[發明專利]升壓變換器的升壓控制方法和系統

在審

• 申請號: 201310374197.0
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103895527A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 閔丙昊;李在文;姜昊成;金志泰
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社
• 主分類號: B60L11/18
• 分類號: B60L11/18
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及升壓變換器的升壓控制方法和系統，通過其可以在燃料電池車輛啟動時保證部件的穩定性，且可以通過去除例如預充電繼電器的額外硬件結構來減少部件的數量。

背景技術

近年，燃料電池車輛包括產生電能的燃料電池組、將燃料(例如氫)供應至燃料電池組的燃料供應系統、將作為電化學反應所需的氧化劑的空氣中的氧供應至燃料電池組的空氣供應系統、和控制燃料電池組的操作溫度的熱/水管理系統。

燃料電池車輛的每個系統包括由高電壓(例如50V或更高)驅動的部件。例如，空氣供應系統包括鼓風機且熱/水管理系統包括水泵。由于高電壓驅動部件(例如，鼓風機、水泵等等)不能由12V的電池電源直接驅動，因此這些部件由12V電池內升壓的電力啟動，然后由電池組內產生的電力操作。因此，需要DC-DC(直流)變換器作為當燃料電池啟動時對12V電池升壓且產生高電壓以驅動高電壓驅動部件的裝置。為啟動燃料電池車輛，在經由升壓變換器使用車輛的電池電壓(例如，高電壓或低電壓)使總線端電壓升壓之后，由總線端的升壓電壓驅動鼓風機且空氣和氫供應至電池組以啟動鼓風機。

由于在車輛啟動時初始執行總線端經由升壓變換器的升壓，因此確定異常狀態(例如，絲線擊穿、短路、部件損壞等等)，電壓應當在正常狀態(例如，當沒有出現絲線擊穿、短路、部件損壞等等時)升壓且不應當在異常狀態升壓。將在以下描述使用低電壓電池(例如，低于50V，普通車輛電池)和使用高電壓電池(例如，50V或更高)來啟動燃料電池車輛的例子。

圖2是示出根據相關技術使用低電壓電池的燃料電池車輛的啟動方法的示例性圖。升壓變換器(例如DC-DC變換器)3從與輸入側連接的低電壓電池2接收電壓并將電池電壓升壓到300V至450V，并且總線端5與升壓變換器3的輸出側連接以接收300V至450V的升壓電壓并將升壓電壓施加到與總線端5連接的鼓風機4，以允許鼓風機4被驅動以啟動燃料電池組1。低電壓電池2是普通車輛電池且與升壓變換器3連接以升壓電池電壓而不使用諸如預充電繼電器的硬件結構。然而，當在總線端5中出現問題時，在電池電壓升壓時升壓變換器3可能永久損壞。

圖3是示出根據相關技術使用高電壓電池的啟動方法的示例性圖。由于總線端5可能由于突然施加高電壓時總線端5的高電壓與初始電壓(0V)之間的電壓差而損壞，因此預充電繼電器15連接在總線端5與高電壓電池12之間，以將總線端的電壓初次升壓至電池電壓，將總線端5的電壓升壓到300V至450V，并驅動鼓風機4以啟動燃料電池組1。

然后，可以通過連接預充電繼電器15并識別電流、電壓和到初次升壓的時間來確定總線端5的異常狀態，并且當總線端5正常時使用升壓變換器13執行額外的升壓，且當總線端5異常時不執行額外的升壓。然而，當額外使用諸如預充電繼電器15的硬件時，制造成本因部件數量的增加而增加且諸如繼電器擊穿的危險因素增加。

發明內容

本發明提供升壓變換器的升壓控制方法和系統，其中通過允許升壓變換器檢測軟件算法內的預充電功能而不使用額外的硬件結構，可以在啟動燃料電池車輛時保證部件的安全性，可以減少部件的數量，可以降低制造成本，且可以減少潛在的擊穿可能性。

根據本發明的一方面，升壓變換器的升壓控制方法可以包括：分析升壓前的電池狀態，并確定正常狀態；當電池狀態正常時(例如，無故障發生)，通過升壓變換器進行第一升壓模式以將總線端的電壓初次升壓；分析初次升壓期間的狀態數據，并確定總線端的異常狀態，其中總線端的電壓可以增加；以及當總線端正常時，進行第二升壓模式以將總線端的電壓增加到最終目標電壓，其中通過軟件算法執行升壓變換器的預充電功能而不使用額外的硬件結構來啟動燃料電池。

在本發明的一個實施方式中，可以按照V_B+(V_T-V_B)×(0.1～0.2)來執行初次升壓，其中V_B是升壓前的電壓且V_T是目標升壓電壓。

在本發明的另一個實施方式中，可以通過分析初次升壓期間流經總線端的電流量、初次升壓期間目標電壓的達到、和初次升壓時間來確定總線端的異常狀態。此外，當在確定升壓前的電池的異常狀態的過種中電池狀態異常時，可以重新啟動車輛。

在本發明的又一個實施方式中，當在確定總線端的異常狀態的過程中三個條件中的任意一個不滿足時，可以停止總線端的升壓且可以重新啟動車輛。

根據本發明的升壓變換器的升壓控制方法和系統的優點如下。