電動車輛、能源管理器及其停機控制系統與方法與流程

2023-04-24 11:19:21 1

本發明涉及車輛工程技術領域，特別涉及一種停機控制方法。此外，本發明還涉及一種停機控制系統。另有，本發明還涉及一種具有上述停機控制系統的能源管理器；並且本發明還涉及一種具有該能源管理器的電動車輛。

背景技術：

甲醇重整制氫燃料電池目前主要用於固定場所發電設備及不間斷電源。由於其啟動與停機時間較長，調節響應速度慢，功率跟隨性能軟，無法直接作為主動力源應用於新能源汽車。

由於甲醇重整制氫燃料電池存在兩機催化反應(重整制氫與氫氣發電)，啟動過程需要對重整室進行預熱是溫度達到內部催化劑正常工作的活性溫度，因此停機過程化學催化反應時間比較長，在停機過程中如不正確控制甲醇重整制氫燃料電池內部的電能無法釋放及甲醇重整室和反應堆熱量無法散發，將導致燃料電池內的催化劑失效。

另一方面，根據車輛使用習慣，車輛停車後司機拔出鑰匙，司機將不再職守車輛。此刻車輛部件的安全性應該由車輛自身設計來保證。考慮到甲醇重整制氫燃料電池自身特點與車輛使用習慣，甲醇重整制氫燃料電池應用與無軌電車車輛在其停機控制方面需要做專門的設計保護。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種停機控制方法，該控制方法可以解決甲醇重整制氫燃料電池應用於電動汽車由於停機時間較長所帶來的能源管理與安全問題；本發明的另一目的是提供一種停機控制系統；本發明還提供一種具有該停機控制系統的能源管理器；本發明還提供一種具有該能源管理器的電動車輛。

為實現上述目的，本發明提供一種用於電動車輛的停機控制方法，包括如下步驟：

檢測是否收到停車信號，若是，進入下一步；

獲取超級電容的電壓值；

判斷所述電壓值是否處於預設電壓範圍之內，若是，進入下一步；

阻斷甲醇重整制氫燃料電池的化學反應；

判斷所述甲醇重整制氫燃料電池的電流值是否小於等於0，若是，切斷所述超級電容與所述甲醇重整制氫燃料電池的主控制器。

相對於上述背景技術，本發明提供的停機控制方法，一旦收到停車信號，則獲取超級電容的電壓值，並判斷該電壓值是否處於預設電壓範圍之內；倘若該電壓值處於預設電壓範圍之內，阻斷甲醇重整制氫燃料電池的化學反應，而後判斷甲醇重整制氫燃料電池的電流值是否小於等於0，若是，則切斷超級電容與甲醇重整制氫燃料電池的主控制器，從而實現停機；採用上述設置方式，司機拔掉鑰匙可以作為停車信號，之後進行一系列動作，從而逐步地實現關閉超級電容與甲醇重整制氫燃料電池的操作，確保車輛相應部件的正常使用與安全。

優選地，判斷所述電壓值是否處於預設電壓範圍之內的步驟中，若否，進入以下步驟：

判斷所述電壓值是否小於或等於所述預設電壓範圍的最小端點值，若是，控制所述甲醇重整制氫燃料電池向所述超級電容充電，直至所述電壓值大於所述最小端點值；

判斷所述電壓值是否大於或等於所述預設電壓範圍的最大端點值，若是，控制所述超級電容放電，直至所述電壓值小於所述最大端點值。

優選地，所述阻斷甲醇重整制氫燃料電池的化學反應的步驟具體為：

阻止向所述甲醇重整制氫燃料電池提供甲醇。

優選地，所述阻斷甲醇重整制氫燃料電池的化學反應的步驟之後還包括：

開啟用以降低所述甲醇重整制氫燃料電池的溫度的冷卻風扇。

優選地，所述切斷所述超級電容與所述甲醇重整制氫燃料電池的主控制器的步驟之後還包括：

關閉所述冷卻風扇。

優選地，所述切斷所述超級電容與所述甲醇重整制氫燃料電池的主控制器的步驟與所述關閉所述冷卻風扇的步驟之間還包括：

判斷所述甲醇重整制氫燃料電池的反應堆溫度是否小於預設溫度值，若是，執行所述關閉所述冷卻風扇的步驟。

優選地，所述關閉所述冷卻風扇的步驟之後還包括：

切斷所述超級電容與所述甲醇重整制氫燃料電池的延遲負載。

本發明還提供一種用於電動車輛的停機控制系統，包括：

檢測模塊：用於檢測是否收到停車信號；

電壓值獲取模塊：用於獲取超級電容的電壓值；

電壓值判斷模塊：用於判斷所述電壓值是否處於預設電壓範圍之內；

阻斷模塊：用於阻斷甲醇重整制氫燃料電池的化學反應；

電流值判斷模塊：用於判斷所述甲醇重整制氫燃料電池的電流值是否小於等於0；

切斷模塊：用於切斷所述超級電容與所述甲醇重整制氫燃料電池的主控制器。

本發明還提供一種能源管理器，包括上述停機控制系統。

本發明還提供一種電動車輛，包括上述能源管理器。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例所提供的甲醇重整制氫燃料電池與超級電容的電池電路的示意圖；

圖2為本發明實施例所提供的停機控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

為了使本技術領域的技術人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

請參考圖1和圖2，圖1為本發明實施例所提供的甲醇重整制氫燃料電池與超級電容的電池電路的示意圖；圖2為本發明實施例所提供的停機控制方法的流程圖。

本發明提供的一種用於電動車輛的停機控制方法，主要包括如下步驟：

檢測是否收到停車信號，若是，進入下一步；

獲取超級電容的電壓值；

判斷所述電壓值是否處於預設電壓範圍之內，若是，進入下一步；

阻斷甲醇重整制氫燃料電池的化學反應；

判斷所述甲醇重整制氫燃料電池的電流值是否小於等於0，若是，切斷所述超級電容與所述甲醇重整制氫燃料電池的主控制器。

如說明書附圖2，當車輛停車之後，駐車制動施加，車輛鑰匙拔出，車輛除了甲醇重整制氫燃料電池的控制部分外其他低壓控制系統都失電。本發明中，停車信號可以認為是當車輛鑰匙拔出之後低壓控制系統所發送的信號；當然，根據實際需要，停車信號還可以為其他形式的信號，本文將不再贅述。

車輛依次執行初始化步驟S10與車輛下電步驟S20，步驟S20車輛下電可以認為是停車信號被接收之後，車輛的低壓控制系統失電的步驟。

接收超級電容4的電壓信號，判定當前超級電容4的電壓值。為確保多次啟動超級電容4時所需電量(可以按照3次啟動電量設計)。當檢測到超級電容4的電壓小於等於490V時，甲醇重整制氫燃料電池以25％功率充電至超級電容4的電壓大於490V，如步驟S30與步驟S31；當檢測到超級電容4的電壓大於610V時自動啟動車輛能量卸放裝置，將電壓降至610V以下，如步驟S40與步驟S41。

本文中判斷所述電壓值是否處於預設電壓範圍之內這一步驟中，預設電壓範圍取值在490V～610V之間，而490V的取值依據上述3次啟動電量設計，而610V的取值依據超級電容4的自身特性決定。當然，490V與610V的具體數值還可以有其他取值方式，本文將不贅述。

上述車輛電壓範圍為450V～630V，當超級電容4的低於450V時啟動車輛禁止啟動，當超級電容4大於630V時為保護超級電容過充，設置禁止充電。由於甲醇重整制氫燃料電池在接收到停止指令到實現停機過程將有一定的電量輸出，因此為保護超級電容4，最高充電電壓設置在610V，以上電壓設置根據具體項目能量與功率配比涉及參數將有所不同。

通過上述可知，當超級電容4的電壓值處於預設電壓範圍(如上文所述的490V～610V)之內時，阻斷甲醇重整制氫燃料電池的化學反應。倘若超級電容4的電壓值不處於預設電壓範圍之內，則當電壓值小於或等於預設電壓範圍的最小端點值(如上文所述的450V)時，控制甲醇重整制氫燃料電池向超級電容4充電，直至超級電容4電壓值大於最小端點值(如上文所述的450V)；倘若超級電容4的電壓值大於或等於預設電壓範圍的最大端點值(如上文所述的610V)時，控制超級電容4放電，直至電壓值小於最大端點值(如上文所述的610V)。

當超級電容4的電壓處於預設電壓範圍之內時，進行步驟S50，阻斷甲醇重整制氫燃料電池的化學反應；本文優選為阻止向甲醇重整制氫燃料電池提供甲醇；即，當車輛超級電容4的電壓等級滿足預設電壓範圍之內時，切斷甲醇輸入信號，切斷閥門S1，甲醇水溶液將不再輸入甲醇重整制氫燃料電池提供的反應堆，進入關機模式。

為了加快甲醇重整制氫燃料電池的關機進程，快速冷卻甲醇重整制氫燃料電池，可以控制甲醇重整制氫燃料電池的燃燒室7、重整室8以及反應堆6的冷卻風扇9的開關K2、K3與K4接通，甲醇重整制氫燃料電池全功率工作散熱，如步驟S60。

一段時間之後，可以通過電流傳感器檢測到甲醇重整制氫燃料電池的輸出電流；當電流小於等於0時，表明反應堆6內已無發電反應。可以控制主接觸器K1斷開，斷開電池輸出轉換電路5與超級電容4的連結，如步驟S70與步驟S80。

當檢測到甲醇重整制氫燃料電池的燃燒室7、重整室8以及反應堆6內的溫度依次少於25度時，依次關閉冷卻風扇9的開關K2、K3與K4，如步驟S90與步驟S100。

倘若甲醇重整制氫燃料電池的電流大於0或者燃燒室7、重整室8以及反應堆6內的溫度大於25度時，則控制冷卻風扇9的開關K2、K3與K4處於開啟狀態，對燃燒室7、重整室8以及反應堆6進行風冷散熱。

當檢測到冷卻風扇9的開關K2、K3與K4都關閉後，切斷超級電容4與甲醇重整制氫燃料電池的延遲負載的總開關K5，完成停機，如步驟S110與步驟S120。

本文提供的停機控制方法，從司機拔掉鑰匙開始到延遲負載的總開關K5斷開，完全處於自動控制，即保證甲醇重整制氫燃料電池安全關機，也避免了超級電容儲能不足導致下次啟動失敗。電路的設計既保證了關機過程的持續供電，也確保了關機後延遲負載的快速切斷，確保啟動蓄電池不會過度放電。

下面對本發明實施例提供的用於電動車輛的啟動控制系統進行介紹，下文描述的啟動控制系統與上文所述的啟動控制方法可以相互對照。

本文提供的用於電動車輛的停機控制系統，包括：

檢測模塊：用於檢測是否收到停車信號；

電壓值獲取模塊：用於獲取超級電容的電壓值；

電壓值判斷模塊：用於判斷所述電壓值是否處於預設電壓範圍之內；

阻斷模塊：用於阻斷甲醇重整制氫燃料電池的化學反應；

電流值判斷模塊：用於判斷所述甲醇重整制氫燃料電池的電流值是否小於等於0；

切斷模塊：用於切斷所述超級電容與所述甲醇重整制氫燃料電池的主控制器。

本發明還提供一種能源管理器，包括上述停機控制系統。

超級電容4和甲醇制氫燃料電池發電作為持續發電系統，超級電容4與甲醇制氫燃料電池可以通過可控接觸器K1進行併網供電。超級電容4與甲醇制氫燃料電池並聯一起給電動車輛供電。

車載輔助DC/DC3與超級電容4相連，其輸出與車輛啟動蓄電池2等低壓控制系統相連。

本文涉及的電動汽車車輛永久負載與延遲負載，考慮到甲醇制氫燃料電池停機需要一個比較長的時間，其控制需要通過自動控制來完成，同時還需要確保車輛停車後儘量保證各電氣部件不帶電。

上述永久負載僅提供給能源管理器1。能源管理器1主要作用是控制甲醇制氫燃料電池的安全關機和車輛的能源管理。當甲醇制氫燃料電池關機成功後能源管理器1自動切換到待機模式，降低自身的功耗，保護啟動蓄電池。

延遲負載與永久負載通過接觸器K5來控制，延遲負載確保甲醇制氫燃料電池關機成功後，能夠可靠斷開燃料電池散熱負載和其他控制部件負載，避免啟動蓄電池深度放電損壞。

本發明還提供一種電動車輛，包括上述能源管理器。

說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相似部分互相參見即可。對於實施例公開的裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述較為簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、計算機軟體或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬體和軟體的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬體還是軟體的方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。

需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二之類的關係術語僅僅用來將一個實體與另外幾個實體區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體之間存在任何這種實際的關係或者順序。

以上對本發明所提供的電動車輛、能源管理器及其停機控制系統與方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。