氢燃料电池汽车辅助能源智能充电装置及方法

摘要

本发明涉及氢能汽车智能充电领域，提供一种氢燃料电池汽车辅助能源智能充电装置，其特征在于，包括：氢燃料电池管理系统FCU、高压分配盒PDU、驱动电机系统、驱动电机控制器MCU、电池管理系统BMS、辅助能源系统、热管理系统HMC、降压转换器DCL、整车控制器VCU和车载T‑Box。本发明根据辅助能源的电量情况启动燃料电池对辅助能源进行充电，保证辅助能源电量控制在一定的范围内，提高辅助能源寿命，保证燃料电池汽车的正常使用。

说明书

技术领域

本发明涉及氢能汽车智能充电领域，尤其涉及一种氢燃料电池汽车辅助能源智能充电装置及方法。

背景技术

由于石油能源逐渐紧缺，且传统汽车尾气排放的碳氧化合物、氮氧化合物以及其他的有害颗粒对大气有着很不利的影响，导致温室效应、雾霾等现象频生，目前亟需寻找新的能源。但是目前的新能源汽车还是有很多不足，需要提升和解决，例如纯电动车的续航问题，充电时间长，高低温性能问题，后期电池回收问题等等，氢燃料电池汽车应运而生。

随着氢燃料电池汽车逐渐开始规模化应用和生产，氢燃料电池汽车将成为汽车产业转型的重要战略方向。然而随着科技的进步，如何保证燃料电池启动时的能量需求，已成为燃料电池汽车的重要问题。在氢能汽车上电的现有技术中，常出现辅助能源欠压的问题，长此以往会减少辅助能源的使用寿命。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种氢燃料电池汽车辅助能源智能充电装置及方法，旨在解决现有技术中，氢能汽车上电过程中辅助能源出现欠压的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种氢燃料电池汽车辅助能源智能充电装置，包括：氢燃料电池管理系统FCU、高压分配盒PDU、驱动电机系统、驱动电机控制器MCU、电池管理系统BMS、辅助能源系统、热管理系统HMC、降压转换器DCL、整车控制器VCU和车载T-Box；

所述整车控制器VCU通过硬线和CAN线与所述氢燃料电池管理系统FCU、所述高压分配盒PDU、所述驱动电机控制器MCU、所述电池管理系统BMS、所述热管理系统HMC电性连接；所述降压转换器DCL安装在所述高压分配盒PDU的内部；所述驱动电机系统与所述驱动电机控制器MCU电性连接；所述整车控制器VCU通过CAN线与所述车载T-Box电性连接；所述整车控制器VCU通过CAN线获得当前档位状态；所述电池管理系统BMS与所述辅助能源系统电性连接。

进一步地，一种氢燃料电池汽车辅助能源智能充电方法，基于所述氢燃料电池汽车辅助能源智能充电装置实现，其特征在于，包括步骤：

S10：唤醒所述整车控制器VCU，判断整车是否处于待机状态；若是，则进入步骤S20；否则，进入下电休眠判断；

S20：判断整车是否满足高压上电条件；若满足，则进入步骤S30；否则，结束上电流程，进入下电流程；

S30：整车进行高压上电，判断所述高压上电是否完成；若是，则进入步骤S40；否则，进入禁止高压上电故障判断；

S40：判断所述驱动电机控制器MCU和所述降压转换器DCL的状态；若所述驱动电机控制器MCU和所述降压转换器DCL均满足预设条件，则对所述辅助能源系统进行充电；否则结束上电流程，进入下电流程。

进一步地，所述步骤S10包括：

S101：所述车载T-Box定时唤醒，监测整车状态；

S102：所述车载T-Box检测所述辅助能源系统的电量是否低于预设值；若是，则唤醒所述整车控制器VCU，所述整车控制器VCU进入初始化操作，进入步骤S103；否则返回步骤S101；

S103：判断所述整车控制器VCU的初始化是否完成；若是，则进入步骤S104；否则进入待机计时，若待机计时超过200ms，则表明初始化失败，结束流程，否则重复步骤S103；

S104：所述整车控制器VCU闭合第一低压接触器，给所述高压分配盒PDU、所述降压转换器DCL、所述电池管理系统BMS和所述驱动电机控制器MCU低压供电，通过硬线信号唤醒所述热管理系统HMC；

所述整车控制器VCU通过闭合第二低压接触器，通过硬线唤醒所述氢燃料电池管理系统FCU、所述驱动电机控制器MCU、所述电池管理系统BMS、所述高压分配盒PDU和所述降压转换器DCL；

S105：若所述电池管理系统BMS、所述驱动电机控制器MCU、所述氢燃料电池管理系统FCU、所述高压分配盒PDU和所述降压转换器DCL均为待机状态，则进入步骤步骤S20；否则进入下电休眠判断。

进一步地，所述步骤S20包括：

S201：判断整车是否发生禁止高压上电故障；若是，则执行故障处理；否则向所述整车控制器VCU发送待机状态，进入步骤S202；

S202：将所述当前档位状态发送至车身控制器BCM，若所述车身控制器BCM判断所述当前档位状态为N档，则进入步骤S30；否则结束上电流程，进入下电流程；

进一步地，所述步骤S201具体为：

若所述高压分配盒PDU、所述电池管理系统BMS、所述氢燃料电池管理系统FCU、所述驱动电机控制器MCU、所述热管理系统HMC和所述降压转换器DCL中至少有一个为故障状态，则判断整车发生禁止高压上电故障，执行故障处理，同时结束上电流程，进入下电流程。

进一步地，所述步骤S30包括：

S301：所述整车控制器VCU向所述电池管理系统BMS下达闭合BMS接触器的指令；若所有所述BMS接触器均成功闭合，则进入步骤S302；否则进行BMS接触器故障判断；所述BMS接触器包括：BMS分压接触器、BMS负极接触器和BMS预充接触器；

S302：所有所述BMS接触器均闭合后，所述辅助能源系统对预充电容进行预充电；

S303：若所述驱动电机系统的直流端电压与所述电池管理系统BMS的总电压差不超过20V，则表明预充电完成，进入步骤S304；否则进入预充电失败判断；

S304：所述整车控制器VCU向所述电池管理系统BMS发送闭合BMS正极接触器和断开所述BMS预充接触器指令；判断高压上电是否完成，若所述BMS预充接触器成功断开且所述氢燃料电池管理系统FCU的工作状态为高压上电完成，则表明高压上电完成，进入步骤S40；否则进入预充接触器故障判断。

进一步地，所述步骤S40包括：

S401：所述整车控制器VCU向所述驱动电机控制器MCU发送高压待机指令，向所述高压分配盒PDU发送运行指令，向所述热管理系统HMC发送允许工作指令；在所述整车控制器VCU下达指令后，若所述驱动电机控制器MCU进入高压待机状态，且所述降压转换器DCL进入运行状态，则进入步骤S403；否则进入步骤S402；

S402：进入待机计时，若待机计时超过2S，则判断出整车发生禁止蓄电池充电系统故障，结束上电流程，进入下电流程；否则返回步骤S401；

S403：所述氢燃料电池管理系统FCU对所述辅助能源系统进行充电。

本发明具有以下有益效果：根据辅助能源的电量情况启动燃料电池对辅助能源进行充电，保证辅助能源电量控制在一定的范围内，提高辅助能源寿命，保证燃料电池汽车的正常使用。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明的方法流程示意图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明的装置结构示意图。氢燃料电池汽车的氢燃料电池系统在启动之前需要有高压供电，以保证空压机和加热器PTC的工作，其中空压机主要用于将空气压缩，压缩后的空气被送入反应堆和氢气发生反应；加热器PTC在寒冷天气保证燃料电池工作的正常温度；辅助能源系统的一个作用就是为了提供氢燃料电池系统启动时的用电需求，这就要求辅助能源系统拥有充足的电量满足氢燃料电池系统的启动需求；

为此，本发明提供一种氢燃料电池汽车辅助能源智能充电装置，包括：氢燃料电池管理系统FCU、高压分配盒PDU、驱动电机系统、驱动电机控制器MCU、电池管理系统BMS、辅助能源系统、热管理系统HMC、降压转换器DCL、整车控制器VCU和车载T-Box；

所述整车控制器VCU通过硬线和CAN线与所述氢燃料电池管理系统FCU、所述高压分配盒PDU、所述驱动电机控制器MCU、所述电池管理系统BMS、所述热管理系统HMC电性连接；所述降压转换器DCL安装在所述高压分配盒PDU的内部；所述驱动电机系统与所述驱动电机控制器MCU电性连接；所述整车控制器VCU通过CAN线与所述车载T-Box电性连接；所述整车控制器VCU通过CAN线获得当前档位状态；所述电池管理系统BMS与所述辅助能源系统电性连接。

辅助能源系统为氢燃料电池系统启动提供能量，电池管理系统BMS的主要功能为辅助管理整车的系统状态、安全保护以及故障处理等；其中系统状态主要包括：各接触器控制、上下电流程管理以及对各电池单体电压进行检测，确保单体电压的一致性；

氢燃料电池系统作为整车的动力源，为整车行驶提供能量；氢燃料电池管理系统FCU的主要功能是管理氢燃料电池系统上下电、监控氢燃料电池系统参数及故障处理；其中系统参数主要包括：电流、电压、温度、各节点氢气和空气压力等；

热管理系统HMC分为动力系统热管理和乘员舱空调热管理等子功能；本发明主要为动力系统热管理；动力系统热管理主要是为提供驱动电机系统、驱动电机控制器MCU、高压分配盒PDU、动力电池、降压转换器DCL等部件的冷却需求和动力电池的加热需求等；

驱动电机系统主要用于驱动车辆前进、后退，而驱动电机控制器MCU则是根据整车控制器指令对驱动电机系统进行控制，监控驱动电机系统的各项参数，并进行故障处理；

在本发明中高压分配盒PDU集成了降压转换器DCL，其中高压分配盒PDU的主要作用是根据整车需求将辅助能源系统和氢燃料电池系统的电量分配给各用电单元，监控辅助能源系统和氢燃料电池系统内部的各参数，并进行故障处理；而降压转换器DCL则是把辅助能源系统和氢燃料电池系统输出的高压量转化为低压电，为车辆的低压蓄电池和低压用电单元提供能量，如：近光灯、远光灯、雨刮等。

参照图2，本发明提供一种氢燃料电池汽车辅助能源智能充电方法，基于所述氢燃料电池汽车辅助能源智能充电装置实现，包括步骤：

S10：唤醒所述整车控制器VCU，判断整车是否处于待机状态；若是，则进入步骤S20；否则，进入下电休眠判断；

S20：判断整车是否满足高压上电条件；若满足，则进入步骤S30；否则，结束上电流程，进入下电流程；

S30：整车进行高压上电，判断所述高压上电是否完成；若是，则进入步骤S40；否则，进入禁止高压上电故障判断；

S40：判断所述驱动电机控制器MCU和所述降压转换器DCL的状态；若所述驱动电机控制器MCU和所述降压转换器DCL均满足预设条件，则对所述辅助能源系统进行充电；否则结束上电流程，进入下电流程。

进一步地，所述步骤S10包括：

S101：所述车载T-Box定时唤醒，监测整车状态。

具体实现中，车载T-Box唤醒后，监测蓄电池电量、辅助能源系统的电量和氢燃料电池系统中的氢气浓度等，确保整车的安全性及用户使用安全。

S102：所述车载T-Box检测所述辅助能源系统的电量是否低于预设值；若是，则唤醒所述整车控制器VCU，所述整车控制器VCU进入初始化操作，进入步骤S103；否则返回步骤S101。

S103：判断所述整车控制器VCU的初始化是否完成；若是，则进入步骤S104；否则进入待机计时，若待机计时超过200ms，则表明初始化失败，结束流程，否则重复步骤S103。

具体实现中，整车控制器VCU的初始化完成后，整车控制器VCU基于车载T-Box反馈的模式信息，选择将整车进入辅助能源智能充电模式。

S104：所述整车控制器VCU闭合第一低压接触器，给所述高压分配盒PDU、所述降压转换器DCL、所述电池管理系统BMS和所述驱动电机控制器MCU低压供电，通过硬线信号唤醒所述热管理系统HMC；

所述整车控制器VCU通过闭合第二低压接触器，通过硬线唤醒所述氢燃料电池管理系统FCU、所述驱动电机控制器MCU、所述电池管理系统BMS、所述高压分配盒PDU和所述降压转换器DCL；硬线唤醒时，硬线信号处于高电平。

S105：若所述电池管理系统BMS、所述驱动电机控制器MCU、所述氢燃料电池管理系统FCU、所述高压分配盒PDU和所述降压转换器DCL均为待机状态，则进入步骤步骤S20；否则进入下电休眠判断。

具体实现中，电池管理系统BMS、驱动电机控制器MCU、氢燃料电池管理系统FCU、高压分配盒PDU和降压转换器DCL将自身的状态发送给整车控制器VCU进行判断；进行下电休眠判断时，首先进入待机计时，若待机计时超过300ms，则结束上电流程，进入下电流程；否则返回步骤S105。

进一步地，所述步骤S20包括：

S201：判断整车是否发生禁止高压上电故障；若是，则执行故障处理；否则向所述整车控制器VCU发送待机状态，进入步骤S202；

S202：将所述当前档位状态发送至车身控制器BCM，若所述车身控制器BCM判断所述当前档位状态为N档，则进入步骤S30；否则结束上电流程，进入下电流程；

进一步地，所述步骤S201具体为：

若所述高压分配盒PDU、所述电池管理系统BMS、所述氢燃料电池管理系统FCU、所述驱动电机控制器MCU、所述热管理系统HMC和所述降压转换器DCL中至少有一个为故障状态，则判断整车发生禁止高压上电故障，执行故障处理，同时结束上电流程，进入下电流程。

具体实现中，执行故障处理具体为：整车控制器VCU中会记录故障信息，驾驶员启动车辆时会发出声光提醒，并在仪表上显示故障信息，提醒驾驶员维修车辆。

进一步地，所述步骤S30包括：

S301：所述整车控制器VCU向所述电池管理系统BMS下达闭合BMS接触器的指令；若所有所述BMS接触器均成功闭合，则进入步骤S302；否则进行BMS接触器故障判断；所述BMS接触器包括：BMS分压接触器、BMS负极接触器和BMS预充接触器。

具体实现中，整车控制器VCU首先向电池管理系统BMS下达BMS分压接触器闭合指令，电池管理系统BMS判断BMS分压接触器是否闭合，若BMS分压接触器没有闭合，则进入待机计时，若待机计时超过800ms，则结束上电流程，进入下电流程；否则重新判断BMS分压接触器是否闭合；

若BMS分压接触器成功闭合，整车控制器VCU通过CAN线向氢燃料电池管理系统FCU发送上强电指令；然后整车控制器VCU向电池管理系统BMS下达BMS负极接触器闭合指令，电池管理系统BMS判断BMS负极接触器是否闭合，若BMS负极接触器没有闭合，则进入待机计时，若待机计时超过500ms，则判断BMS负极接触器发生故障，结束上电流程，进入下电流程；否则整车控制器VCU重新下达BMS负极接触器闭合指令；

若BMS负极接触器成功闭合，则整车控制器VCU向电池管理系统BMS下达BMS预充接触器闭合指令，电池管理系统BMS判断BMS预充接触器是否闭合，若BMS预充接触器没有闭合，则进入待机计时，若待机计时超过500ms，则判断BMS预充接触器发生故障，结束上电流程，进入下电流程；否则重新判断BMS预充接触器是否闭合。

S302：所有所述BMS接触器均闭合后，所述辅助能源系统对预充电容进行预充电。

S303：若所述驱动电机系统的直流端电压与所述电池管理系统BMS的总电压差不超过20V，则表明预充电完成，进入步骤S304；否则进入预充电失败判断。

具体实现中，进入预充电失败判断具体为，进入待机计时，若待机计时超过300ms，则判断预充电容预充电失败，结束上电流程，进入下电流程；否则返回步骤S303。

S304：所述整车控制器VCU向所述电池管理系统BMS发送闭合BMS正极接触器和断开所述BMS预充接触器指令；判断高压上电是否完成，若所述BMS预充接触器成功断开，且所述氢燃料电池管理系统FCU的工作状态为高压上电完成，则表明高压上电完成，进入步骤S40；否则进入预充接触器故障判断。

具体实现中，整车控制器VCU首先向电池管理系统BMS下达BMS正极接触器闭合指令，电池管理系统BMS判断BMS正极接触器是否闭合，若BMS正极接触器没有闭合，则进入待机计时，若待机计时超过300ms，则判断BMS正极接触器发生故障，结束上电流程，进入下电流程；否则整车控制器VCU重新向电池管理系统BMS下达BMS正极接触器闭合指令；

若BMS正极接触器成功闭合，则整车控制器VCU向电池管理系统BMS下达BMS预充接触器断开指令，电池管理系统BMS判断BMS预充接触器是否断开，若BMS预充接触器没有断开，则进入待机计时，若待机计时超过300ms，则判断BMS预充接触器发生故障，结束上电流程，进入下电流程；否则整车控制器VCU重新向电池管理系统BMS下达BMS预充接触器断开指令；

所述预充接触器故障判断具体为，进入待机计时，若待机计时超过800ms，则判断整车发生禁止高压上电故障，结束上电流程，进入下电流程；否则重新判断高压上电是否完成。

进一步地，所述步骤S40包括：

S401：所述整车控制器VCU向所述驱动电机控制器MCU发送高压待机指令，向所述高压分配盒PDU发送运行指令，向所述热管理系统HMC发送允许工作指令；在所述整车控制器VCU下达指令后，若所述驱动电机控制器MCU进入高压待机状态，且所述降压转换器DCL进入运行状态，则进入步骤S403；否则进入步骤S402。

具体实现中，整车控制器VCU首先向驱动电机控制器MCU发送高压待机指令，同时向降压转换器DCL发送运行指令；

若驱动电机控制器MCU成功接收高压待机指令，且直流端电压高于预设值，则驱动电机控制器MCU进入高压待机状态，并向整车控制器VCU发送进入高压待机状态的报文；

降压转换器DCL收到来自整车控制器VCU的运行指令后，降压转换器DCL进入运行状态；

整车控制器VCU向热管理系统HMC发送允许工作指令，允许乘客舱和氢燃料电池系统进行冷却或加热处理；

若驱动电机控制器MCU成功进入高压待机状态，且降压转换器DCL进入运行状态则进入步骤S403；否则进入步骤S402

S402：进入待机计时，若待机计时超过2S，则判断出整车发生禁止蓄电池充电系统故障，结束上电流程，进入下电流程；否则返回步骤S401。

S403：所述氢燃料电池管理系统FCU对所述辅助能源系统进行充电。

本发明所述氢燃料电池汽车辅助能源智能充电装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。