燃料電池汽車上下電控制方法、整車控制器及電動汽車與流程

本發明涉及燃料電池汽車領域，尤其涉及一種燃料電池汽車上下電控制方法、整車控制器及電動汽車。

背景技術：

燃料電池汽車主要是以氫氣作為燃料，并以氫與氧結合的電化學反應發電作為動力源，與傳統汽車相比，燃料電池汽車排放無污染；與純電動汽車相比，燃料加載時間短，續駛里程長。目前針對燃料電池汽車的上下電控制方法很少，整車上電時，apu內電堆溫度的高低直接影響燃料電池的轉化效率，整車下電與apu下電的時序不匹配很可能引起高壓放電風險，從而影響整車高壓系統的安全性。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種燃料電池汽車上下電控制方法、整車控制器及電動汽車，解決了燃料電池轉化效率低以及由于整車下電與apu下電的時序問題引起的高壓放電風險的問題。

依據本發明的一個方面，提供了一種燃料電池汽車上下電控制方法，包括：

獲取上電指令或者下電指令；

根據所述上電指令控制燃料電池汽車的上電系統上電或者根據所述下電指令控制燃料電池汽車的下電系統下電。

可選地，獲取上電指令或者下電指令的步驟包括：

整車控制器vcu通過燃料電池汽車的無鑰匙啟動系統及制動踏板信號，獲取上電指令或者下電指令。

可選地，根據所述上電指令控制燃料電池汽車的上電系統上電的步驟包括：

所述vcu根據所述上電指令，判斷燃料電池汽車的整車模式處于行車模式時，vcu喚醒電池管理系統bms、驅動電機控制器mcu、氫系統增程器apu、空調系統控制器以及直流轉換控制器dcdc；

所述vcu控制所述bms、mcu、apu、空調系統控制器、dcdc進行低壓自檢以及控制高壓系統檢測，完成上電系統上電。

可選地，所述vcu控制所述bms、mcu、apu、空調系統控制器、dcdc進行低壓自檢的步驟包括：

所述vcu喚醒bms、mcu、apu、空調系統控制器以及dcdc，被喚醒的控制器通過讀取相應低壓控制器板內存儲器eeprom的方式，進行板內低壓自檢；

所述vcu與bms、mcu、apu、空調系統控制器以及dcdc通過can總線進行通訊報文交互，判斷所述vcu分別與bms、mcu、apu、空調系統控制器及dcdc之間的通訊是否存在信號丟幀情況，并判斷電池負極繼電器是否正常處于斷開狀態。

可選地，所述vcu控制所述bms、mcu、apu、空調系統控制器、dcdc進行低壓自檢的步驟之后還包括：

若低壓控制器板內正常、can總線通信正常且電池負極繼電器處于正常斷開狀態，vcu控制動力電池負極繼電器閉合；

若所述vcu判斷當前高壓系統具有嚴重故障，則禁止系統上高壓，引導bms、mcu、apu、空調系統控制器、dcdc及自身控制器休眠，整個高壓系統下電。

可選地，所述vcu控制高壓系統檢測的步驟包括：

所述vcu控制動力電池高壓自檢，其中，所述vcu在bms判斷動力電池預充繼電器及正極繼電器有閉合故障時，則引導動力電池負極繼電器斷開；

對預充繼電器是否粘連進行檢測，如果存在此故障，則bms控制正極繼電器斷開，vcu控制負極繼電器斷開，高壓系統下電。

可選地，所述vcu控制動力電池高壓自檢的步驟還包括：

如動力電池預充繼電器及正極繼電器無閉合故障，則bms控制動力電池的預充繼電器閉合，在第一預設時長后，控制正極繼電器閉合，下一個第一預設時長后，控制預充繼電器斷開。

可選地，燃料電池汽車上下電控制方法的步驟還包括

在上電系統已上電狀態下，當vcu判斷有啟動氫系統增程器apu的需求時，獲取apu內電堆溫度；

在電堆溫度低于第一預設值時，vcu向apu發送電堆加熱信號，apu系統進入升溫模式，當電堆溫度高于第二預設值時，apu判定在此溫度下，電堆可高效率工作，apu向vcu發送可使能狀態信號，vcu向apu發送工作使能信號，此時由動力電池與電堆同時輸出動力。

可選地，根據所述下電指令控制燃料電池汽車的下電系統下電的步驟包括：

vcu根據所述下電指令引導高壓系統下電、禁止直流轉換控制器dcdc及空調系統控制器使能，并控制mcu進入零轉矩模式，bms控制電池正極繼電器斷開，vcu控制高壓系統主動放電及控制電池負極繼電器斷開、進行高壓系統掉電檢測，vcu引導bms、mcu、apu、空調系統控制器、dcdc休眠以及vcu自身休眠，完成高壓系統下電。

可選地，vcu根據所述下電指令引導高壓系統下電的步驟包括：

所述vcu向apu發送apu使能關機信號，且vcu進入等待模式，此時apu向冷卻水泵及冷卻風扇發送冷卻指令對電堆進行冷卻，當apu判定電堆溫度低于第三預設值時，apu控制電堆停機，并向vcu發送apu關機狀態信號，vcu引導高壓系統下電。

可選地，vcu根據所述下電指令進行高壓系統掉電檢測的步驟后還包括：

所述vcu將bms、mcu、apu、空調系統控制器以及dcdc數據寫入存儲器，并引導低壓系統休眠。

本發明實施例還提供了一種整車控制器，包括：

獲取模塊，用于獲取上電指令或者下電指令；

控制模塊，用于根據所述上電指令控制燃料電池汽車的上電系統上電或者根據所述下電指令控制燃料電池汽車的下電系統下電。

本發明實施例還提供了一種電動汽車，包括上述整車控制器。

本發明的實施例的有益效果是：

上述方案中，通過建立vcu與bms、vcu與mcu、vcu與apu、vcu與空調系統控制器以及vcu與dcdc間的信號交互邏輯的方法，實現了vcu對整車高壓狀態的監控，提高了整車高壓系統上電后apu工作效率，排除了由于整車下電與apu下電時序不匹配引起的高壓放電風險，提高了高壓系統安全性。

附圖說明

圖1表示本發明實施例的燃料電池汽車上下電控制方法的流程圖；

圖2表示本發明實施例的燃料電池汽車上下電時序控制具體的流程圖；

圖3表示本發明實施例的整車控制器示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本發明的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本發明的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本發明而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本發明，并且能夠將本發明的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。

如圖1所示，本發明的實施例提供了一種燃料電池汽車上下電控制方法，包括：

步驟11：獲取上電指令或者下電指令。

其中，上電指令或者下電指令由無鑰匙系統peps及制動踏板信號通過駕駛員人為操識別，并將指令信息反饋給整車控制器vcu。

步驟12：根據所述上電指令控制燃料電池汽車的上電系統上電或者根據所述下電指令控制燃料電池汽車的下電系統下電。

其中，基于無鑰匙系統peps及制動踏板信號識別到駕駛員的上電指令后，vcu在整車運行模式下，喚醒bms、mcu、apu、空調系統控制器(包括電動壓縮機控制器eas、加熱控制器ptc、電子溫控系統ecc)及dcdc，并在低壓系統自檢以及高壓系統檢測無故障后，完成動力電池供電，并對apu內電堆溫度進行判斷，電堆溫度達到預設值后，控制apu工作，保證了燃料電池能量轉化的高效性。

基于無鑰匙系統peps及識別到駕駛員的下電指令后，vcu在收到apu的停機信號，并在高壓系統主動放電以及高壓系統掉電檢測并進行數據存檔后，引導bms、mcu、apu、空調系統控制器以及dcdc休眠，并主動下電。該方案通過控制apu運行狀態，避免了由于整車下電與apu下電時序不匹配引起的高壓放電風險。

進一步地，獲取上電指令或者下電指令的步驟包括：

整車控制器vcu通過燃料電池汽車的無鑰匙啟動系統及制動踏板信號，獲取上電指令或者下電指令。

該實施例中，基于無鑰匙啟動系統及制動踏板信號獲取駕駛員上電意圖后，給所有控制器提供on電，通過on電喚醒vcu，vcu進行控制器數據初始化，并讀取存儲器中的數據，如在上一個上電周期內有不可抗拒故障出現，則禁止上高壓，整合車輛上高壓前數據，如果有下電故障則vcu將禁止系統上高壓。

基于無鑰匙啟動系統獲取駕駛員下電意圖后，vcu首先判斷apu是否停機，在確保apu停機后引導高壓系統下電。

進一步地，根據所述上電指令控制燃料電池汽車的上電系統上電的步驟包括：

所述vcu根據所述上電指令，判斷燃料電池汽車的整車模式處于行車模式時，vcu喚醒電池管理系統bms、驅動電機控制器mcu、氫系統增程器apu、空調系統控制器以及直流轉換控制器dcdc；

所述vcu控制所述bms、mcu、apu、空調系統控制器、dcdc進行低壓自檢以及控制高壓系統檢測，完成上電系統上電。

該實施例中，所述燃料電池汽車的整車模式包括：遠程模式、行車模式、慢充模式、快充模式及bootloader模式。

進一步地，所述vcu控制所述bms、mcu、apu、空調系統控制器、dcdc進行低壓自檢的步驟包括：

所述vcu喚醒bms、mcu、apu、空調系統控制器以及dcdc，被喚醒的控制器通過讀取相應低壓控制器板內存儲器eeprom的方式，進行板內低壓自檢；

所述vcu與bms、mcu、apu、空調系統控制器以及dcdc通過can總線進行通訊報文交互，判斷所述vcu分別與bms、mcu、apu、空調系統控制器及dcdc之間的通訊是否存在信號丟幀情況，并判斷電池負極繼電器是否正常處于斷開狀態。

該實施例中，低壓控制器進行自檢，并與vcu進行報文交互，實現了vcu對低壓控制器的工作狀態的實時監控。

進一步地，所述vcu控制所述bms、mcu、apu、空調系統控制器、dcdc進行低壓自檢的步驟之后還包括：

若低壓控制器板內正常、can總線通信正常且電池負極繼電器處于正常斷開狀態，vcu控制動力電池負極繼電器閉合；

若所述vcu判斷當前高壓系統具有嚴重故障，則禁止系統上高壓，引導bms、mcu、apu、空調系統控制器、dcdc及自身控制器休眠，整個高壓系統下電。

該實施例中，vcu根據低壓控制器自檢的報文交互情況及時做出相應處理，避免了故障導致的系統無法上電，有效的提高了高壓系統上電效率以及整車系統上電后apu的工作效率。

進一步地，所述vcu控制高壓系統檢測的步驟包括：

所述vcu控制動力電池高壓自檢，其中，所述vcu在bms判斷動力電池預充繼電器及正極繼電器有閉合故障時，則引導動力電池負極繼電器斷開；

對預充繼電器是否粘連進行檢測，如果存在此故障，則bms控制正極繼電器斷開，vcu控制負極繼電器斷開，高壓系統下電。

該實施例中，通過vcu控制高壓系統檢測，及時發現高壓上電過程中的高壓系統故障，有效提高了高壓系統的上電效率，提高了高壓系統安全性。

進一步地，所述vcu控制動力電池高壓自檢的步驟還包括：

如動力電池預充繼電器及正極繼電器無閉合故障，則bms控制動力電池的預充繼電器閉合，在第一預設時長后，控制正極繼電器閉合，下一個第一預設時長后，控制預充繼電器斷開。

該實施例中，高壓系統回路中必須要有預充回路，以防止高壓回路瞬間閉合產生大電流，燒毀繼電器。如果系統未檢測到預充繼電器有粘連故障，則高壓系統上電完成，bms根據駕駛意圖提供相應功率，電機響應加速踏板扭矩需求。

進一步地，燃料電池汽車上下電控制方法的步驟還包括：

在上電系統已上電狀態下，當vcu判斷有啟動氫系統增程器apu的需求時，獲取apu內電堆溫度；

在電堆溫度低于第一預設值時，vcu向apu發送電堆加熱信號，apu系統進入升溫模式，當電堆溫度高于第二預設值時，apu判定在此溫度下，電堆可高效率工作，apu向vcu發送可使能狀態信號，vcu向apu發送工作使能信號，此時由動力電池與電堆同時輸出動力。

該實施例中，所述電堆加熱信號可以是“電堆加熱使能標志位”，當電池soc(荷電狀態)或者電池單體工作溫度低于預設值導致動力電池輸出功率低于預設值時，vcu判定需要啟動apu，使動力電池與apu聯合供電。

其中，vcu發送電堆加熱信號，系統進入升溫模式后，vcu控制動力電池限功率，并向儀表控制器icm發送駕駛員提醒報文，以提醒整車目前處于限功率狀態中，使車輛在低功率下行駛，當apu判定在高于第二預設值的溫度下，電堆可高效率工作時，限功率狀態模式取消，vcu向apu發送工作使能信號，此時由動力電池與電堆同時輸出動力。該方案通過對apu內電堆溫度進行判斷，使電堆能夠在合適溫度下工作，提高了燃料電池轉化效率。

進一步地，根據所述下電指令控制燃料電池汽車的下電系統下電的步驟包括：

vcu根據所述下電指令引導高壓系統下電、禁止直流轉換控制器dcdc及空調系統控制器使能，并控制mcu進入零轉矩模式，bms控制電池正極繼電器斷開，vcu控制高壓系統主動放電及控制電池負極繼電器斷開、進行高壓系統掉電檢測，vcu引導bms、mcu、apu、空調系統控制器、dcdc休眠以及vcu自身休眠，完成高壓系統下電。

該實施例中，高壓系統將電容內的電荷通過ptc、obc(車載充電機)及mcu內的電阻以熱能形式釋放掉，完成mcu主動放電。

進一步地，vcu根據所述下電指令引導高壓系統下電的步驟包括：

所述vcu向apu發送apu關機使能信號，且vcu進入等待模式，此時apu向冷卻水泵及冷卻風扇發送冷卻指令對電堆進行冷卻，當apu判定電堆溫度低于第三預設值時，apu控制電堆停機，并向vcu發送apu關機狀態信號，vcu引導高壓系統下電。

該實施例中，所述apu關機使能信號可以是“apu關機使能標志位”，所述apu關機狀態信號可以是“apu關機狀態標志位”。

vcu進入等待模式后，apu控制冷卻系統持續的為電堆進行冷卻，防止電堆停止工作后無冷卻機制導致的電堆高溫風險，通過增加vcu的等待模式，有效地避免了由于動力電池斷路，而apu未斷電并處于發電狀態，可能導致的放電危險。

進一步地，vcu根據所述下電指令進行高壓系統掉電檢測的步驟后還包括：

所述vcu將bms、mcu、apu、空調系統控制器以及dcdc數據寫入存儲器，并引導低壓系統休眠。

該實施例中，低壓系統掉電檢測的內容為：bms確保電池預充繼電器斷開、正極繼電器斷開，vcu確保電池負極斷開，檢測完成后，對bms、mcu、apu、空調系統控制器以及dcdc的數據進行存檔，以便下次控制器上電時，對該數據進行處理及響應。

完整的流程圖如圖2所示：

在基于peps以及制動踏板信號獲取到上電指令后，vcu進行控制器初始化，并讀取eeprom中數據，確保無故障后，vcu判斷整車模式，若為行車模式則vcu喚醒bms、mcu、apu、空調系統控制器以及dcdc，否則進入充電或遠程模式；bms、mcu、apu、空調系統控制器以及dcdc進行低壓自檢，若有嚴重故障則禁止系統上高壓且vcu引導各控制器休眠，若無故障，則vcu控制閉合電池負極繼電器；低壓自檢完成后電池進行高壓自檢，即bms判斷預充和正極繼電器是否有閉合故障，若有，則vcu引導電池負極繼電器斷開，若無故障，則bms控制預充繼電器閉合，預設時間(tms)后正極繼電器閉合，下一個預設時間(tms)后預充繼電器斷開；高壓系統檢測預充繼電器無粘連故障后，高壓系統上電完成，此時vcu判斷是否需要啟動apu聯合供電。

在系統基于peps獲取到下電指令后，vcu首先判斷apu是否停機，若apu已停機，則vcu禁止dcdc使能并控制電機轉矩為零；bms控制正極繼電器斷開后mcu主動放電；放電完成后vcu引導電池負極繼電器斷開，此時高壓系統進行掉電檢測，確保無故障后進行數據存檔；vcu控制低壓系統掉電后，主動掉電，此時下電完成。

如圖3所示，本發明實施例還提供了一種整車控制器，包括：

獲取模塊31，用于獲取上電指令或者下電指令；

該實施例中，上電指令或者下電指令由無鑰匙系統peps及制動踏板信號通過駕駛員人為操識別，并將指令信息反饋給整車控制器vcu。。

控制模塊32，用于根據所述上電指令控制燃料電池汽車的上電系統上電或者根據所述下電指令控制燃料電池汽車的下電系統下電。

需要說明的是，上述方法實施例中所有實現方式均適用于該整車控制器的實施例中，也能達到相同的技術效果。該實施例中，基于無鑰匙系統peps及制動踏板信號識別到駕駛員的上電指令后，vcu在整車運行模式下，喚醒bms、mcu、apu、空調系統控制器(包括電動壓縮機控制器eas、加熱控制器ptc、電子溫控系統ecc)及dcdc，并在低壓系統自檢以及高壓系統檢測無故障后，完成動力電池供電，并對apu內電堆溫度進行判斷，電堆溫度達到預設值后，控制apu工作，保證了燃料電池能量轉化的高效性。

基于無鑰匙系統peps識別到駕駛員的下電指令后，vcu在收到apu的停機信息，并在高壓系統主動放電以及高壓系統掉電檢測并進行數據存檔后，引導bms、mcu、apu、空調系統控制器以及dcdc休眠，并主動下電。該方案通過控制apu運行狀態，避免了由于整車下電與apu下電時序不匹配引起的高壓放電風險。

本發明實施例還提供了一種電動汽車，包括上述的整車控制器。

本發明的該實施例，建立了vcu與bms、vcu與mcu、vcu與apu、vcu與空調系統控制器以及vcu與dcdc間的信號交互邏輯方法，基于apu的開關狀態，實現了vcu對整車高壓狀態的監控，提高了整車高壓系統上電后apu工作效率，排除了由于整車下電與apu下電時序問題引起的高壓放電風險，提高了高壓系統安全性。

以上所述的是本發明的優選實施方式，應當指出對于本技術領域的普通人員來說，在不脫離本發明所述的原理前提下還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也在本發明的保護范圍內。