断空调接触器、电暖风接触器、水暖接触器、除霜接触器其中之一的运行状态为闭合状态。
进一步的，所述燃料电池***的怠速功率由燃料电池***自身决定，不同额定功率的燃料电池***，其怠速功率不同。
进一步的，整车控制器还用于在发送开机指令至燃料电池***控制器后，获取高压附件功率需求、电机功率需求及燃料电池***的冷启动方式，根据高压附件功率需求、电机功率需求及燃料电池***的冷启动方式确定向燃料电池***的请求功率。
进一步的，所述整车控制器还用于发送需求获取指令至集成电源控制器，获取高压附件功率需求，所述高压附件功率需求为：
P附件＝P空调+P电暖风+P水暖+P除霜+P电池
其中，P附件为高压附件功率需求，P空调为空调最小功率值、P电暖风为电暖风最小功率值、P水暖为水暖最小功率值、P除霜为除霜最小功率值、P电池为动力电池自加热最小功率值。
进一步的，还包括电机控制器，所述整车控制器还用于发送需求获取指令至电机控制器，获取电机功率需求，所述电机功率需求为：
若P电机≥P限制，则P电机＝P限制-ΔP保护，若P电机＜P限制，则P电机＝0；
其中，P电机为电机功率需求，P限制为电机功率需求阈值，ΔP保护为防止动力电池过充的功率保留值。
进一步的，燃料电池***的冷启动方式为外部加热或电堆自加热。
进一步的，所述整车控制器向燃料电池***的请求功率为：
若燃料电池***的冷启动方式为外部加热，则
P请求＝P附件+P电机+P外部加热，
若燃料电池***的冷启动方式为自加热，则
P请求＝P附件+P电机-P自加热，
其中，P请求为整车控制器向燃料电池***的请求功率，P外部加热为燃料电池***的冷启动方式为外部加热时的功率，P自加热为燃料电池***的冷启动方式为自加热时的功率。
进一步的，所述整车控制器与燃料电池***控制器之间、整车控制器与集成电源控制器之间、整车控制器与动力电池管理控制器之间、整车控制器与电机控制器之间均通过CAN通信实现信号交互。
所述整车控制器通过CAN网络接收高压附件、动力电池、电机、燃料电池***状态及参数值，根据接收到的状态及参数值，向燃料电池***控制器发送开机指令及请求功率值。
实施例二
本实施例公开了整车层面燃料电池***冷启动控制方法。
如图2所示，整车层面燃料电池***冷启动控制方法，包括以下步骤：
整车控制器获取燃料电池***的怠速功率以及动力电池允许的持续充电功率，将两者进行比较，当动力电池允许的持续充电功率小于燃料电池***的怠速功率时，发送运行状态获取指令至集成电源控制器；
集成电源控制器获取高压附件的运行状态，将高压附件的运行状态发送至整车控制器，其中高压附件包括空调接触器、电暖风接触器、水暖接触器和除霜接触器；
整车控制器接收集成电源控制器反馈的高压附件运行状态，判断高压附件的运行状态中存在闭合状态时，发送开机指令至燃料电池***控制器；
燃料电池***控制器接收整车控制器发送的开机指令，控制燃料电池***开机；
整车控制器在发送开机指令至燃料电池***控制器后，获取高压附件功率需求、电机功率需求及燃料电池***的冷启动方式，基于高压附件功率需求、电机功率需求及燃料电池***的冷启动方式，确定向燃料电池***的请求功率。
具体包括如下步骤：
(1)打开燃料电池客车钥匙ON档，整车控制器、燃料电池***控制器及电池管理***被唤醒；
钥匙电信号分为OFF、ON、Start三个信号，当处于ON档电时，整车控制器、燃料电池***控制器及电池管理***、集成电源被唤醒可正常发送和接收报文。整车控制器、燃料电池***控制器、电池管理***及集成电源能够通过CAN网络架构实现信号交互。
(2)整车控制器检测动力电池、高压附件的运行状态并向燃料电池发动机发送是否开机指令；
钥匙打到start信号，整车上高压，仪表显示ready。打开燃料电池***开关按钮，整车控制器通过CAN线接收动力电池管理***发出的动力电池允许持续回充功率及集成电源内部发出的空调、电除霜、水暖、暖风接触器的状态，确定低温状态下是否向燃料电池***发送开机指令。整车控制器进行判断，若低温状态下动力电池允许持续回充功率小于燃料电池***的怠速功率且集成电源内部发出的空调、电除霜、水暖、暖风接触器的状态任何一个为1(1说明接触器闭合，高压附件处于工作状态)，则整车控制器向燃料电池***控制器发送开机指令；否则整车控制器向燃料电池***控制器不发送开机指令。
(3)整车控制器向燃料电池***控制器发送请求功率。
整车控制器向燃料电池***控制器发送开机指令的同时，向燃料电池***控制器发送请求功率。整车控制器通过CAN线接收电机的电压及电流值并通过计算得出电机需求功率，整车控制器根据电机功率需求阈值、防止动力电池过充的功率保留值，重新对电机功率需求值进行界定。整车控制器根据各高压附件运行状态，确定高压附件需求功率。整车控制器根据燃料电池***自身的冷启动方式确定燃料电池***在冷启动过程中时放电还是耗电。最后整车控制器根据以上电机需求功率、高压附件需求功率及燃料电池的冷启动方式确定整车向燃料电池***的请求功率。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种整车层面燃料电池***冷启动控制***，其特征在于，包括整车控制器、燃料电池***控制器、集成电源控制器、动力电池管理控制器、燃料电池***和高压附件，其中：
集成电源控制器，其用于接收整车控制器的运行状态获取指令，获取高压附件的运行状态，将高压附件的运行状态发送至整车控制器，其中，高压附件包括空调接触器、电暖风接触器、水暖接触器和除霜接触器；
动力电池管理控制器，其用于接收整车控制器的指令，获取动力电池允许的持续充电功率，将动力电池允许的持续充电功率发送至整车控制器；
燃料电池***控制器，其用于接收整车控制器发送的获取指令，获取燃料电池***的怠速功率，将燃料电池***的怠速功率发送至整车控制器，接收整车控制器发送的开机指令，控制燃料电池***开机；
整车控制器，其用于发送指令至动力电池管理控制器，获取动力电池允许的持续充电功率；发送获取指令至燃料电池***控制器，获取燃料电池***的怠速功率；将动力电池允许的持续充电功率和燃料电池***的怠速功率进行比较，当动力电池允许的持续充电功率小于燃料电池***的怠速功率时，发送运行状态获取指令至集成电源控制器，接收集成电源控制器反馈的高压附件运行状态，判断高压附件的运行状态中存在闭合状态时，发送开机指令至燃料电池***控制器。
2.如权利要求1所述的整车层面燃料电池***冷启动控制***，其特征在于，所述整车控制器判断高压附件的运行状态中存在闭合状态，即整车控制器判断空调接触器、电暖风接触器、水暖接触器、除霜接触器其中之一的运行状态为闭合状态。
3.如权利要求1所述的整车层面燃料电池***冷启动控制***，其特征在于，所述燃料电池***的怠速功率由燃料电池***自身决定。
4.如权利要求1所述的整车层面燃料电池***冷启动控制***，其特征在于，整车控制器还用于在发送开机指令至燃料电池***控制器后，根据高压附件功率需求、电机功率需求及燃料电池***的冷启动方式确定向燃料电池***的请求功率。
5.如权利要求4所述的整车层面燃料电池***冷启动控制***，其特征在于，所述整车控制器还用于发送需求获取指令至集成电源控制器，获取高压附件功率需求，所述高压附件功率需求为：
P附件＝P空调+P电暖风+P水暖+P除霜+P电池
其中，P附件为高压附件功率需求，P空调为空调最小功率值、P电暖风为电暖风最小功率值、P水暖为水暖最小功率值、P除霜为除霜最小功率值、P电池为动力电池自加热最小功率值。
6.如权利要求5所述的整车层面燃料电池***冷启动控制***，其特征在于，还包括电机控制器，所述整车控制器还用于发送需求获取指令至电机控制器，获取电机功率需求，所述电机功率需求为：
若P电机≥P限制，则P电机＝P限制-ΔP保护，若P电机＜P限制，则P电机＝0；
其中，P电机为电机功率需求，P限制为电机功率需求阈值，ΔP保护为防止动力电池过充的功率保留值。
7.如权利要求6所述的整车层面燃料电池***冷启动控制***，其特征在于，燃料电池***的冷启动方式为外部加热或电堆自加热。
8.如权利要求7所述的整车层面燃料电池***冷启动控制***，其特征在于，所述整车控制器向燃料电池***的请求功率为：
若燃料电池***的冷启动方式为外部加热，则
P请求＝P附件+P电机+P外部加热，
若燃料电池***的冷启动方式为自加热，则
P请求＝P附件+P电机-P自加热，
其中，P请求为整车控制器向燃料电池***的请求功率，P外部加热为燃料电池***的冷启动方式为外部加热时的功率，P自加热为燃料电池***的冷启动方式为自加热时的功率。
9.如权利要求6所述的整车层面燃料电池***冷启动控制***，其特征在于，所述整车控制器与燃料电池***控制器之间、整车控制器与集成电源控制器之间、整车控制器与动力电池管理控制器之间、整车控制器与电机控制器之间均通过CAN通信实现信号交互。
10.整车层面燃料电池***冷启动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
整车控制器获取燃料电池***的怠速功率以及动力电池允许的持续充电功率，将两者进行比较，当动力电池允许的持续充电功率小于燃料电池***的怠速功率时，发送运行状态获取指令至集成电源控制器；
集成电源控制器获取高压附件的运行状态，将高压附件的运行状态发送至整车控制器，其中高压附件包括空调接触器、电暖风接触器、水暖接触器和除霜接触器；
整车控制器接收集成电源控制器反馈的高压附件运行状态，判断高压附件的运行状态中存在闭合状态时，发送开机指令至燃料电池***控制器；
燃料电池***控制器接收整车控制器发送的开机指令，控制燃料电池***开机；
整车控制器在发送开机指令至燃料电池***控制器后，获取高压附件功率需求、电机功率需求及燃料电池***的冷启动方式，基于高压附件功率需求、电机功率需求及燃料电池***的冷启动方式，确定向燃料电池***的请求功率。
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