技术领域
[0001] 本公开涉及燃料电池汽车技术领域，尤其涉及一种燃料电池控制方法、装置及车辆。
相关背景技术
[0002] 随着全球能源结构的转型和环境保护意识的增强，清洁能源汽车已成为汽车工业发展的重要方向。在众多清洁能源技术中，燃料电池汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）因其高能量转换效率和零排放特点而备受关注。
[0003] 燃料电池在运行中或关机后都会不可避免的出现可逆性能衰减，例如在相关技术中，为避免燃料电池关机后质子交换膜中的水分由于低温结冰或产生非预期的化学反应损坏质子交换膜，在燃料电池关机时会将质子交换膜中水分吹干，但质子交换膜的水分过低可能会导致燃料电池中的磺酸集团被催化剂吸附在其表面，进而催化剂活性面积减少，磺酸集团传质能力减弱，燃料电池的内阻增加，从而导致燃料电池发生可逆性能衰减，若不进行处理将会演变为不可逆的性能衰减，降低了燃料电池的使用寿命和可靠性。
具体实施方式
[0016] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0017] 以下本公开的一些实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0018] 需要说明的是，本公开中所有获取信号、信息或数据的动作都是在遵照所在地国家相应的数据保护法规政策的前提下，并获得由相应装置所有者给予授权的情况下进行的。
[0019] 图1是根据一示例性实施例示出的一种燃料电池控制方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤。
[0020] 在步骤S11中，获取所述车辆的动力电池的荷电状态和燃料电池的工作状态。
[0021] 容易理解的是，本公开对燃料电池的控制以及相关数据的获取，均在车辆处于上电状态，即用户启动车辆后进行。
[0022] 在一种实施方式中，燃料电池的工作状态包括开机状态和关机状态，燃料电池的工作状态可以由车辆的上电状态和燃料电池开关进行控制，例如若燃料电池开关开启，车辆上电时则启动燃料电池，车辆下电时则控制燃料电池关机。
[0023] 其中，燃料电池开关是燃料电池的硬件控制开关，也被称之为翘板开关，在车辆处于上电状态的情况下，通过燃料电池开关控制燃料电池的方式如下。
[0024] 若燃料电池开关由关闭切换为开启，VCU（Vehicle Control Unit，整车控制器）会向FCU（Fuel cell Control Unit，燃料电池控制单元）发送开机指令，FCU响应于VCU发送的开机指令控制燃料电池开机，燃料电池开机后，VCU则根据动力电池的SOC（State of Charge，荷电状态）向FCU发送目标功率需求，FCU根据VCU发送的目标功率需求对燃料电池进行功率控制。
[0025] 若燃料电池开关由开启切换为关闭，VCU会向FCU发送关机指令，FCU响应于VCU发送的关机指令控制燃料电池开机并对燃料电池进行关机吹扫。
[0026] 在一种实施例中，驾驶员通常不会对燃料电池开关进行控制，即燃料电池开关始终保持开启状态，参见图2所示，若驾驶员控制车辆上电，即将车辆的钥匙状态切换为ON档，VCU会向FCU发送开机指令，以控制燃料电池启动，若驾驶员控制车辆下电，即将车辆的钥匙状态切换为OFF档，VCU会向FCU发送关机指令，以控制燃料电池关机，此外，若驾驶员需要临时驻车但不控制车辆下电，则可以手动关闭燃料电池开关，整车以纯电模式运行。
[0027] 在步骤S12中，根据所述动力电池的荷电状态和所述燃料电池的工作状态，对所述燃料电池进行衰减恢复控制。
[0028] 其中，所述衰减恢复控制包括在所述燃料电池开机之后和关机之前，对所述燃料电池进行活化控制或控制所述燃料电池以预设怠速功率运行且不向所述动力电池输出功率。
[0029] 值得说明的是，燃料电池的衰减恢复控制用于恢复燃料电池在运行过程中产生的或关机后产生的可逆性能衰减，其中控制电池以怠速功率运行且不向动力电池输出功率，可以让燃料电池处于一个相对平和的环境中，以提高质子交换膜的水分，减弱催化剂对磺酸集团的吸附力，而对燃料电池进行活化控制可以去除催化剂表面的氧化物和其他杂质，恢复催化剂的活性，以及提高质子交换膜的含水量，提高质子的传导能力，以及优化电极结构等效果。
[0030] 在一种实施例中，衰减恢复控制包括控制燃料电池开机并进电池性能恢复，或控制燃料电池关机并进行电池性能恢复，或在燃料电池关机后根据燃料电池的温度对燃料电池进行的循环启停控制，其中，电池性能恢复的方式包括控制燃料电池进入待机模式、对燃料电池进行活化控制、电极反转控制、氢氧供给调节、调整燃料电池控制参数中的至少一者。示例的，在对燃料电池进行衰减恢复控制时，可以执行上述中一种或多种进行电池性能恢复，例如控制燃料电池开机后，先对燃料电池进行活化控制，再控制燃料电池进入待机模式。
[0031] 通过上述方法，在燃料电池不同的工作状态下，通过动力电池的荷电状态对燃料电池进行衰减恢复控制，可以避免质子交换膜的可逆性衰减演化为不可逆衰减，进而提升了燃料电池的可靠性和使用寿命。
[0032] 在一种实施方式中，为避免燃料电池频繁启停并且将动力电池的SOC维持在一个标定的最优范围内，在该范围内动力电池的充电效率最高且对动力电池的损害最小，可以设定一个开机荷电状态，在车辆处于上电状态且燃料电池开关处于开启状态的情况下，若动力电池的SOC大于开机荷电状态，则不控制燃料电池开机，车辆以纯电模式运行，在动力电池的SOC小于开机荷电状态时，控制燃料电池开机，以响应动力电池的目标功率需求。
[0033] 此外，在相关技术中，通常使用单个荷电状态去控制燃料电池的启停，例如设置一个关机荷电状态，当动力电池的SOC小于该关机荷电状态时，启动燃料电池对动力电池进行充电，当动力电池的SOC大于该关机荷电状态时，关闭燃料电池，在这种实施方式中，若车辆处于低能耗状态时，燃料电池可能会频繁启停。例如，车辆进行长时间的驻车且空调处于开启状态，燃料电池已经将动力电池充电至电量较高状态，VCU会向FCU发送关机指令，而当空调将部分电量消耗掉后，VCU会向FCU重新发送开机指令，导致燃料电池处于频繁开关机状态，减少燃料电池的寿命，因此可以通过设定多个预设荷电状态对燃料电池的启停进行控制，将动力电池的SOC控制在一个最优范围内，并且在动力电池的SOC处于该范围内时，以燃料电池的最高效的充电功率对动力电池进行充电。
[0034] 可选地，在燃料电池处于不同的工作模式下，可以根据动力电池的荷电状态和预设荷电状态之间的大小关系对燃料电池进行衰减恢复控制。
[0035] 其中，所述预设荷电状态包括第一荷电状态，上述步骤S12包括以下实施方式：实施方式一：在燃料电池的工作状态为关机状态的情况下，若动力电池的荷电状态不低于第一荷电状态，则控制燃料电池开机以预设怠速功率运行，且不向所述动力电池输出功率，直至动力电池的荷电状态低于所述第一荷电状态则控制所述燃料电池向所述动力电池输出功率。
[0036] 值得说明的是，燃料电池在低温环境下关机会启动冷吹扫模式尽量吹干质子交换膜中的水分防止结冰，或者燃料电池在关机后长时间未启动，或者关机后长期处于干燥环境中，都会导致燃料电池开机前质子交换膜水分较低，发生可逆性能衰减，相关技术方案中，在燃料电池处于关机状态下，且动力电池的荷电状态不低于第一荷电状态（或标定的用于判断以纯电模式运行的其它荷电状态），通常不控制燃料电池开机，整车以纯电模式运行，直至燃料电池的电量低于第一荷电状态则控制燃料电池开机，此时由于质子交换膜水分很低，会损害燃料电池，并且开机速度很慢，影响驾驶体验。
[0037] 有鉴于此，可以通过上述实施方式一中的方法，在燃料电池向动力电池输出功率之前，通过待机模式预启动燃料电池以对燃料电池进行衰减恢复控制，并且由于燃料电池启动过程中存在一个电堆加热过程，预启动燃料电池还可以提高燃料电池需要向动力电池输出功率时的响应速度。
[0038] 示例的，在环境温度低于预设环境温度阈值的情况下，例如环境温度低于10度，燃料电池处于关机状态，若驾驶员控制车辆启动，此时动力电池的SOC大于开机荷电状态，控制燃料电池以预设怠速功率启动但不向动力电池输出功率，以对燃料电池进行预热并且增加燃料电池的质子交换膜的含水量。
[0039] 在一种实施方式中，车辆设置有衰减恢复模式，若开启衰减恢复模式，燃料电池则根据上述实施方式一中的方法，在燃料电池开机后且动力电池的电量充足的情况下进入衰减恢复模式，例如车辆在低温环境下，用户则可以开启衰减恢复模式，若用户关闭衰减恢复模式，则在动力电池的电量充足的情况下，不控制燃料电池开机，整车以纯电模式运行。
[0040] 在一种实施例中，预设荷电状态包括第一荷电状态，若燃料电池的工作状态为关机状态，包括以下控制方法。
[0041] 第一，在动力电池的荷电状态低于第一荷电状态的情况下，控制燃料电池开机，且燃料电池响应动力电池的功率需求。
[0042] 值得说明的是，若在动力电池的SOC低于第一荷电状态下控制燃料电池开机，说明动力电池电量低，需要进行充电，因此燃料电池开机后直接响应动力电池的功率需求。
[0043] 第二，在动力电池的荷电状态不低于第一荷电状态，执行对燃料电池的衰减恢复控制。
[0044] 值得说明的是，若在动力电池的SOC低于第一荷电状态，说明动力电池电量充足或者动力电池的电量在预设最优电量范围内，因此可以控制燃料电池开机并进行电池性能恢复，以恢复燃料电池在长时间关机后或使用后产的可逆性能损失，并且可以在需要燃料电池对动力电池进行充电时快速响应。
[0045] 可选地，预设荷电状态还包括第二荷电状态以及第三荷电状态，第二荷电状态大于第一荷电状态，第三荷电状态大于第二荷电状态，上述步骤S12还包括以下实施方式：实施方式二：在燃料电池的工作状态为开机状态的情况下，若动力电池的荷电状态不低于第二荷电状态且低于第三荷电状态，则对燃料电池进行活化控制，直至动力电池的荷电状态不低于第三荷电状态后控制燃料电池关机，其中，第二荷电状态低于所述第三荷电状态。
[0046] 值得说明的是，燃料电池在进行运行后不可避免的产生可逆性能损失，第三荷电状态为预先设置的关机电量阈值，即在动力电池的SOC处于第三荷电状态时表征动力电池的电量充足可以停止充电，若持续充电到第三荷电状态就直接控制燃料电池关机，则可能会导致燃料电池的可逆性能衰减在关机后逐渐演变为不可逆的性能衰减，例如催化剂表面的氧化物和其他杂质逐渐侵蚀催化剂，导致催化剂的化学反应下降。
[0047] 因此，可以设定一个略小于第三荷电状态的第二荷电状态，以在燃料电池充电至关机之前对燃料电池进行活化，以恢复燃料电池损失的性能。
[0048] 在一种实施方式中，可以通过预设活化模式对燃料电池进行活化，预设活化模式包括梯度功率活化、恒定电流活化、恒定电压活化、动态加载活化、恒定湿度活化中的至少一者。
[0049] 在一种实施例中，在动力电池的荷电状态大于第二荷电状态的情况下，则对燃料电池进行活化控制，燃料电池在活化过程中会对动力电池持续进行充电，直至动力电池的荷电状态大于第三荷电状态，则停止对燃料电池进行活化并控制燃料电池关机。
[0050] 在另一种实施例中，在动力电池的荷电状态处于第二荷电状态和第三荷电状态之间的情况下，电池管理系统按照目标活化功率P0控制燃料电池进行活化，并获取燃料电池活化过程中的实际输出功率P1，根据目标活化功率P0和实际输出功率P1确定燃料电池的性能衰减程度K，若燃料电池的性能衰减程度小于预设衰减程度阈值，则停止对燃料电池进行活化，其中，K=P0‑P1/P0。
[0051] 其中，在对燃料电池进行活化的过程中，燃料电池的最大活化功率小于动力电池的最大充电功率，并且在燃料电池的活化过程中，VCU会实时检测动力电池的可充电容量以及活化发电功率，以防止动力电池过充。
[0052] 在一种实施例中，第一荷电状态为70%，第二荷电状态为85%，第三荷电状态为90%，在燃料电池的工作状态为开机状态的情况下，包括以下四种控制方法。
[0053] 第一，在动力电池的荷电状态低于第一荷电状态的情况下，以动力电池的荷电状态对应的预设额定功率控制所述燃料电池运行。
[0054] 第二，在动力电池的荷电状态不低于第一荷电状态且低于第二荷电状态的情况下，以经济输出功率控制所述燃料电池运行，经济输出功率为燃料电池的燃料转换效率最高的输出功率。
[0055] 第三，在动力电池的荷电状态不低于所述第二荷电状态且低于所述第三荷电状态的情况下，停止向所述燃料电池发送功率指令并执行对所述燃料电的衰减恢复控制。
[0056] 第四，在动力电池的荷电状态不低于第三荷电状态的情况下，根据车辆的钥匙状态对所述燃料电池进行关机控制。
[0057] 在一种实施例中，图3是根据一示例性实施例示出的一种整车能量管理策略的流程图，其中该整车管理策略是在车辆上电且燃料电池开关处于开启状态下执行的，参见图3所示，包括以下步骤。
[0058] S301，判断燃料电池是否处于关机状态。
[0059] 若燃料电池当前的工作状态为关机状态，则执行S302，若燃料电池当前的工作状态为开机状态，则执行S305。
[0060] S302，判断动力电池的荷电状态是否小于第一荷电状态（70%）。
[0061] 若SOC＜70%，则执行S304，若SOC≥70%，则执行S303。
[0062] 示例的，在车辆的钥匙状态为上电状态，且燃料电池处于关闭状态的情况下，若动力电池的SOC大于或等于70%，说明动力电池的电量充足，不要燃料电池启动为动力电池充电，车辆以纯电模式运行，若动力电池的SOC小于70%，则启动燃料电池并开始响应VCU发送的目标功率需求。
[0063] S303，控制燃料电池以待机模式开机。
[0064] 在燃料电池衰减恢复控制完成后，返回执行S302。
[0065] 值得说明的是，待机模式包括燃料电池以预设怠速功率运行且不向动力电池输出功率。
[0066] 在一种实施方式中，在燃料电池开机后，还可以对燃料电池进行参数调整和温度控制，其中，燃料电池的控制参数调整包括对燃料电池的压力、气体流量、反应物的供应量以及各电堆组件的目标温度进行调整，温度控制则为控制燃料电池保持以预设怠速功率运行，提高燃料电池的温度，并且提高燃料电池质子交换膜的含水量。减少催化剂对硫酸集团的吸附，从而恢复催化剂的活性。
[0067] 优选地是，在冬季或者低温环境下，若动力电池的电量充足，则控制燃料电池开机并进行衰减恢复控制，例如环境温度低于10摄氏度时，由于燃料电池在进行关机吹扫后，质子交换膜的含水量较低，可能会导致燃料电池产生可逆性能衰减，则可以控制燃料电池开机后以怠速功率运行且不向动力电池输出功率，即控制燃料电池进入待机模式，这样可以提前完成燃料电池启动过程中的电堆加热过程，以使得燃料电池在需要向动力电池输出功率时快速响应，并且对燃料电池进行衰减恢复控制，还可以增加质子交换膜的含水量，以实现了对燃料电池的可逆衰减恢复，增加了燃料电池的使用寿命。
[0068] S304，控制燃料电池开机，和/或开始响应动力电池的目标功率需求。
[0069] 燃料电池开机后，进一步执行S305。
[0070] 值得说明的是，若燃料电池已开机，则控制燃料电池响应动力电池的目标功率需求，若燃料电池未开机，则控制燃料电池开机并开始响应动力电池的目标功率需求。
[0071] S305，判断动力电池的荷电状态是否小于第四荷电状态（40%）。
[0072] 若SOC＜40%，则执行S306，若SOC≥40%，则执行S307。
[0073] 其中，第四荷电状态小于第一荷电状态。
[0074] S306，以额定最大输出功率控制燃料电池运行。
[0075] 其中，额定最大输出功率为动力电池可充电功率的最大值对应的目标功率需求，并且额定最大输出功率小于动力电池可充电功率的最大值。
[0076] 在一种实施例中，若SOC低于40%时，VCU可根据当前动力电池可充电功率最大值向FCU发送目标功率需求，以使得燃料电池以额定最大输出功率对动力电池进行充电，防止动力电池长时间电量低于20%，延长动力电池寿命，并进一步地执行S308。
[0077] S307，以动力电池的SOC对应的预设额定功率控制燃料电池运行。
[0078] 值得说明的是，预设额定功率时根据燃料电池的极化曲线预先标定的输出功率，每一动力电池的SOC都对应一个预设额定功率，动力电池的SOC越小，则对应的预设额定功率越大。控制燃料电池以动力电池的SOC对应的预设额定功率对动力电池进行充电，并持续检测动力电池的电荷状态，确定动力电池的SOC是否充电到超过第一荷电状态，即执行S308。
[0079] S308，判断动力电池的荷电状态是否不低于第一荷电状态。
[0080] 若SOC＜70%，则返回执行S305，若SOC≥70%，则执行S309。
[0081] S309，以燃料电池的燃料转换效率最高的预设经济功率控制所述燃料电池运行。
[0082] 在燃料电池以燃料转换效率最高的输出功率运行时，持续检测动力电池的荷电状态，执行S310。
[0083] S310，判断动力电池的荷电状态是否大于第二荷电状态（85%）。
[0084] 若SOC＜85%，则返回执行S308，若SOC≥85%，则执行S311。
[0085] S311，停止向燃料电池发送功率控制指令，并对燃料电池进行衰减恢复控制。
[0086] 在一种实施例中，燃料电池进行衰减恢复控制可以是对燃料电池进行活化。
[0087] S312，判断动力电池的荷电状态是否不低于第三荷电状态（90%）。
[0088] 若SOC＜90%，则返回执行S310，若SOC≥90%，则执行S313。
[0089] S313，向燃料电池发送关机指令。
[0090] 在燃料电池关机完成后，返回执行S301。
[0091] 可选地，所述方法还包括：确定所述车辆的钥匙状态；
在所述车辆的钥匙状态为下电状态的情况下，控制燃料电池进行深度关机。
[0092] 在所述车辆的钥匙状态为上电状态的情况下，确定车辆的当前故障等级，并根据当前故障等级与预设故障等级的大小关系，控制所述燃料电池执行对应的关机操作。
[0093] 在一种实施方式中，有三种情况会控制燃料电池关机，一种是驾驶员将车辆的钥匙状态切换为OFF档，即控制车辆进入下电状态，此时虽然燃料电池开关未关闭，但VCU会向FCU发送深度关机指令，进而FCU控制燃料电池深度关机，第二种是车辆需要临时驻车或者驾驶员需要临时离开车辆，驾驶员不会控制车辆下电而是关闭燃料电池开关，此时VCU会向FCU发送轻度关机指令，进而FCU控制燃料电池进行轻度关机，第三种情况是燃料电池持续为动力电池充电直至动力电池的SOC大于第三电量阈值，VCU会向FCU发送轻度关机指令，进而FCU控制燃料电池进行轻度关机。
[0094] 在一种实施例中，参见图2所示，在燃料电池开关关闭或VCU向FCU发送关机指令的情况下，VCU会根据车辆的钥匙状态对燃料电池进行深度或轻度关机，若车辆的钥匙状态为下电状态，即车辆钥匙为OFF档，说明车辆可能会进行长时间的驻车，VCU会向FCU发送深度关机指令，进而控制燃料电池进行深度关机，若车辆的钥匙状态为上电状态，即车辆钥匙为ON档，说明车辆可能只是进行短时间的驻车，为保证燃料电池之后能够快速重新启动，VCU会向FCU发送轻度关机指令，进而控制燃料电池进行轻度关机。
[0095] 值得说明的是，燃料电池的轻度关机相对于深度关机，关机吹扫对应的吹扫时长更短，并且燃料电池进行轻度关机时，会保持燃料系统的高压系统不断开，以实现燃料电池的快速启动。
[0096] 此外，为保证车辆以及燃料电池的安全性，在对燃料电池进行轻度关机之前，需要确定车辆的当前故障等级，进而执行与当前故障等级对应的关机操作以保证车辆和燃料电池的安全性。
[0097] 在一种实施例中，VCU会实时监测各车辆系统的故障情况，并根据车辆当前的故障情况确定车辆的当前故障等级，其中车辆的当前故障等级是针对整车所有车辆系统的故障等级，车辆系统包括燃料电池系统、动力电池系统、电气系统、机械系统、安全系统以及辅助系统。
[0098] 其中，车辆的故障等级包括一级故障，二级故障、三级故障以及四级故障，其中，一级故障对应的故障情况包括车辆未发生故障但存在一定的故障隐患，例如车辆维护周期提示以及轮胎压力监测提示，二级故障对应的故障情况包括车辆发生不影响车辆正常运行的轻微故障，例如车内灯泡损坏，传感器误差等，三级故障对应的故障情况包括可能会降低车辆系统或舒适性，但不会立即产生安全隐患的中等故障，例如车辆的空调系统、信息娱乐系统或部分传感器故障，四级故障对应的故障情况包括可能导致车辆发生安全隐患的严重故障，例如车辆的转向系统、制动系统或动力传动系统发生故障。
[0099] 可选地，根据当前故障等级与预设故障等级的大小关系，控制燃料电池执行对应的关机操作包括以下两种情况。
[0100] 情况1：在当前故障等级不低于预设故障等级的情况下，控制燃料电池进行深度关机。
[0101] 情况2：在当前故障等级低于预设故障等级的情况下，控制燃料电池进行轻度关机。
[0102] 在一种实施例中，预设故障等级为二级，也就是说，在车辆的当前故障等级大于或等于二级时，VCU会向FCU发送深度关机指令，FCU响应于深度关机指令控制燃料电池进行深度关机。
[0103] 通过上述方法，基于车辆的当前故障等级对燃料电池进行不同程度的关机，可以增加车辆的安全性。
[0104] 可选地，控制所述燃料电池进行轻度关机，包括：首先，根据第一降载速率降低所述燃料电池的输出功率。
[0105] 在一种实施例中，燃料电池的降载速率表征燃料电池在单位时间内的输出功率降低量或者是单位时间内输出电流的降低量。
[0106] 示例的，FCU响应于VCU发送的轻度关机指令，FCU通过减少对燃料电池的反应物（氢气和空气）的供应量，以按照第一降载速率降低燃料电池的输出电流，并且调整燃料电池的运行电压以匹配降低后的输出电流，进而实现燃料电池的输出功率降低。
[0107] 然后，在所述输出功率对应的输出电流小于第一电流阈值的情况下，停止降低所述输出功率并按照预设第一吹扫时长对所述燃料电池进行吹扫。
[0108] 其中，第一电流阈值针对燃料电池预先标定的安全电流阈值，在燃料电池的输出功率对应的输出电流小于第一电量阈值的情况下，可以视为燃料电池的输出电流是安全的，进而可以对燃料电池的吹扫工作，去除燃料电池的电堆内部残留的氢气和氧气，以及将电堆内部的部分水排出。
[0109] 最后，在达到预设第一吹扫时长的情况下，依次关闭所述燃料电池的辅助系统和低压系统，完成所述燃料电池的轻度关机。
[0110] 其中，预设第一吹扫时长是针对燃料电池预先标定的吹扫时间，由于燃料电池进行轻度关机后，可能短时间内还会再次启动，如果燃料电池再次启动时质子交换膜含水量较低，催化剂会将硫酸集团吸附在催化剂表面，导致催化加活性面积降低，同时硫酸集团传质能力降低，并且内阻降低，导致燃料电池整体性能下降，最终导致不可逆的性能下降，因此，燃料电池在轻度关机的情况下吹扫时间不能过长，避免燃料电池的电堆内部的水分过少，例如可以将第一吹扫时长标定为30秒。
[0111] 值得说明的是，燃料电池在轻度关机完成后，仍会维持一些基本的监控和安全功能，通过上述方法对燃料电池进行轻度关机，可以使得燃料电池快速启动，减少了燃料电池的启停次数，延迟了燃料电池的寿命。
[0112] 可选地，控制所述燃料电池进行深度关机，包括：首先，根据所述第一降载速率降低所述燃料电池的输出功率。
[0113] 然后，在所述输出功率对应的输出电流小于第二电流阈值的情况下，停止降低所述燃料电池的输出功率并按照预设第二吹扫时长对所述燃料电池进行吹扫，其中，所述第二吹扫时长大于所述第一吹扫时长，所述第二电流阈值小于或等于所述第一电流阈值。
[0114] 值得说明的是，燃料电池的轻度关机通常用于车辆长期驻车或者进行维护保养，燃料电池可能长时间内不会再次启动，燃料电池关机后需要确保电堆内部是干燥的且无残余反应物，特别是在低温环境下，燃料电池关机后内部残留的水可能会结冰，对燃料电池的质子交换膜造成可逆性衰减，降低燃料电池系统寿命，因此，对燃料电池进行深度关机时的第二吹扫时长大于进行轻度关机时的第一吹扫时长。
[0115] 此外，燃料电池进行轻度关机时，为保证燃料电池再次启动时快速响应，燃料电池降载后的输出电流相较于深度关机时更高，而燃料电池进行深度关机时，需要确保燃料电池完全关闭，避免在驻车期间发生危险，因此第二电流阈值小于或等于第一电流阈值。
[0116] 最后，在达到所述预设第二吹扫时长的情况下，依次关闭所述燃料电池的辅助系统、高压系统和低压系统，完成所述燃料电池的深度关机。
[0117] 在一种实施例中，燃料电池的高压系统包括高压储氢系统、高压供氢系统以及高压电气系统，低压系统包括电气控制系统、蓄电池管理系统以及动力控制系统，辅助系统包括氢气供给系统、空气供给系统、水热管理系统、尾排系统、电力调整系统、通风系统。
[0118] 在一种实施方式中，驾驶员将车辆的钥匙切换为OFF档，表明驾驶员意图关闭车辆，VCU检测到车辆的钥匙状态为下电状态，开始执行整车的关机控制，首先VCU会启用延时下电功能，以确保车辆的所有系统都能够安全地依次关闭，在延时过后，VCU会向车辆的各个系统发送深度关机指令，其中就包括FCU，FCU响应于深度关机指令，首先控制燃料电池按照第一降载速率进行降载，直至燃料电池的输出功率对应的输出电流小于第二电量阈值，则对燃料电池进行关机吹扫，以排出燃料电池内的残余反应物，降低燃料电池温度，并且确定质子交换膜干燥，在吹扫达到第二预设时长之后，需要先关闭燃料电池的辅助系统。
[0119] 示例的，通过以下方式关闭燃料电池的辅助系统，首先，关闭空气供给系统中的空压机，以停止向燃料电池的电堆供应空气，燃料电池继续运行，直到反应物的气体流量降至零，确保没有气动再进入电堆，然后燃料电池进入耗氧阶段，以避免形成氢空界面，当电堆中单片电池的电压降低至零时，关闭尾排系统，停止氢气的排放，并在关闭尾排系统后，对氢气供给系统进行保压操作，之后再关闭水热管理系统中的水泵，停止冷却液的循环，最后关闭氢气供给系统中氢气瓶的阀门，确保氢气不会泄露。
[0120] 值得注意的是，在燃料电池的关闭过程中，需要将燃料电池的电堆内部控制到标定的最高温度，以保证燃料电池在安全关闭，避免电堆内部温度过低而导致燃料电池的损坏。
[0121] 在燃料电池的辅助系统关闭之后，再依次关闭燃料电池的高压系统和低压系统中的所有零部件，以完成燃料电池的深度关机。
[0122] 可选地，所述方法还包括：在所述燃料电池完成轻度关机的情况下，获取所述燃料电池的电堆内部电芯处的温度。
[0123] 若所述电堆内部电芯处的温度低于预设低温阈值，则控制所述燃料电池开机且进入待机模式，在所述待机模式下所述燃料电池以预设怠速功率运行，且不向所述动力电池输出功率。
[0124] 若所述燃料电池的电堆内部电芯处的温度不低于所述预设低温阈值，则确定车辆的燃料电池开关的开关状态，并在所述燃料电池开关处于开启状态的情况再次执行所述获取所述车辆的动力电池的荷电状态和燃料电池的工作状态及后续的步骤。
[0125] 在一种实施例中，参见图2所示，在燃料电池轻度关机完成之后，FCU会实时监控燃料电池电堆内部的温度，若电堆内部温度低于预设低温阈值，则FCU会进入低温保护模式，在低温保护模式下，FCU不会控制燃料电池启动，而是等待VCU发送的开机指令，VCU会根据车辆的钥匙状态和系统状态向FCU发送开机指令，在车辆的系统状态无异常且车辆的钥匙状态为下电状态的情况下，VCU向FCU发送开机指令，并且控制燃料电池进入待机模式，燃料电池处于待机模式时以预设怠速功率运行且不向动力电池输出功率，以使得燃料电池的电堆内部的温度升高。若电堆内部温度低于预设低温阈值，则持续判断燃料电池开关的状态，当燃料电池开关关闭时，燃料电池保持关闭，整车以纯电模式运行，并继续监测燃料电池电堆内部的温度。当燃料电池开关打开时，则执行如图3所示的整车能量管理策略。
[0126] 可选地，所述方法还包括：在所述燃料电池完成轻度关机后，确定所述电堆内部电芯处的温度低于所述预设低温阈值的低温次数。
[0127] 在所述低温次数小于预设次数的情况下，确定所述燃料电池开关的状态，若所述燃料电池开关处于关闭状态，则根据所述车辆的钥匙状态对所述燃料电池进行关机控制，若所述燃料电池开关处于开启状态，则再次执行所述获取所述车辆的动力电池的荷电状态和所述燃料电池的工作状态及后续的步骤。
[0128] 若所述低温次数大于或等于所述预设次数，则控制所述燃料电池进行深度关机。
[0129] 在一种实施例中，预设次数为3次，预设温度阈值为5摄氏度，参加图2所示，燃料电池在运行过程中，若车辆的当前故障等级小于2级，控制燃料电池关机包括以下几种情况。
[0130] 第一种情况是，驾驶员需要临时驻车或者不需要燃料电池充电时，手动关闭了燃料电池开关，但车辆钥匙状态任保持ON档，整车不下电，则燃料电池会进行轻度关机。
[0131] 第二种情况是，燃料电池持续为动力电池充电，当动力电池的SOC大于90%时，VCU会向FCU发送关机指令，FCU响应于关机指令控制燃料电池关机，则燃料电池会进行轻度关机。
[0132] 第三种情况是，驾驶员将车辆的钥匙状态切换为OFF档，整车下电，此时VCU会向FCU关机指令，FCU响应于关机指令控制燃料电池进行深度关机。
[0133] 在上述第一种情况和第二种情况中，若燃料电池轻度关机完成后，燃料电池的电堆内部温度低于5摄氏度，此时燃料电池内部存在结冰风险，并且可能会影响燃料电池重新启动的响应速度，因此控制燃料电池开机并且以待机模式运行，以提高电堆内部温度，防止燃料电池的质子交换膜结冰，并且可以快速响应VCU发送的目标功率需求，在燃料电池再次开机后，判断轻度关机完成后燃料电池的低温次数是否小于3次，其中低温次数为燃料电池的电堆内部温度小于5摄氏度的次数。
[0134] 若是，则进一步判断燃料电池开关是否关闭，或者VCU是否发送关机指令，若燃料电池开关未关闭并且未收到VCU发送的关机指令，说明燃料电池需要响应VCU发送的目标功率需求，则根据图3所示的整车能量管理策略对燃料电池进行功率控制，若燃料电池开关任然保持关闭或者收到VCU发送的关机指令，则再一次控制燃料电池进行轻度关机。
[0135] 若否，控制燃料电池进行深度关机，以保证燃料电池的安全和健康。
[0136] 可选地，所述方法还包括：获取所述燃料电池在多个不同电堆组件处的温度。
[0137] 根据多个不同所述电堆组件处的温度以及电堆组件温度组合对应的控制条件，对所述燃料电池执行与所述控制条件对应的降载控制或关机控制。
[0138] 可选地，所述电堆组件包括电堆内部电芯、电堆出口以及电堆入口，所述根据多个不同所述电堆组件处的温度以及电堆组件温度组合对应的控制条件，对所述燃料电池执行与所述控制条件对应的降载控制或关机控制，包括：在所述电堆内部电芯处的温度大于预设第一温度阈值，或所述电堆内部电芯处的温度大于目标电堆温度达到预设第一差值的情况下，按照第一降载速率将所述燃料电池的输出功率降低至经济输出功率。
[0139] 在所述电堆出口处的温度大于预设第二温度阈值，或所述电堆出口处的温度与所述电堆入口处的温度之间的差值超过预设第二差值达到预设超温时长的情况下，控制所述燃料电池进行轻度关机。
[0140] 在所述电堆入口处的温度超过目标入口温度达到预设第三差值的情况下，按照第二降载速率降低所述燃料电池的输出功率，直至所述电堆入口处的温度与所述目标入口温度之间的差值在所述预设第二差值之内。
[0141] 其中，所述目标电堆温度和所述目标入口温度与所述动力电池的目标功率需求对应，所述第一降载速率大于所述第二降载速率。
[0142] 值得说明的是，动力电池的每一目标功率需求都提前标定了燃料电池的电堆内部电芯处的目标电堆温度、电堆入口处的目标入口温度以及电堆出口处的目标出口温度。
[0143] 示例的，VCU通过温度传感器实时监控燃料电池的电堆内部电芯、电堆出口以及电堆入口处的温度，预设第一温度阈值为90摄氏度，预设第二温度阈值为95摄氏度，预设第一差值为2摄氏度，预设第二差值为16摄氏度，预设超温时长为600秒，预设第三差值为2摄氏度。
[0144] 若燃料电池的电堆内部电芯处的温度大于90摄氏度，或者电堆内部电芯处的温度超过VCU发送的目标功率需求对应的目标电堆温度大于2摄氏度，则对燃料电池进行快速降载，即按照第一降载速率将燃料电池的输出功率降低至燃料电池转换效率最高的输出功率。
[0145] 若燃料电池的电堆出口处的温度大于95摄氏度，或者电堆出口处的温度超过电堆入口处的温度16摄氏度且持续达到600秒，触发三级故障并控制燃料电池进行轻度关机。
[0146] 若燃料电池的电堆入口处的温度超过VCU发送的目标功率需求对应的目标入口温度大于2摄氏度，则燃料电池进行慢速降载，即按照第二降载速率减低燃料电池的输出功率，例如，每次将燃料电池的输出功率对应的输出电流降低50A，降低后判断电堆入口处的温度与目标入口温度之间的差值是否小于2摄氏度，若否，则再将燃料电池的输出功率对应的输出电流降低50A，再对电堆入口处的温度与目标入口温度之间的差值进行判断，直至该差值小于2摄氏度，若是，则停止降低燃料电池的输出功率，以使得燃料电池进行功率稳定阶段。
[0147] 通过上述方法，根据燃料电池的多个不同电堆组件处的温度对燃料电池的输出功率进行控制，避免了燃料电池的温度过高导致燃料电池的寿命降低，同时也增加了燃料电池的安全性。
[0148] 可选地，所述方法还包括：在对所述燃料电池进行降载控制且所述燃料电池的输出功率进入功率稳定阶段
之后，每隔预设时长判断所述燃料电池对应的散热风扇是否达到最大风扇转速。
[0149] 其中，预设时长可以是10min。
[0150] 在所述散热风扇未到达到所述最大风扇转速的情况下，确定所述燃料电池的输出功率是否满足所述动力电池的目标功率需求。
[0151] 若所述燃料电池的输出功率不满足所述动力电池的目标功率需求，则按照预设升载电流增加所述燃料电池的输出功率，直至所燃料电池的输出功率满足所述动力电池的目标功率需求或所述散热风扇达到所述最大风扇转速。
[0152] 值得说明的是，燃料电池开机并开始响应VCU发送的目标功率需求后，燃料电池会进入升载阶段，即燃料电池的输出功率会逐步增加，直至燃料电池的输出功率满足目标功率需求后，燃料电池进入功率稳定阶段，同样的，若控制燃料电池降载，即逐步降低燃料电池的输出功率，当燃料电池降载完成后同样会进入功率稳定阶段。
[0153] 此外，燃料电池的散热风扇与燃料电池的电堆内部电芯温度正相关。
[0154] 其中，预设升载电流为针对燃料电池提前标定的每次升载增加的输出功率对应的输出电流。
[0155] 在一种实施方式中，预设升载电流为50A（Ampere，安培），在燃料电池处于功率稳定阶段的情况下，FCU每隔10min判断一次燃料电池对应的散热风扇是否达到最大转速，若散热风扇已经达到最大风扇转速，说明燃料电池已经达到当前能够输出的最大输出功率，则不对燃料电池的输出功率进行调整，若未达到最大风扇转速，则将燃料电池的输出功率对应的输出电流增加50A，进而燃料电池的电堆电芯内部温度会上升，散热风扇的转速会跟随电堆内部温度增加而增加。若散热风扇的转速未到达最大转速，则每10min将燃料电池的输出功率对应的输出电流增加50A，直至散热风扇的转速达到最大风扇转速。
[0156] 通过上述方法，能够有效避免燃料电池频繁超温，系统功率来回跳变，从而避免超温造成燃料电池系统的质子交换膜产生膜干现象，导致燃料电池性能永久性衰减。
[0157] 图4是根据一示例性实施例示出的一种燃料电池控制装置框图。参照图4，该装置包括获取模块520和控制模块530。
[0158] 获取模块520，被配置为响应于车辆上电，获取所述车辆的动力电池的荷电状态和燃料电池的工作状态。
[0159] 控制模块530，被配置为根据所述动力电池的荷电状态和所述燃料电池的工作状态，对所述燃料电池进行衰减恢复控制，其中，所述衰减恢复控制包括控制所述燃料电池开机后进入待机模式或控制所述燃料电池在关机之前进行活化，所述待机模式包括所述燃料电池以预设怠速功率运行且不向所述动力电池输出功率。
[0160] 可选地，所述控制模块530被配置为：在所述燃料电池的工作状态为关机状态的情况下，若所述动力电池的荷电状态大于等于第一荷电状态，则控制所述燃料电池开机以预设怠速功率运行，且不向所述动力电池输出功率，直至所述动力电池的荷电状态小于所述第一荷电状态则控制所述燃料电池向所述动力电池输出功率。
[0161] 可选地，所述控制模块530被配置为：在所述燃料电池的工作状态为开机状态的情况下，若所述动力电池的荷电状态大于等于第二荷电状态且小于第三荷电状态，则对所述燃料电池进行活化控制，直至所述动力电池的荷电状态大于等于所述第三荷电状态后控制所述燃料电池关机。
[0162] 可选地，所述控制模块530被配置为：确定所述车辆的当前故障状态。
[0163] 在所述当前故障等级大于等于预设故障等级的情况下，控制所述燃料电池进行深度关机。
[0164] 在所述当前故障等级小于所述预设故障等级的情况下，控制所述燃料电池进行轻度关机，其中，在轻度关机后所述燃料电池的高压系统保持开启，在深度关机后所述燃料电池的高压系统关闭。
[0165] 可选地，所述控制模块530被配置为：在所述燃料电池完成轻度关机的情况下，获取所述燃料电池的电堆内部电芯处的温度。
[0166] 若所述电堆内部电芯处的温度小于预设低温阈值，则控制所述燃料电池以所述待机模式开机，并根据所述燃料电池轻度关机后的低温次数，对所述燃料电池进行关机控制，所述低温次数为所述燃料电池电堆内部电芯处的温度小于所述预设低温阈值的次数。
[0167] 若所述燃料电池的电堆内部电芯处的温度大于等于所述预设低温阈值，则执行所述获取所述车辆的动力电池的荷电状态和所述燃料电池的工作状态及后续的步骤。
[0168] 可选地，所述控制模块530被配置为：在所述低温次数小于预设次数的情况下，执行所述获取所述车辆的动力电池的荷电状态和所述燃料电池的工作状态及后续的步骤。
[0169] 若所述低温次数大于或等于所述预设次数，则控制所述燃料电池进行深度关机。
[0170] 可选地，所述控制模块530被配置为：获取所述燃料电池在多个不同电堆组件处的温度。
[0171] 根据多个不同所述电堆组件处的温度以及电堆组件温度组合对应的控制条件，对所述燃料电池执行与所述控制条件对应的降载控制或关机控制。
[0172] 可选地，所述电堆组件包括电堆内部电芯、电堆出口以及电堆入口，所述控制模块530被配置为：
在所述电堆内部电芯处的温度大于预设第一温度阈值，或所述电堆内部电芯处的温度大于目标电堆温度达到预设第一差值的情况下，按照第一降载速率将所述燃料电池的输出功率降低至经济输出功率。
[0173] 在所述电堆出口处的温度大于预设第二温度阈值，或所述电堆出口处的温度与所述电堆入口处的温度之间的差值超过预设第二差值达到预设超温时长的情况下，控制所述燃料电池进行轻度关机。
[0174] 在所述电堆入口处的温度超过目标入口温度达到预设第三差值的情况下，按照第二降载速率降低所述燃料电池的输出功率，直至所述电堆入口处的温度与所述目标入口温度之间的差值在所述预设第二差值之内。
[0175] 其中，所述目标电堆温度和所述目标入口温度与所述动力电池的目标功率需求对应，所述第一降载速率大于所述第二降载速率。
[0176] 可选地，所述控制模块530被配置为：在对所述燃料电池进行降载控制且所述燃料电池的输出功率进入稳定阶段之后，每隔预设时长判断所述燃料电池对应的散热风扇是否达到最大风扇转速。
[0177] 在所述散热风扇未到达到所述最大风扇转速的情况下，确定所述燃料电池的输出功率是否满足所述动力电池的目标功率需求。
[0178] 若所述燃料电池的输出功率不满足所述动力电池的目标功率需求，则按照预设升载电流增加所述燃料电池的输出功率，直至所燃料电池的输出功率满足所述动力电池的目标功率需求或所述散热风扇达到所述最大风扇转速。
[0179] 关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
[0180] 本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现本公开提供的燃料电池控制方法。
[0181] 本公开还提供一种车辆，包括动力电池、燃料电池以及用于执行本公开所提供的燃料电池控制方法的电子设备。
[0182] 图5是根据一示例性实施例示出的一种车辆600的框图。车辆600可以是自动驾驶车辆、半自动驾驶车辆或者非自动驾驶车辆。
[0183] 参照图5，车辆600可包括各种子系统，例如，信息娱乐系统610、感知系统620、决策控制系统630、驱动系统640以及计算平台650。其中，车辆600还可以包括更多或更少的子系统，并且每个子系统都可包括多个部件。另外，车辆600的每个子系统之间和每个部件之间可以通过有线或者无线的方式实现互连。
[0184] 在一些实施例中，信息娱乐系统610可以包括通信系统，娱乐系统以及导航系统等。
[0185] 感知系统620可以包括若干种传感器，用于感测车辆600周边的环境的信息。例如，感知系统620可包括全球定位系统（全球定位系统可以是GPS系统，也可以是北斗系统或者其他定位系统）、惯性测量单元（inertial measurement unit，IMU）、激光雷达、毫米波雷达、超声雷达以及摄像装置。
[0186] 决策控制系统630可以包括计算系统、整车控制器、转向系统、油门以及制动系统。
[0187] 驱动系统640可以包括为车辆600提供动力运动的组件。在一个实施例中，驱动系统640可以包括引擎、能量源、传动系统和车轮。引擎可以是内燃机、电动机、空气压缩引擎中的一种或者多种的组合。引擎能够将能量源提供的能量转换成机械能量。
[0188] 车辆600的部分或所有功能受计算平台650控制。计算平台650可包括至少一个处理器651和存储器652，处理器651可以执行存储在存储器652中的指令653。
[0189] 处理器651可以是任何常规的处理器，诸如商业可获得的CPU。处理器还可以包括诸如图像处理器（Graphic Process Unit，GPU），现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）、片上系统（System on Chip，SOC）、专用集成芯片（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）或它们的组合。
[0190] 存储器652可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（SRAM），电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），可擦除可编程只读存储器（EPROM），可编程只读存储器（PROM），只读存储器（ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
[0191] 除了指令653以外，存储器652还可存储数据，例如道路地图，路线信息，车辆的位置、方向、速度等数据。存储器652存储的数据可以被计算平台650使用。
[0192] 在本公开实施例中，处理器651可以执行指令653，以完成上述的燃料电池控制方法的全部或部分步骤。
[0193] 在另一示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含能够由可编程的装置执行的计算机程序，该计算机程序具有当由该可编程的装置执行时用于执行上述的燃料电池控制方法的代码部分。
[0194] 此外，在本文中使用词语“示例性的”以表示充当示例、实例、示图。在本文中被描述为“示例性的”任何方面或设计都不一定理解为与其他方面或设计相比是有利的。相反，使用词语示例性的旨在以具体的方式呈现概念。如在本文中所使用的，术语“或”旨在表示包括性的“或”而不是排他性的“或”。即，除非另外指定，或者从上下文中清楚，否则“X应用A或B”旨在表示自然的包括性排列中的任何一种排列。另外，除非另外指定或者从上下文中清楚指向单数形式，否则如在该申请和所附权利要求中所使用的冠词“一”和“一个”通常被理解为表示“一个或多个”。
[0195] 同样，尽管已经关于一个或多个实现示出并描述了本公开，但是在阅读并理解了该说明书和附图之后，本领域技术人员将想到等同的变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由权利要求的范围来限制。特别关于由上文所描述的组件（例如，元件、资源等）执行的各种功能，除非另外指出，否则用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所描述的组件的具体功能的任何组件（功能上等价的），即使结构上不等价于所公开的结构。另外，尽管可以已经关于几个实现中的仅仅一个而公开了本公开的特定的特征，但是如可以是期望的并且有利于任何给定的或特定的应用的那样，这样的特征可以与其它实现的一个或多个其它特征相结合。此外，就在具体实施方式或者权利要求中所使用的“包括”、“拥有”、“具有”、“有”、或其变型而言，这样的术语旨在作为类似于术语“包含”的方式是包括性的。
[0196] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
[0197] 应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
