一種車用燃料電池發動機停機降壓系統的製作方法

2023-09-12 15:46:20

專利名稱：一種車用燃料電池發動機停機降壓系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於燃料電池發動機領域，特別涉及車用質子交換膜燃料電池發動機。
背景技術：
燃料電池用作可移動動力源，已應用於燃料電池汽車。燃料電池汽車在停 車斷電後，由於電池堆兩側仍存在很高的開路電壓，對汽車會造成安全隱患， 同時也會影響燃料電池堆的使用壽命，所以燃料電池汽車在停車時需要將燃料 電池堆降到安全電壓以下。現有技術中通常採用的降壓辦法是使用高壓繼電 器和放電電阻並聯連接在燃料電池堆電壓輸出端，通過高壓繼電器控制放電電 阻的接通與斷開。當燃料電池汽車停車時，高壓繼電器吸合，放電電阻接通， 通過放電電阻將燃料電池堆堆電壓降到安全電壓下。現有技術的缺點是在燃 料電池發動機系統中需要增加高壓繼電器和放電電阻，需要考慮高壓絕緣和電 阻散熱等問題，使系統更加複雜；同時，高壓繼電器成本很高，使發動機製造 成本增加。 發明內容本發明的目的是為了克服現有技術的缺點，提供一種滿足車用燃料電池發 動機停機降壓要求的使用燃料電池發動機冷卻系統進行自動降壓的方法。本發 明的技術方案是 一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，包括燃料電池發動 機冷卻系統，其特徵在於在所述的燃料電池發動機降壓系統由在燃料電池發動 機冷卻系統的燃料電池堆、輔助高壓電源和水泵控制器之間設置的整流二極體 模塊、在燃料電池發動機冷卻系統的水泵控制器和控制器電源之間設置的單刀 雙擲繼電器和由開關輸入驅動電路，通訊驅動電路，電源變換及處理電路，單 片機及外圍電路，電機驅動模塊組成的水泵控制器構成。本發明所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵在於在所述 的燃料電池發動機冷卻系統的由開關輸入驅動電路，通訊驅動電路，電源變換 及處理電路，單片機及外圍電路，電機驅動模塊組成的水泵控制器，其開關輸入驅動電路設有3個工作模式選擇引腳，開關輸入驅動電路通過數據線與單片機的數字輸入引腳相連，工作模式選擇引腳的聯接方式是l腳和3腳短接時，數據線806為高電平，l腳和3腳斷開時，數據線806為低電平，2腳和3腳短 接時，數據線807為高電平，2腳和3腳斷開時，數據線807為低電平；通訊驅 動電路由CAN驅動器和高速光耦組成，通訊驅動電路設有2個引腳，是CAN通 訊引腳，通訊驅動電路通過通訊線與單片機的CAN通訊引腳相連；電源變換及 處理電路設有2個電源引腳，是電源變換及處理電路的輸入端，電源變換及處 理電路的輸出端輸出兩個電源， 一個為5伏電源，5伏電源通過輸出線與單片機 的電源輸入端相連，另一個為高壓電源，高壓電源通過電纜與電機驅動模塊的 電源輸入端相連；水泵控制器單片機及外圍電路的單片機的P麗腳與電機驅動 模塊的控制輸入端相連；電機驅動模塊的輸出端通過電機控制線與電機相連。本發明所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵在於所述的 在燃料電池發動機冷卻系統的燃料電池堆、輔助高壓電源和水泵控制器之間設 置的整流二極體模塊由兩個整流二極體組成，其中一個整流二極體的正極直接 與燃料電池堆正極相連，負極直接與水泵控制器正極相連，另一個整流二極體 的正極直接與輔助高壓電源正極相連，負極直接與水泵控制器正極相連。本發明所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵在於所述的 在燃料電池發動機冷卻系統的水泵控制器和控制器電源之間設置的單刀雙擲繼 電器的3個引腳1腳、2腳和3腳分別與水泵控制器的工作模式選擇引腳的1腳、 2腳和3腳相連，單刀雙擲繼電器的激磁線圈與控制器電源開關相連，控制器電 源開關吸合時，單刀雙擲繼電器3腳與2腳相連，控制器電源開關斷開時，單 刀雙擲繼電器3腳與1腳相連。本發明所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵在於在所述 的單刀雙擲繼電器是G5V-1型繼電器，繼電器在系統正常工作模式下是常閉狀 態。本發明所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵在於在所述 的整流二極體是SKKD 100/18管。本發明所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵在於在所述 的水泵控制器的單片機的工作程序為當水泵控制器401電源電壓高於30伏時，水泵控制器401開始上電工作，單板機從S100進入到S101狀態，單片機判斷 "2腳和3腳短接否？"，判斷結果為"是"，則進入到S102，單片機根據ECU 從CAN總線發送正常運轉指令控制電機驅動模塊，控制水泵電機正常運轉，判 斷結果為"否"，則從S101進入到S103狀態，單片機開始判斷"1腳和3腳短 接否？"，判斷結果為"是"，則進入到S104，單片機控制電機恆速運轉至水泵 控制器電源電壓低於30伏，水泵控制器停止水泵電機工作，判斷結果為"否"， 則返回到到S101重新判斷。本發明的車用燃料電池發動機停機降壓系統的運行過程是 當燃料電池發動機系統上電時，輔助電源控制開關和控制器電源開關吸合， 單刀雙擲繼電器斷開，水泵控制器工作在正常運行模式；當系統啟動時，由於 燃料電池堆電壓低於輔助電源電壓，水泵控制器電源由輔助電源提供，當燃料 電池堆電壓高於輔助電源電壓時，水泵控制器電源由燃料電池堆提供，燃料電 池發動機控制器根據燃料電池堆的工作狀態控制水泵的轉速；當系統停機斷電 時，輔助電源控制開關和控制電源控制開關斷開，單刀雙擲開關吸合，水泵控 制在放電模式工作，此時水泵控制電源由燃料電池堆提供，在放電模式下，水 泵控制器控制水泵低速運轉，燃料電池堆在水泵控制器作用下輸出電壓不斷下 降，當燃料電池堆堆電壓低於安全電壓時，水泵控制器停止工作，燃料電池堆 停機放電結束。本發明具有如下特點1、 水泵控制器的電源通過兩個二極體實現輸入電源的自動切換，即當輔助 電源電壓高於燃料電池堆電壓時，水泵控制器由輔助電源供電，當輔助電源電 壓低於燃料電池堆電壓時，水泵控制器由燃料電池堆供電。2、 水泵控制器有兩種工作模式，即在系統上電後，水泵控制器工作在正常 運行模式，在系統斷電後輔助電源和控制電源停止電源輸出，水泵控制器則工 作在放電模式，不需要再設置專門的放電電阻和繼電器，可節約成本，同時， 操作簡單方便，安全可靠。


本發明有附圖五幅。附圖1是本發明的燃料電池發動機停機降壓系統原理示意圖。附圖2是本發明的燃料電池發動機停機降壓系統單刀雙擲繼電器原理示意圖。附圖3是本發明的燃料電池發動機停機降壓系統實施例原理示意圖。 附圖4是水泵控制器401原理框圖。 附圖5是水泵控制器401軟體流程圖。附圖中)101、燃料電池堆，102、負載繼電器， 301、直流/直流變 換器， 302、電機控制器， 303、輔助高壓電源， 304、輔助高壓電 源開關， 401、冷卻水泵控制器，402、水泵， 403、散熱風扇，404、 二極體，405、 二極體，406、單刀雙擲繼電器(常閉)，501、風機/空壓 機控制器，601、燃料電池發動機控制器(ECU), 602、冷卻水泵控制開關， 603、風機/空壓機控制開關，701、控制器電源，702、控制器電源開關 801、 水泵控制器開關輸入驅動電路，802、水泵控制器通訊驅動電路，803、水泵控 制器電源變換及處理電路，804、水泵控制器單片機及外圍電路，805、電機驅 動模塊，1 3、工作模式選擇引腳，4 5、 C認通訊引腳，6 7、電源引腳， 8 10、電機控制線。
具體實施方式
本實施例是燃料電池汽車停機降壓系統。燃料電池堆(101)額定功率為40KW (啟動後輸出電壓大於310V)，輔助高壓電源(303)採用蓄電池組(320V/10AH)。 停機降壓系統是在通常燃料電池發動機冷卻系統的基礎上形成的在燃料電池 堆(101)、輔助高壓電源(303)和水泵控制器(401)之間設有整流二極體模 塊，整流二極體模塊由兩個SKKD 100/18整流二極體(404和405)組成，其中 一個整流二極體(404)的正極直接與燃料電池堆(101)正極相連，負極直接 與水泵控制器(401)正極相連，另一個整流二極體(405)的正極直接與輔助 高壓電源(303)正極相連，負極直接與水泵控制器(401)正極相連；在水泵 控制器(401)和控制器電源之間設有G5V-1型單刀雙擲繼電器(406)，單刀雙 擲繼電器(406)的1腳、2腳和3腳分別與水泵控制器的1腳、2腳和3腳相 連，單刀雙擲繼電器(406)的激磁線圈與控制器電源開關(702)相連，控制 器電源開關(702)吸合時，單刀雙擲繼電器(405) 3腳與2腳相連，控制器電 源開關(702)斷開時，單刀雙擲繼電器(405) 3腳與1腳相連。水泵控制器(401)由開關輸入驅動電路(801)，通訊驅動電路(802)，電源變換及處理電路(803)， 單片機及外圍電路(804)，電機驅動模塊(805)組成，其開關輸入驅動電路(801) 設有3個工作模式選擇引腳(1、 2、 3)，開關輸入驅動電路(801)通過數據線(806、 807)與單片機的數字輸入引腳相連，工作模式選擇引腳(1、 2、 3)的 聯接方式是1腳和3腳短接時，數據線(806)為高電平，1腳和3腳斷開時， 數據線(806)為低電平，2腳和3腳短接時，數據線(807)為高電平，2腳和 3腳斷開時，數據線(807)為低電平；通訊驅動電路(802)由CAN驅動器和高 速光耦組成，通訊驅動電路(802)設有2個引腳，是CAN通訊引腳，通訊驅動 電路(802)通過通訊線(808、 809)與單片機(804)的C認通訊引腳相連； 電源變換及處理電路(803)設有2個電源引腳(6、 7)，是電源變換及處理電 路(803)的輸入端，電源變換及處理電路(803)的輸出端輸出兩個電源，一 個為5伏電源，5伏電源通過輸出線(810、 811)與單片機(804)的電源輸入 端相連，另一個為高壓電源，高壓電源通過電纜(812、 813)與電機驅動模塊(805)的電源輸入端相連；804為水泵控制器單片機及外圍電路，單片機的PWM 腳與電機驅動模塊的控制輸入端相連；電機驅動模塊(805)的輸出端通過電機 控制線(8、 9、 10)與電機相連。本實施例的工作過程是當燃料電池發動機系統上電時，輔助高壓電源開 關304和控制器電源開關702吸合，單刀雙擲繼電器406的2腳和3腳短接(l腳和3腳斷開)，此時，單板機程序進入S101狀態，即判斷"2腳和3腳短 接否？"，條件滿足，程序進入S102狀態，"根據ECU指令控制402"，水泵控制 器401工作在正常運行模式；當系統啟動時，由於燃料電池堆101電壓低於輔 助電源201電壓，水泵控制器401電源由輔助高壓電源303提供，當燃料電池 堆101電壓高於輔助高壓電源303電壓時，水泵控制器401電源由燃料電池堆 101提供，燃料電池發動機控制器601根據燃料電池堆101的工作狀態控制水泵 的轉速；當系統停機斷電時，輔助高壓電源控制開關304和控制電源控制開關 702斷開，單刀雙擲繼電器406的1腳和2腳短接(2腳和3腳斷開)，此時， 單片機程序進入S103狀態，即判斷"1腳和3腳短接否？"，條件滿足，程序進 入S104狀態，即工作在"401控制402恆速運行"狀態，水泵控制器401工作 在放電模式，此時水泵控制器401電源由燃料電池堆提供，在放電模式下，水泵控制器401控制水泵低速運轉，燃料電池堆101在水泵控制器401作用下， 輸出電壓不斷下降，當燃料電池堆101堆電壓低於VI (VI電壓設定為30伏) 時，水泵控制器單片機程序進入S105狀態，即判斷"電源小於30伏否？"，條 件滿足，程序進入S106狀態，即工作在"控制402停止"狀態，水泵控制器 停止水泵工作，燃料電池堆停機放電結束。
權利要求
1. 一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，包括燃料電池發動機冷卻系統，其特徵在於在所述的燃料電池發動機降壓系統由在燃料電池發動機冷卻系統的燃料電池堆(101)、輔助高壓電源(303)和水泵控制器(401)之間設置的整流二極體模塊、在燃料電池發動機冷卻系統的水泵控制器(401)和控制器電源(701)之間設置的單刀雙擲繼電器(406)和由開關輸入驅動電路(801)，通訊驅動電路(802)，電源變換及處理電路(803)，單片機及外圍電路(804)，電機驅動模塊(805)組成的水泵控制器(401)構成。
2、 根據權利要求1所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵 在於在所述的燃料電池發動機冷卻系統的由開關輸入驅動電路(801)，通訊驅 動電路(802)，電源變換及處理電路(803)，單片機及外圍電路(804)，電機 驅動模塊(805)組成的水泵控制器(401)，其開關輸入驅動電路(801)設有3 個工作模式選擇引腳(1、 2、 3)，開關輸入驅動電路(801)通過數據線(806、 807)與單片機的數字輸入引腳相連，工作模式選擇引腳(1、 2、 3)的聯接方 式是1腳和3腳短接時，數據線(806)為高電平，1腳和3腳斷開時，數據 線(806)為低電平，2腳和3腳短接時，數據線(807)為高電平，2腳和3腳 斷開時，數據線(807)為低電平；通訊驅動電路(802)由CAN驅動器和高速 光耦組成，通訊驅動電路(802)設有2個引腳，是CAN通訊引腳，通訊驅動 電路(802)通過通訊線(808、 809)與單片機(804)的CAN通訊引腳相連； 電源變換及處理電路(803)設有2個電源引腳(6、 7)，是電源變換及處理電 路(803)的輸入端，電源變換及處理電路(803)的輸出端輸出兩個電源，一 個為5伏電源，5伏電源通過輸出線(810、 811)與單片機(804)的電源輸入 端相連，另一個為高壓電源，高壓電源通過電纜(812、 813)與電機驅動模塊(805)的電源輸入端相連；水泵控制器單片機及外圍電路的單片機的PWM腳 與電機驅動模塊的控制輸入端相連；電機驅動模塊(805)的輸出端通過電機控 制線(8、 9、 10)與電機相連。
3、 根據權利要求2所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵 在於所述的在燃料電池發動機冷卻系統的燃料電池堆(101)、輔助高壓電源(303)和水泵控制器(401)之間設置的整流二極體模塊由兩個整流二極體(404 和405)組成，其中一個整流二極體(404)的正極直接與燃料電池堆(101)正 極相連，負極直接與水泵控制器(401)正極相連，另一個整流二極體(405) 的正極直接與輔助高壓電源(303)正極相連，負極直接與水泵控制器(401) 正極相連。
4、 根據權利要求3所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵 在於所述的在燃料電池發動機冷卻系統的水泵控制器(401)和控制器電源(701) 之間設置的單刀雙擲繼電器(406)的3個引腳1腳、2腳和3腳分別與水泵控 制器的工作模式選擇引腳的1腳、2腳和3腳相連，單刀雙擲繼電器(406)的 激磁線圈與控制器電源開關(702)相連，控制器電源開關(702)吸合時，單 刀雙擲繼電器(406) 3腳與2腳相連，控制器電源開關(702)斷開時，單刀雙 擲繼電器(406) 3腳與1腳相連。
5、 根據權利要求4所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵 在於在所述的單刀雙擲繼電器(406)是G5V-1型繼電器，繼電器在系統正常工 作模式下是常閉狀態。
6、 根據權利要求3所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵 在於在所述的整流二極體(404和405)是SKKD 100/18管。
7、 根據權利要求1所述的一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，其特徵 在於在所述的水泵控制器(401)的單片機(804)的工作程序為當水泵控制 器401電源電壓高於30伏時，水泵控制器401開始上電工作，單片機從S100 進入到S101狀態，單片機判斷"2腳和3腳短接否"，判斷結果為"是"，則進 入到S102，單片機根據ECU從CAN總線發送正常運轉指令控制電機驅動模塊， 控制水泵電機正常運轉，判斷結果為"否"，則從S101進入到S103狀態，單片 機開始判斷"1腳和3腳短接否"，判斷結果為"是"，則進入到S104，單片機 控制電機恆速運轉至水泵控制器電源電壓低於30伏，水泵控制器停止水泵電機 工作，判斷結果為"否"，則返回到到S101重新判斷。
全文摘要
本發明涉及一種車用燃料電池發動機停機降壓系統，該系統通過在電源和水泵控制器之間加設整流二極體模塊，在水泵控制器和控制器電源之間加設單刀雙擲繼電器，給水泵控制器增加控制程序，使燃料電池發動機冷卻系統在車用燃料電池發動機停機時能自動進行降壓。該系統可以自動實現將燃料電池汽車在停機時將燃料電池堆電壓在很短的時間內降到安全電壓下，該系統實現成本低、結構簡單、安全可靠。
文檔編號G05B15/02GK101266467SQ20081001124
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月29日 優先權日2008年4月29日
發明者侯中軍, 超 劉, 孫德堯, 明平文, 王克勇 申請人:新源動力股份有限公司