本公開涉及一種燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，更具體地，涉及一種燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，其在例如碰撞等危險情況下通過迅速去除燃料電池堆的電壓而避免承受高壓風險。

背景技術：

用于作為一種環(huán)境友好型車輛的氫燃料電池車輛的燃料電池系統(tǒng)包括：被配置成通過反應氣體的電化學反應來產(chǎn)生電能的燃料電池堆；被配置成為燃料電池堆提供氫作為燃料的氫供給裝置；被配置成為燃料電池堆提供含氧空氣的空氣供給裝置，其中氧用作電化學反應所需的氧化劑；以及被配置成通過向外部排放作為燃料電池堆電化學反應的副產(chǎn)物的熱量而將燃料電池堆的工作溫度調(diào)節(jié)為最佳溫度、并執(zhí)行水管理功能的熱量和水管理系統(tǒng)。

用于減小和去除燃料電池堆的電壓的燃料電池負載裝置被連接到燃料電池堆，在燃料電池車輛的啟動被停止時或之后去除燃料電池堆內(nèi)部的氧。引入到燃料電池堆的氧在電流流經(jīng)燃料電池負載裝置而被消耗的同時與陽極上殘留的氫一起被去除。當陽極沒有氫時則無法消耗氧。因此，為避免這種情況，采用喚醒技術(wakeup technology)為陽極周期性地供給氫。

換句話說，與內(nèi)燃機不同，燃料電池車輛在關閉啟動后需要單獨的用于通過去除燃料電池堆內(nèi)部殘留的空氣來降低燃料電池堆的電壓的后處理。因此可避免燃料電池堆的劣化和承受高壓的風險。當氧在陽極時形成電壓時，在陰極發(fā)生碳腐蝕。因此，燃料電池車輛需要去除燃料電池堆內(nèi)部的氧、防止額外的氧氣流，并將不可避免地引入的氧去除的處理。

當發(fā)生例如碰撞等危險情況時，傳統(tǒng)的燃料電池車輛被強制使用燃料電池負載裝置來降低燃料電池堆的電壓，從而避免承受高壓的風險。傳統(tǒng)的燃料電池車輛僅將負載裝置與燃料電池電連接來降低燃料電池的電壓。該過程與在正常狀態(tài)下啟動關閉后降低燃料電池電壓的后處理并無不同。因此，由于傳統(tǒng)的 燃料電池車輛沒有單獨的用于在例如碰撞等緊急情況下降低燃料電池電壓的裝置，無法迅速地去除高壓。此外，由于燃料電池可暴露在高壓狀態(tài)，因此仍存在例如電擊等危險。

上述內(nèi)容僅用于幫助理解本公開的背景，并不旨在表示本公開落入本領域技術人已公知的現(xiàn)有技術的范圍內(nèi)。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本公開提供一種燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，其能夠在例如碰撞等危險情況下通過迅速去除燃料電池堆的電壓而避免承受高壓風險。

根據(jù)一個方面，燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)可包括：經(jīng)由主總線并聯(lián)的燃料電池和高壓電池單元；被配置成形成/切斷燃料電池的輸出端和主總線之間的電連接的第一開關單元；連接在燃料電池的輸出端和第一開關單元之間進行分流的負載裝置；連接在第一開關單元和節(jié)點之間的反向電流切斷裝置，負載裝置從該節(jié)點分流；被配置成形成/切斷燃料電池的輸出端和負載裝置之間的電連接的第二開關單元；控制器，被配置成在預設的危險事件發(fā)生時，對第一和第二開關單元進行操作，并調(diào)整主總線與高壓電池單元之間的電連接狀態(tài)，從而使燃料電池的輸出端的電力通過負載裝置和高壓電池的充電操作來消耗。

當預設的危險事件發(fā)生時，控制器可被配置成在對第一和第二開關單元進行操作之前切斷向燃料電池供應氫和氧。此外，當預設的危險事件發(fā)生時，控制器可被配置成判斷高壓電池單元是否可被充電。當高壓電池單元可被充電時，控制器可被配置成操作第一和第二開關單元使其短路，并操作高壓電池單元中的高壓轉換器，以降低主總線的電壓。當高壓電池單元不可被充電時，控制器可被配置成操作第一開關單元使其開路，操作第二開關單元使其短路，并切斷高壓電池單元和主總線之間的電連接。當燃料電池的輸出端的電壓變得小于預設電壓時，控制器可被配置成操作第一和第二開關單元使其開路，并切斷高壓電池單元和主總線之間的電連接。

根據(jù)另一個方面，一種用于控制燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)的方法，包括：通過控制器感測是否發(fā)生了預設的危險事件；通過控制器判斷經(jīng)由主總線與燃料電池并聯(lián)的高壓電池單元是否可被充電；響應于確定高壓電池單元可被充電，通過控制器形成燃料電池的輸出端和負載裝置之間的電連接、以及燃料電池和 高壓電池單元之間的電連接。燃料電池的輸出端的電力可通過負載裝置和高壓電池單元的充電操作而被消耗。

此外，控制器可被配置成在判斷高壓電池單元是否可被充電時對高壓電池單元中的高壓轉換器進行操作以減小主總線的電壓。所述方法還可包括：響應于確定高壓電池單元不可被充電，通過控制器形成燃料電池的輸出端和負載裝置之間的電連接，并切斷燃料電池和高壓電池單元之間的電連接。所述方法還可包括：在判斷高壓電池單元是否可被充電之前，通過控制器切斷向燃料電池供應氫和氧。

所述方法還可包括：在形成電連接后，通過控制器將燃料電池的輸出端的電壓與預設電壓進行比較；以及響應于確定燃料電池的輸出端的電壓小于預設電壓，通過控制器切斷燃料電池的輸出端和負載裝置之間的電連接、燃料電池的輸出端和主總線之間的電連接、以及高壓電池單元和主總線之間的電連接。

根據(jù)另一個方面，提供一種用于控制燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)的方法。具體地，在預設的危險事件發(fā)生時，控制器可被配置成形成燃料電池的輸出端和負載裝置之間的電連接、以及燃料電池和經(jīng)由主總線與燃料電池并聯(lián)的高壓電池單元之間的電連接，從而使燃料電池的輸出端的電力通過負載裝置和高壓電池單元的充電操作而被消耗。

根據(jù)本公開的示例性實施例，與僅使用負載裝置去除燃料電池的輸出端殘留的電力時相比，所述燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法可迅速有效地去除燃料電池的輸出端殘留的電力。因此，所述燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法可在燃料電池車輛發(fā)生碰撞事故時，迅速降低燃料電池的輸出端的高壓，從而避免如觸電等事故。

附圖說明

結合附圖，通過以下詳細描述，將更清楚地理解本公開的上述和其它目的、特征以及其它優(yōu)點。

圖1是示出根據(jù)本公開的示例性實施例的燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)的結構圖；以及

圖2是示出根據(jù)本公開的示例性實施例的用于控制燃料電池車輛的方法的流程圖。

具體實施方式

本文所使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似的術語通常包括機動車輛，例如：客運車輛，包含運動型多功能車(SUV)、公共車輛、卡車、各種商用車輛，船舶，包含各種小船和艦船，飛機等，并包括混合動力車輛、電動車輛、插電式混合動力車輛、氫動力車輛和其它替代燃料車輛(例如從非石油基資源中衍生出的燃料)。如本文所述，混合動力車輛是具有兩個或多個動力源的車輛，例如由汽油驅動和電驅動的車輛。

雖然示例性實施例被描述為使用多個單元來執(zhí)行示例性過程，但應該理解，示例性過程也可以由一個或多個模塊執(zhí)行。此外，應當理解，術語控制器/控制單元是指一種包括存儲器和處理器的硬件設備。所述存儲器被配置成存儲所述模塊，所述處理器專門被配置成執(zhí)行所述模塊從而來執(zhí)行以下進一步描述的一個或多個過程。

另外，本公開中的控制邏輯可被具體化為計算機可讀介質上的非暫時性計算機可讀媒體，包括由處理器、控制器/控制單元等執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令。計算機可讀介質的示例包括但不限于ROM、RAM、光盤(CD)ROM、磁帶、

軟盤、閃存驅動器、智能卡和光學數(shù)據(jù)存儲裝置。計算機可讀記錄介質也可在與計算機系統(tǒng)連接的網(wǎng)絡中分發(fā)，從而可以分布的方式例如通過遠程服務器或控制器區(qū)域網(wǎng)絡(CAN)來存儲和執(zhí)行計算機可讀媒體。

本文所使用的術語目的僅在于描述具體的實施例，并非意在限制本公開。如本文所使用的，單數(shù)形式“一”旨在也包括復數(shù)形式，除非上下文明確地另有所指。將進一步理解的是，在本說明書中使用術語“包括”和/或“包含”時，表示存在所述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但并不排除存在或添加一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，和/或它們的組合。如本文所使用的，術語“和/或”包括所列的一個或多個相關項目的任何和所有組合

以下，將參照附圖對本公開的示例性實施例進行說明。

圖1是根據(jù)本公開的示例性實施例的燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)的結構圖。參照圖1，燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)可包括經(jīng)由主總線12并聯(lián)的燃料電池單元11和高壓電池單元21；被配置成形成和切斷燃料電池11的輸出端和主總線12 之間的電連接的第一開關單元13；連接在燃料電池11的輸出端和第一開關單元13之間進行分流的負載裝置15；被配置成形成和切斷燃料電池11的輸出端和負載裝置15之間的電連接的第二開關單元17；被配置成對第一和第二開關單元13和17進行操作、并調(diào)整主總線12與高壓電池單元21之間的電連接狀態(tài)的控制器19。

根據(jù)本公開的示例性實施例的電網(wǎng)系統(tǒng)可包括燃料電池11的輸出端和第一開關單元13之間的反向電流切斷裝置D。具體地，反向電流切斷裝置D可被設置在第一開關單元13和節(jié)點N之間，負載裝置15從該節(jié)點N分流。當?shù)谝婚_關單元13短路時，反向電流切斷裝置D可被配置成切斷電流從主總線12流向燃料電池11的輸出端和負載裝置15。反向電流切斷裝置D可包括陽極和陰極可分別連接到負載裝置15的分流節(jié)點N和在第一開關單元13的二極管D。

高壓電池單元21可充當使用燃料電池11作為主電源的燃料電池車輛的輔助電源。高壓電池單元21可包括被配置成存儲電力的高壓電池211和雙向高壓轉換器213，高壓轉換器213被配置成將高壓電池211的輸出轉換成一電壓，并將該電壓提供給主總線12，或者將來自主總線12的電力輸入轉換成一電壓，并將該電壓提供給高壓電池211為高壓電池211充電。高壓電池211可包括開關單元，例如繼電器。高壓電池211中開關單元的開路狀態(tài)/短路狀態(tài)可通過控制器19調(diào)節(jié)。因此，可形成/切斷高壓電池211和主總線12之間的電連接。

高壓轉換器213可包括可經(jīng)脈寬調(diào)制(PWM：pulse width modulation)控制確定在電壓轉換期間轉換的電壓的幅值的多個開關元件。高壓轉換器213中的多個開關元件可由控制器19進行PWM控制，并且可通過開關元件的操作來形成/切斷高壓電池211和主總線12之間的電連接。

圖1中，附圖標記23表示驅動電動機單元。驅動電動機單元23可被配置成利用充當主電源的燃料電池11或充當輔助電源的高壓電池單元21所提供的電壓產(chǎn)生動力。驅動電動機單元23可包括被配置成將從主總線12輸入的直流(DC)電力轉換成交流(AC)電力的逆變器231、以及由逆變器231所提供的AC電力驅動的驅動電動機233。

圖1示出開關單元13和17是通過電磁感應方法使節(jié)點之間的連接短路/開路的繼電器。然而，開關單元13和17可被替換為本領域內(nèi)所采用的各種類型的可控開關單元。附圖標記25表示連接到主總線12并使用高壓的各種高壓配 件，附圖標記31和33表示被配置成感測燃料電池11的輸出端的電壓和主總線12的電壓的電壓傳感器。

在根據(jù)本公開的示例性實施例的燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)中，當發(fā)生例如車輛碰撞等預設的特定事件時，控制器19可被配置成對第一和第二開關單元13和17進行操作并調(diào)整高壓電池單元21，從而使燃料電池11的輸出端的電力通過負載裝置15消耗，并同時通過對高壓電池單元進行充電來消耗。因此，當根據(jù)本公開的示例性實施例的燃料電池車輛處于例如碰撞事故等危險情況時，燃料電池11的輸出端的電力可通過負載裝置15消耗，并同時通過對高壓電池單元21中的高壓電池211進行充電來消耗。因此，能夠更加迅速地降低燃料電池11的輸出端的電壓。

以下將更加詳細地描述根據(jù)本公開的示例性實施例的用于控制燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)的方法。

圖2是示出根據(jù)本公開的示例性實施例的用于控制燃料電池車輛的電網(wǎng)系統(tǒng)的方法的流程圖?？稍谌剂想姵剀囕v發(fā)生例如碰撞事故等危險事件時執(zhí)行圖2所示的控制方法。當發(fā)生例如碰撞事故等危險事件時，燃料電池11的輸出端可能會被暴露或短路到外部設備或人體。這種危險事件可通過車輛內(nèi)安裝的各種傳感器(未示出)來感測。這些各種傳感器可包括沖擊傳感器(shock sensor)。當由傳感器感測到的信息被輸入到控制器19時，控制器19可被配置成確認是否發(fā)生了危險事件。

參照圖2，當在步驟S101中具有根據(jù)本公開的示例性實施例的電網(wǎng)系統(tǒng)的燃料電池車輛正常運行時，在步驟S103中發(fā)生預設的危險事件時，控制器19可被配置成在步驟S105阻止向燃料電池堆11提供氫和氧，并停止燃料電池11的運行。在步驟S101中，當?shù)谝婚_關單元13被短路、第二開關單元17開路時，從燃料電池11輸出的電力可通過主總線12提供給驅動電動機單元23。此外，在步驟S105中，控制器19可被配置成將驅動電動機單元23中的驅動電動機233的輸出調(diào)整為零。

然后，在步驟S107，控制器19可被配置成判斷高壓電池單元21是否可被充電。在判斷高壓電池單元21是否可被充電的步驟S107中，控制器19可被配置成接收關于高壓電池單元21的高壓轉換器212或高壓電池211是否發(fā)生故障(例如，是否發(fā)生錯誤或失效)，或者高壓電池211的荷電狀態(tài)(SOC：state of charge)是否過高的信息。

響應于確定所述高壓電池單元可被充電，在步驟S109，控制器19可被配置成操作第一和第二開關單元13和17使其短路，并操作高壓轉換器212以對高壓電池單元21中的高壓電池211充電，從而降低主總線12的電壓。具體地，燃料電池11的輸出端可被電連接到負載裝置15和高壓電池單元21，并可降低主總線12的電壓。因此，燃料電池11的輸出端殘留的電力可在由負載裝置15消耗而去除的同時，可通過對高壓電池單元21中的高壓電池211充電而去除。

在本公開的示例性實施例中，與僅使用負載裝置15去除燃料電池11的輸出端殘留的電力時相比，可更加迅速有效地去除燃料電池11的輸出端殘留的電力。因此，發(fā)生碰撞事故時，可迅速降低燃料電池11的輸出端的高壓，從而防止觸電等事故。

在一般的燃料電池車輛中，燃料電池和負載裝置存在于發(fā)動機室內(nèi)，而高壓電池單元設置在車地板下(underfloor)。換句話說，高壓電池單元設置在比燃料電池更安全的位置。本公開的示例性實施例基于一般燃料電池車輛的燃料電池和高壓電池單元的布置結構，考慮了迅速去除比高壓電池的電壓更高的燃料電池的高壓的必要性。因此，高壓電池和高壓轉換器可被設置在即使是在碰撞事故期間所述高壓電池和高壓轉換器也能夠正常操作(例如，無故障)的區(qū)域中。因此，在碰撞事故期間通過高壓電池的充電操作去除燃料電池的殘余的電壓是一種實用且安全的解決方案。

此外，響應于確定所述高壓電池單元不可被充電，在步驟S111，控制器19可被配置成操作第一開關單元13使其開路，操作第二開關單元17使其短路。通過控制器19的控制，可形成燃料電池的輸出端11和負載裝置15之間的電連接，并可切斷燃料電池11和高壓電池單元21之間的電連接。具體地，在步驟S111，控制器19可被配置成切斷高壓電池單元21和主總線12之間的電連接。在切斷高壓電池單元21和主總線12之間的電連接的過程中，控制器19可被配置成操作高壓電池211中形成的繼電器(未示出)來切斷高壓電池單元211和高壓轉換器213之間的連接，或者操作高壓轉換器213中的開關元件使高壓電池211和主總線12彼此電絕緣，這兩種方法均可以使用。

此外，在步驟S113，控制器19可被配置成將燃料電池11的輸出端的電壓與預設電壓V₁進行比較，并判斷燃料電池11的輸出端的電壓是否小于預設電 壓V₁。在步驟S113中，控制器19可被配置成從被配置成感測燃料電池11的輸出端的電壓的電壓傳感器31接收燃料電池11的輸出端的電壓的幅值信息，并將燃料電池11的輸出端的電壓與預設電壓V₁進行比較。電壓V₁可被預設為即便是在燃料電池11的輸出端的電壓被暴露到人體等時，仍可確保安全的低電壓值?？衫^續(xù)保持步驟S107、S109和S111，直到燃料電池11的輸出端的電壓變成小于所述預設電壓V₁。

當燃料電池11的輸出端的電壓減小到小于預設電壓V₁時，控制器19可被配置成操作第一和第二開關單元13和17使其開路，從而切斷燃料電池11和主總線12之間的電連接、以及燃料電池11和負載裝置15之間的電連接。此外，在步驟S109中高壓電池單元21被充電時，控制器19可被配置成切斷高壓電池單元21和主總線12之間的連接。

雖然出于說明的目的描述了本公開的示例性實施例，但本領域技術人員將認識到在不脫離如所附權利要求中所公開的本公開的范圍和精神的情況下能夠進行各種修改、增加和替換。