CN106515481A - 一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车及续航控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法,包括:确认当前的行驶模式,行驶模式包括爬坡行驶模式、制动模式和实时行驶模式;若为爬坡行驶,主控制器控制甲醇水重整制氢发电机和/或动力电池为汽车马达供电;若为制动模式,轮毂发电机随轮毂制动发电,供给动力电池和启动蓄电池充电用;若为实时行驶模式,以甲醇水重整制氢发电机为主供电者,甲醇水重整制氢发电机的燃料耗尽时则由动力电池供电；实时行驶中汽车加速，由甲醇水重整制氢发电机或甲醇水重整制氢发电机协同动力电池为汽车马达供电;汽车减速，由汽车减速前的供电者为汽车马达供电,并且轮毂发电机制动发电。本发明还提供一种利用上述续航控制方法控制的燃料电池汽车。

Description

一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车及续航控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域,特别涉及一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车及续航控制方法。
背景技术
目前,绝大部分汽车都以汽油、柴油为燃料,不仅消耗了大量的石油资源,而且汽车尾气造成了严重的大气污染。为应对此资源问题和环境问题,电动汽车的开发变得非常重要。电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶的车辆。电动汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。在现有技术中,燃料电池汽车是指装备了燃料电池作为获得驱动力的电源的电动汽车。燃料电池在发电过程中,需要氢作为电化学反应材料。在现有技术中,燃料电池所使用的氢来源于氢气承载设备或者制氢设备。
承载氢的燃料电池汽车,通过将氢以压缩气体填充在高压储气瓶中等方法来承载氢。如此承载了氢的燃料电池汽车,由于供给燃料电池的电极的燃料气体是纯度非常高的氢气,因此，在运转燃料电池时,可以获得很高的发电效率,并使燃料电池汽车在行驶过程中所进行的各种反应过程不产生有害物质。但是,承载氢的燃料电池汽车,填充氢非常困难,并且运输和储藏大量氢气则更不容易。
发明专利200580010256.X公开了一种电动汽车,该电动汽车具有通过供给氢和氧化剂而进行发电的燃料电池、制造用于供给所述燃料电池的含氢气体的氢制造装置以及由所述燃料电池所产生的电进行驱动的马达,所述氢制造装置是分解含有有机物的燃料来制造含氢气体的装置,所述氢制造装置具有：隔膜、在隔膜的一个面上设置的燃料极、向燃料极供给含有有机物（例如甲醇）和水燃料的装置、在隔膜的另一面上设置的氧化极、向氧化极供给氧化剂的装置，由燃料极侧产生含氢气体并导出的装置。具体地,所述氢制造装置在30-90℃的温度下,由供给甲醇和水的燃料极侧产生含氢气体。在不从外部向氢制造电池供给电能的情况,会产生70-80%氢浓度的气体;在从外部向氢制造电池施加电能的情况，会产生大于等于80%的氢浓度的气体。并且该气体的产生依赖于两极的开路电压或者运转电压。然而,上述电动汽车的氢制造装置还存在以下缺失:其一、由于氢制造装置是在30-90℃的温度下分解含有有机物（例如甲醇）的燃料来制造含氢气体的装置,并依靠氧化极和燃料极来产生氢气,因此,有机物转化为氢气的速率较慢,并且,有机物转化为氢气的效率实际上并不高,对有机物的利用率偏低；其二、氢制造装置产生的含氢气体在较低温度下纯化为高纯氢气的效率低下,成本高昂,需要较大体积的纯化装置来换取高纯氢气的正常供给,不利于氢制造装置的小型化发展。
对于上述存在的问题,本习作之发明创造者披露了一种燃料电池汽车,专利号为：201410845114.6;该燃料电池汽车的甲醇水重整制氢设备采用重整器在300-570℃的温度下及催化剂作用下重整制氢的方式,其制氢速度及效率远远高于现有技术中制氢设备在30-90℃的温度下分解甲醇的速度和效率,甲醇水原料转化效率和利用率高；由于氢气纯化装置设置于重整室内的分离室内,氢气纯化装置的温度与重整室温度相同或接近,因此,能显著提高氢气纯化效率及降低氢气纯化难度，同时腾出氢气纯化装置占用的空间,使甲醇水重整制氢设备小型化发展、降低成本;该燃料电池包括至少两个燃料电池组，这样能整体上提高燃料电池的发电效率,使燃料电池输出功率更高。
上述201410845114.6专利虽然披露了一种效果优良的燃料电池汽车,但此类采用单一燃料电池的汽车还存在一些局限性,当燃料电池的燃料（氢气）耗尽时,此时燃料电池汽车因缺乏动力而无法继续行驶,用户往往会被搁置在路上。因此,现有的燃料电池汽车,会在采用燃料电池供电的同时匹配增设动力电池,通过可重复充电的蓄电池作动力电池,如此避免因燃料耗尽不能继续行驶,造成被困。而使用的动力电池无需与纯动力电池供电的电动车一样,需求大体积、大容量的电池组来提高其续航能力;采用燃料电池和动力电池结合的电动车,其动力电池需求续航能力（电池容量）只需要纯动力电池汽车的1/3甚至更小,如此,就会使得动力电池体积小,减小车身重量,且需要充电的时间短,再加入燃料电池,使之又可以具备燃料电池汽车燃料价格低廉、且行驶过程中所进行的各种反应过程不产生有害物质,环保且安全。但现有的此类燃料电池汽车存在的不足时：一是，缺少有效的续航控制方法,即此种燃料电池汽车在驾驶过程中，因续航控制管理不当，使的燃料电池汽车的续航能力不佳，影响使用效果；二是，已有的上述燃料电池汽车，是采用的直接利用氢气，因此其燃料电池部分存有一定的局限性；三是，燃料电池汽车的能耗再回收利用不到位；同时，已知的甲醇水重整制氢发电机缺乏抽真空系统，制氢发电效果不佳，且制氢设备易损耗，寿命不长。
发明内容
本发明的解决的技术问题是针对上述现有技术中的存在的缺陷,提供一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法，通过该续航控制方法，使燃料电池汽车能最佳性能续航。与之同时，本发明还提供一种通过上述具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法控制的燃料电池汽车。
为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案如下: 一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
通过主控制器确认汽车当前的行驶模式,并计算每一行驶模式下需求的牵引功率;所述行驶模式包括爬坡行驶模式、制动模式和实时行驶模式；
若汽车当前行驶模式为爬坡行驶模式,主控制器控制甲醇水重整制氢发电机和/或动力电池为汽车马达供电、输出匹配的牵引功率,动力电池和/或启动蓄电池提供主控制器工作的电源；
若汽车当前行驶模式为制动模式,轮毂发电机在轮毂制动时发电,并经整流器处理输出给动力电池和/或启动蓄电池充电,在制动模式下,汽车空载滑行或由动力电池为汽车马达供电、输出匹配的牵引功率,动力电池和/或启动蓄电池提供主控制器工作的电源；
若汽车当前行驶模式为实时行驶模式,主控制器控制甲醇水重整制氢发电机为汽车马达供电、输出匹配的牵引功率,并对动力电池、启动蓄电池充电,若甲醇水重整制氢发电机燃料耗尽、输出功率为零,动力电池为汽车马达供电、输出匹配的牵引功率;汽车在实时行驶模式下行驶的过程中，若汽车加速,主控制器控制甲醇水重整制氢发电机或甲醇水重整制氢发电机协同动力电池为汽车马达供电，输出匹配汽车加速所需的牵引功率；若汽车减速,则由汽车减速前的供电者为汽车马达供电、输出匹配的牵引功率,而且汽车的轮毂发电机制动发电,再生的电供动力电池和/启动蓄电池充电。
作为对上技术方案的进一步阐述，
在上述技术方案中,汽车以爬坡行驶模式行驶时,主控制器计算爬坡所需的牵引功率,若甲醇水重整制氢发电机输出的牵引功率不小于汽车爬坡所需的牵引功率,由甲醇水重整制氢发电机为汽车马达供电、动力电池和/或启动蓄电池提供主控制器工作的电源;若甲醇水重整制氢发电机输出的牵引功率小于汽车爬坡所需的牵引功率,主控制器控制动力电池补足汽车爬坡所需的牵引功率,启动蓄电池提供主控制器工作的电源。
在上述技术方案中, 汽车在实时行驶模式下加速,若甲醇水重整制氢发电机提供的牵引功率不小于汽车加速所需的牵引功率，主控制器控制甲醇水重整制氢发电机为汽车马达供电,输出匹配汽车加速所需的牵引功率；若甲醇水重整制氢发电机提供的牵引功率小于汽车加速所需的牵引功率,主控制器控制动力电池协同甲醇水重整制氢发电机为汽车马达供电,输出匹配汽车加速所需的牵引功率。
在上述技术方案中,汽车以实时行驶模式行驶时,若汽车因动力电池储电量耗尽和/或甲醇水重整制氢发电机燃料耗尽减速或制动,主控制器由启动蓄电池供电工作，并控制汽车制动停止或由减速前的动力电池供电/甲醇水重整制氢发电机为汽车马达供电强制切换为由甲醇水重整制氢发电机/动力电池为汽车马达供电。
在上述技术方案中,汽车减速行驶或在制动模式下,轮毂发电机制动发电再生的电源分配给动力电池与启动蓄电池充电时：
若汽车空载滑行,整流器处理输出电源对动力电池和启动蓄电池同时充电；
若汽车在制动模式下且由动力电池供电输出牵引功率,整流器处理输出电源对启动蓄电池充电;
若汽车减速行驶且汽车减速前的供电者为甲醇水重整制氢发电机,整流器输出电源对动力电池和启动蓄电池同时充电;
若汽车减速行驶且汽车减速前的供电者为动力电池，整流器输出电源对启动蓄电池充电。
在上述技术方案中,汽车启动时由模式选择模块确定用户选择的启动模式,所述启动模式包括动力电池供电启动和甲醇水重整制氢发电供电启动；模式选择模块确定汽车以动力电池供电启动时,启动蓄电池提供主控制器工作的电源;启动后,动力电池为主控制器和汽车马达工作供电,启动蓄电池停止为主控制器供电,并由所述动力电池对其充电,使所述启动蓄电池留有电量供汽车的重启动；模式选择模块确定汽车以甲醇水重整制氢发电机供电启动时,启动蓄电池提供主控制器工作的电源和提供甲醇水重整制氢发电机启动的电源;启动后，由甲醇水重整制氢发电机提供主控制器工作的电源,启动蓄电池停止对主控制器供电,并由所述甲醇水重整制氢发电机对启动蓄电池充电,使所述启动蓄电池留有电量供汽车的重启动。
本发明的燃料电池汽车续航控制方法有益效果在于:用户通过主控制器和模式选择模块选择启动及行驶模式，使操控具备实用性；再通过用户模式选择，使续航过程中匹配适宜的模式续航，燃料电池汽车在最低能耗、最长时间续航的条件行驶。
本发明的另一目的在于提供一种燃料电池汽车,该燃料电池汽车采用上述的续航控制方法控制，本发明燃料电池汽车采取的技术方案如下: 一种利用上述具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法控制的燃料电池汽车，包括:主控制器、动力电池、启动蓄电池、模式选择模块、甲醇水重整制氢发电机、轮毂发电机组、整流器及汽车马达;其中:
模式选择模块,包括模式选择单元和模式切换单元,所述模式选择单元用于确定当前的启动模式,所述模式切换单元用于用户选择启动模式,所述启动模式包括动力电池供电启动和甲醇水重整制氢发电供电启动；
主控制器,用于根据其确认的当前行驶模式和根据所述模式选择模块选定的启动模式控制所述动力电池、甲醇水重整制氢发电机、轮毂发电机组、整流器及汽车马达工作;
动力电池,包括可充电蓄电池,用于为汽车马达供电及提供主控制器和模式选择模块工作的电源;
启动蓄电池,用于燃料电池汽车启动时为主控制器、模式选择模块供电和用于甲醇水重整制氢发电机的启动;
甲醇水重整制氢发电机,包括甲醇水重整制氢设备和发电模块,所述甲醇水重整制氢设备用于利用甲醇水原料制备氢气供发电模块使用;所述发电模块包括电堆,其用于氢气发生电化学反应产生电能,所述发电模块产生的电能用于为汽车马达供电、对动力电池与启动蓄电池充电及为主控制器供电;
轮毂发电机组,包括至少两个轮毂发电机,用于汽车轮毂制动时发电;
整流器,用于将轮毂发电机组的每一轮毂发电机制动发电产生的电源处理输出,供给动力电池和/或启动蓄电池充电;
汽车马达,用于驱动车轴旋转而使燃料电池汽车行驶。
作为对上技术方案的进一步阐述，
在上述技术方案中,所述甲醇水重整制氢设备包括电控模块、进液模块、制氢模块及抽真空模块,其中：
电控模块,包括控制主板、稳压模块及DC变化单元,所述控制主板控制进液模块、制氢模块及抽真空模块的工作,所述稳压模块配合DC变化单元将所述发电模块产生的电力进行稳压及转换处理并向外输出;
进液模块,包括进液总管、甲醇泵、换热组件、启动进液电磁阀、启动进液分管、制氢进液电磁阀、制氢进液分管及甲醇水存储箱;甲醇水重整制氢设备启动过程中,所述启动进液电磁阀打开,制氢进液电磁阀关闭,甲醇水原料从甲醇水存储箱经进液总管、甲醇泵、换热组件、启动进液电磁阀及启动进液分管供应给制氢模块的启动装置;甲醇水重整制氢设备制氢过程中,制氢进液电磁阀打开,启动进液电磁阀关闭,甲醇水原料从甲醇水存储箱经进液总管、甲醇泵、制氢进液电磁阀及制氢进液分管供应给制氢模块的重整器；
制氢模块,包括重整器和启动装置,所述重整器包括重整室、分离室及燃烧室,所述重整室用于甲醇与水反应制得包括二氧化碳和氢气的混合气体,所述分离室用于从混合气体中分离出氢气,所述燃烧室用于燃烧制得的部分氢气,提供重整器运行的热量;所述启动装置通过燃烧甲醇水原料为重整器的启动过程提供热量；
抽真空模块,包括真空泵、抽真空电磁阀及抽气管道,所述真空泵通过抽气管道与抽真空电磁阀气密连接,所述抽真空电磁阀则通过抽气管道气密连接所述进液模块和重整器，甲醇水重整制氢发电机启动/制氢前,所述抽真空模块对进液模块和重整器抽真空。
在上述技术方案中,所述换热组件包括换热器,所述换热器上制有常温液体入口、高温液体出口、高温气体入口及低温气体出口,且所述换热器自内向外依次设有气程通道和液程通道,在所述换热器的一端,该气程通道与高温气体入口连通,该液程通道与高温液体出口连通;在所述换热器的另一端,所述气程通道与低温气体出口连通,所述液程通道与常温液体入口连通;在甲醇水重整制氢发电机制氢过程中,所述存储箱中的甲醇水原料依次经过甲醇泵、进液总管及常温液体入口进入液程通道,所述制氢模块制得的氢气从高温气体入口进入气程通道,高温的氢气与低温的甲醇水原料换热,甲醇水原料温度升高,从高温液体出口输出至进液模块以及重整器,氢气温度降低,从低温气体出口向外输出或输出至电堆。
在上述技术方案中,所述燃料电池汽车设有四个轮毂发电机，且燃料电池汽车的每一车轮上均设一轮毂发电机。
在上述技术方案中，还包括控气组件,该控气组件设置于所述重整器输送高温氢气至换热器的输送通道上,所述控气组件包括控气管道、压力传感器、控氢电磁阀及泄气管道;所述控氢电磁阀及压力传感器安装于控气管道上,并且所述控氢电磁阀能活动连通所述泄气管道；所述发电模块发电异常,氢气在控气管道中输送，压力传感器感应到氢气气压高于警戒气压，则控氢电磁阀连通泄气管道,使控气管道与泄气管道连通向外排出氢气。
在上述技术方案中,所述换热组件输送低温氢气至所述电堆的输送管道上还设有进气保护装置,该进气保护装置包括进氢管道、安全电磁阀、常规电磁阀、安全气压传感器和常规气压传感器;所述安全电磁阀、常规电磁阀、安全气压传感器及常规气压传感器安装于进氢管道上,所述进氢管道具有与安全电磁阀相配合的泄气孔;氢气在进氢管道中输送,若安全气压传感器感应到氢气气压高于警戒气压,则控制安全电磁阀打开泄气孔，向外排出氢气;所述常规电磁阀用于正常状态下的打开和关闭进氢管道,所述常规气压传感器用于感应正常状态下的氢气压力。
在上述技术方案中,所述重整器还包括设置在所述重整器内的快速加热子系统,所述快速加热子系统包括快加热器、液态甲醇水输送管及气态甲醇水蒸气输送管;所述快加热器用于将液态甲醇水原料汽化成甲醇水蒸气;所述液态甲醇水输送管一端连接所述制氢进液分管,另一端连接所述快加热器;所述气态甲醇水蒸气输送管一端连接所述快加热器,另一端伸入所述重整器的重整室内,并将经所述快加热器加热汽化的甲醇水蒸气送入所述重整室底部。
在上述技术方案中,还包括散热装置,所述散热装置包括对所述电控模块和发电模块进行散热的散热组件及对制氢模块的余气进行散热的余气散热组件;其中，所述散热组件自下而上抽取所述甲醇水重整制氢发电机在制氢发电过程中电控模块与发电模块周边的高温空气,对电控模块与发电模块降温;所述余气散热组件抽取所述制氢模块的余气排出。
与现有技术相比,本发明的燃料电池汽车有益效果在于:燃料电池汽车的甲醇水重整制氢设备的电控模块、进液模块、制氢模块、发电模块及抽真空模块,各部分之间配合良好,并通过甲醇水重整制氢设备制备的氢气和燃料电池发电相结合,满足燃料电池汽车的主要用电需求;本发明燃料电池汽车的甲醇水重整制氢发电机设置了抽真空模块,通过对制氢模块、进液模块及燃料电池工作之前进行抽真空处理,使制氢模块的重整器处于纯净的环境中制氢,延长重整器、电堆及整发电机的使用寿命;本发明的燃料电池汽车的车轮轮毂内设置有轮毂发电机,在燃料电池汽车制动时,制动发电,发电产生的电源处理输出后可供给动力电池和启动蓄电池充电,使能源更大程度得到利用,延长燃料电池汽车的续航能力,同时,本发明燃料电池汽车甲醇水重整制氢发电机的电控系统和重整器工作稳定,重整器制氢效率高、电堆发电效果好,整机运转噪声小。
附图说明
图1是本发明续航控制方法流程方框图；
图2是本发明燃料电池汽车组成方框图；
图3是本发明燃料电池汽车甲醇水重整制氢设备方框图；
图4是本发明换热组件方框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明的燃料电池汽车的续航控制方法用户通过模式选择模块选择启动模式，行驶过程中，主控制器控制动力电池、甲醇水重整制氢发电机、启动蓄电池、轮毂发电机组以匹配的模式进行响应，燃料电池汽车在最低能耗、最长时间续航的条件行驶。
参考附图1-2，为本发明燃料电池汽车续航控制方法提供的一种实施例,该实施例包括燃料电池汽车的启动以及燃料电池汽车的行驶；
具体的，燃料电池汽车的行驶包括如下步骤：
步骤S101，通过主控制1器确认汽车当前的行驶模式,并计算每一行驶模式下需求的牵引功率;所述行驶模式包括爬坡行驶模式、制动模式和实时行驶模式；若燃料电池汽车当前行驶模式为爬坡行驶模式，执行步骤S102; 若燃料电池汽车当前行驶模式为制动模式,执行步骤S103;若燃料电池汽车当前行驶模式为实时行驶模式,执行步骤S104;
步骤S102,爬坡行驶模式,燃料电池汽车的主控制器1控制甲醇水重整制氢发电机5和/或动力电池3为汽车马达6供电、输出匹配的牵引功率,动力电池3和/或启动蓄电池2提供主控制器1工作的电源；
步骤S103，制动模式,燃料电池汽车的轮毂发电机71在轮毂制动时发电,并经整流器8处理输出给动力电池3和/或启动蓄电池2充电,在此模式下,燃料电池汽车空载滑行或由动力电池3为汽车马达6供电、输出匹配的牵引功率,动力电池3和/或启动蓄电池2提供主控制器工作的电源；
步骤S104，实时行驶模式,燃料电池汽车的主控制器1控制甲醇水重整制氢发电机5为汽车马达6供电、输出匹配的牵引功率,并对动力电池3、启动蓄电池2充电（本燃料电池汽车以甲醇水重整制氢发电机5为主牵引功率的提供者）；
步骤S105，实时行驶模式下，若甲醇水重整制氢发电机5使用将燃料耗尽、输出功率为零,此时，主控制器1强制动力电池3为汽车马达6供电、输出匹配的牵引功率;
步骤S106，实时行驶模式下，且甲醇水重整制氢发电机2的燃料充足，若汽车加速,主控制器1控制甲醇水重整制氢发电机5或控制甲醇水重整制氢发电机5协同动力电池3为汽车马达6供电，输出匹配汽车加速所需的牵引功率；
步骤S107，实时行驶模式下，若汽车减速,则由燃料电池汽车减速前的供电者（或动力电池3或甲醇水重整制氢发电机5）为汽车马达6供电、输出匹配的牵引功率,燃料电池汽车的轮毂发电机71制动发电,再生的电供动力电池3和/启动蓄电池2充电；
而燃料电池汽车的启动包括如下过程：
燃料电池汽车启动时由模式选择模块4确定用户选择的启动模式,所述启动模式包括动力电池供电启动和甲醇水重整制氢发电供电启动两种方式；
方式A,模式选择模块4确定汽车以动力电池供电启动时,启动蓄电池2提供主控制器1工作的电源;启动后,动力电池3为主控制器1和汽车马达工作6供电,启动蓄电池2停止为主控制器1供电,并由所述动力电池3对其充电,使所述启动蓄电池2留有电量供燃料电池汽车的重启动;
方式B,模式选择模块4确定燃料电池汽车以甲醇水重整制氢发电机供电启动时,启动蓄电池2提供主控制器1工作的电源和提供甲醇水重整制氢发电机5启动的电源;启动后，由甲醇水重整制氢发电机5提供主控制器1工作的电源,启动蓄电池2停止对主控制器1供电,并由所述甲醇水重整制氢发电机5对启动蓄电池2充电,使所述启动蓄电池2留有电量供汽车的重启动。
在本实施例的燃料电池汽车续航控制方法中，汽车以爬坡行驶模式行驶时，也即步骤S102中,主控制器1先计算爬坡所需的牵引功率,然后控制燃料电池汽车执行如下步骤：
若甲醇水重整制氢发电机5输出的牵引功率不小于燃料电池汽车爬坡所需的牵引功率,则由甲醇水重整制氢发电机5为汽车马达6供电（即甲醇水重整制氢发电机5提供爬坡需求的动力）、而动力电池3和/或启动蓄电池2提供主控制器1工作的电源;
若甲醇水重整制氢发电机5输出的牵引功率小于汽车爬坡所需的牵引功率（即甲醇水重整制氢发电机5提供爬坡的动力不足）,则需主控制器1控制动力电池3补足汽车爬坡所需的牵引功率,此时，由启动蓄电池2提供主控制器1工作的电源。
在本实施例的燃料电池汽车续航控制方法中，燃料电池汽车在实时行驶模式下加速（即步骤S106中）,主控制器1先计算爬坡所需的牵引功率,然后控制燃料电池汽车执行如下步骤：
若甲醇水重整制氢发电机5提供的牵引功率不小于燃料电池汽车加速所需的牵引功率,主控制器1控制甲醇水重整制氢发电机5为汽车马达6供电,输出匹配燃料电池汽车加速所需的牵引功率；
若甲醇水重整制氢发电机5提供的牵引功率小于燃料电池汽车加速所需的牵引功率,主控制器1控制动力电池3协同甲醇水重整制氢发电机5为汽车马达6供电,输出匹配燃料电池汽车加速所需的牵引功率。
在本实施例的燃料电池汽车续航控制方法的另一实施例，燃料电池汽车以实时行驶模式行驶时,若汽车因动力电池3储电量耗尽和/或甲醇水重整制氢发电机5燃料耗尽减速或制动,此时，主控制器1由启动蓄电池2供电工作，主控制器1控制燃料电池汽车执行如下方式的操作：
方式一，动力电池3储电量耗尽和甲醇水重整制氢发电机5燃料均耗尽，主控制器1控制燃料电池汽车制动停止；
方式二，动力电池2储电量先耗尽，主控制器1控制燃料电池汽车由减速前的动力电池3为汽车马达6供电强制切换为由甲醇水重整制氢发电机5供电；
方式三，甲醇水重整制氢发电机5的燃料先耗尽，主控制器1控制燃料电池汽车由减速前的甲醇水重整制氢发电机5为汽车马达6供电强制切换为由动力电池3为汽车马达6供电。
在本实施例的燃料电池汽车续航控制方法的再一实施例,汽车减速行驶或在制动模式下,轮毂发电机71制动发电，产生的电源在动力电池3与启动蓄电池2之间分配的情况如下：
若燃料电池汽车空载滑行（惯性滑动或下坡熄火滑动）,整流器8处理在轮毂制动时，轮毂发电机71产生的电力，输出稳定电源对动力电池3和启动蓄电池2同时充电；
若燃料电池汽车在制动模式下且由为动力电池3供电输出牵引功率, 整流器8处理在轮毂制动时，轮毂发电机71产生的电力，输出稳定电源对启动蓄电池2充电;
若燃料电池汽车减速行驶且燃料电池汽车减速前的供电者为甲醇水重整制氢发电机5, 整流器8处理在轮毂制动时，轮毂发电机71产生的电力，输出稳定电源对动力电池3和启动蓄电池2同时充电;
若燃料电池汽车减速行驶且燃料电池汽车减速前的供电者为动力电池3，整流器8处理在轮毂制动时，轮毂发电机71产生的电力，输出稳定电源对启动蓄电池2充电。
本发明还提供一种实现上述续航控制方法的燃料电池汽车的实施例，具体参考附图2-4，该燃料电池汽车包括:主控制器1、动力电池3、启动蓄电池2、模式选择模块4、甲醇水重整制氢发电机5、轮毂发电机组7、整流器8及汽车马达6;其中:
模式选择模块4包括模式选择单元41和模式切换单元42,所述模式选择单元41用于确定当前的启动模式,所述模式切换单元42用于用户选择启动模式,所述启动模式包括动力电池供电启动和甲醇水重整制氢发电供电启动；
主控制器1,用于根据其确认的当前行驶模式和根据所述模式选择模块4选定的启动模式控制所述动力电池3、甲醇水重整制氢发电机5、轮毂发电机组7、整流器8及汽车马达6工作;
动力电池3,包括可充电蓄电池,用于为汽车马达6供电及提供主控制器1和模式选择模块4工作的电源;
启动蓄电池2,用于燃料电池汽车启动时为主控制器1、模式选择模块4供电和用于甲醇水重整制氢发电机5的启动;
甲醇水重整制氢发电机5,包括甲醇水重整制氢设备52和发电模块51,所述甲醇水重整制氢设备52用于利用甲醇水原料制备氢气供发电模块51使用;所述发电模块51包括电堆511,其用于氢气发生电化学反应产生电能,所述发电模块51产生的电能用于为汽车马达6供电、对动力电池3与启动蓄电池2充电及为主控制器1供电;
轮毂发电机组7,包括至少两个轮毂发电机71,用于燃料电池汽车轮毂制动时发电;作为优选，所述燃料电池汽车设有四个轮毂发电机71，且燃料电池汽车的每一车轮上均设一轮毂发电机，需要说明的是，为了差速平衡，燃料电池汽车上的轮毂发电机71设置数目需要偶数个设置；
整流器8,用于将轮毂发电机组7的每一轮毂发电机71制动发电产生的电源处理输出,供给动力电池3和/或启动蓄电池1充电;
汽车马达6,用于驱动车轴旋转而使燃料电池汽车行驶。
参考附图3-4，上述实施例的燃料电池汽车的所述甲醇水重整制氢设备52包括电控模块524、进液模块529、制氢模块526及抽真空模块525,其中：
电控模块524,包括控制主板5241、稳压模块及DC变化单元,所述控制主板控制进液模块529、制氢模块526及抽真空模块525的工作,所述稳压模块配合DC变化单元将所述发电模块51产生的电力进行稳压及转换处理并向外输出；其中，稳压模块将发电模块51产生的电力先进行稳压处理，然后在经过DC变化单元进行直流变交流处理，输出匹配燃料电池汽车的主控制器1、汽车马达6等设备需求的电压，并可用于对动力电池3、启动蓄电池2充电；
进液模块529,包括进液总管5292、甲醇泵5291、换热组件527、启动进液电磁阀5293、启动进液分管5294、制氢进液电磁阀5296、制氢进液分管5295及甲醇水存储箱523;甲醇水重整制氢设备52启动过程中,所述启动进液电磁阀5293打开,制氢进液电磁阀5296关闭,甲醇水原料从甲醇水存储箱523经进液总管5292、甲醇泵5291、换热组件527、启动进液电磁阀5293及启动进液分管5294供应给制氢模块526的启动装置521; 甲醇水重整制氢设备52制氢过程中,制氢进液电磁阀5296打开,启动进液电磁阀5294关闭,甲醇水原料从甲醇水存储箱523经进液总管5292、甲醇泵5291、制氢进液电磁阀5296及制氢进液分管5295供应给制氢模块526的重整器5261；参考附图4，换热组件527包括换热器5271,所述换热器5271上制有常温液体入口5272、高温液体出口5274、高温气体入口5275及低温气体出口5273,且所述换热器5271自内向外依次设有气程通道5277和液程通道5276,在所述换热器5271的一端,气程通道5277与高温气体入口5275连通,该液程通道5276与高温液体出口5274连通;在所述换热器5271的另一端,所述气程通道5277与低温气体出口5273连通，所述液程通道5276与常温液体入口5272连通;在甲醇水重整制氢发设备52制氢过程中,所述甲醇水存储箱523中的甲醇水原料依次经过甲醇泵5291、进液总管5292及常温液体入口5272进入液程通道5276,制氢模块526制得的氢气从高温气体入口5275进入气程通道5277,高温的氢气与低温的甲醇水原料换热,甲醇水原料温度升高,从高温液体出口5274输出至进液模块529以及重整器5261,氢气温度降低,从低温气体出口5273向外输出或输出至发电模块51的电堆511；
制氢模块526,包括重整器5261和启动装置521,所述重整器5261包括重整室5262、分离室5263及燃烧室5264,所述重整室5262用于甲醇和水发生重整制氢反应制得以二氧化碳和氢气为主的混合气体,所述重整室5262内设有催化剂,甲醇和水蒸汽在重整室5262内，1-5MPa的压力条件下通过催化剂,在催化剂的作用下,发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应,生成氢气和二氧化碳,这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统,反应方程为：(1)CH3OH→CO+2H2、(2)H2O+CO→CO2+H2 、(3)CH3OH+H2O→CO2+3H2，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体;所述分离室5263用于从混合气体中分离出氢气,该氢气可向外输出或供应给发电模块51，所述燃烧室5264用于部分制得的氢气在燃烧室5264中燃烧,为重整器5261的运行提供热量；实际中，所述重整器5261内还设有快速加热子系统（附图中未显示）,所述快速加热子系统包括快加热器、液态甲醇水输送管及气态甲醇水蒸气输送管;所述快加热器用于将液态甲醇水原料汽化成甲醇水蒸气;所述液态甲醇水输送管一端连接所述制氢进液分管5295,另一端连接所述快加热器;所述气态甲醇水蒸气输送管一端连接所述快加热器,另一端伸入所述重整器5261的重整室5262内,并将经所述快加热器加热汽化的甲醇水蒸气送入所述重整室5262底部，在催化剂的作用下,在重整室5262内发生上述的甲醇裂解反应，通过快速加热子系统的快速汽化，加快重整制氢的效率；另一方面,在高温氢气从重整器5261输送至换热器527是输送管路上还设置有控气组件528，所述控气组件528包括控气管道5281、压力传感器5282、控氢电磁阀5283及泄气管道5284;所述控氢电磁阀5283及压力传感器5282安装于控气管道5281上,并且所述控氢电磁阀5283能活动连通所述泄气管道5284；本控气组件528用于保护所述重整器5261，在本发明的甲醇水重整制氢发电机5在制氢发电过程中，所述发电模块51发电异常,氢气在控气管道5281中输送，压力传感器5282感应到氢气气压高于警戒气压（实际中常常设定为压力大于2公斤），则控氢电磁阀5283连通泄气管道5284,使控气管道5281与泄气管道5284连通向外排出氢气，并且控气管道5281上设置了两控氢电磁阀5283，一个用于正常的控气管道5281输出氢气的控制，另一个用于控制当发电模块51异常时，控制泄气管道5284打开，并连通控气管道5281，使氢气从泄气管道5284向外排放，降低控气管道5281中氢气的量和控气管道5281内的气压,此时,控制主板5241连接主控制器1和报警器报警,实际中,在此时,控氢电磁阀5283由启动蓄电池2供电,这样能保证在任何时候下控氢电磁阀5283均有电供应;当排除发电模块51的异常后,控氢电磁阀5283可重新关断控气管道5281与泄气管道5284的连通，由于设置了控气组件528，从而避免了发电模块51异常造成的氢气气压过高而破坏重整器5261等设备的问题；再一方面，在所述换热组件527输送低温氢气至所述发电模块51的输送管道上还设有进气保护装置。具体的，该进气保护装置包括进氢管道、安全电磁阀、常规电磁阀、安全气压传感器和常规气压传感器;所述安全电磁阀、常规电磁阀、安全气压传感器及常规气压传感器安装于进氢管道上,所述进氢管道具有与安全电磁阀相配合的泄气孔;氢气在进氢管道中输送,若安全气压传感器感应到氢气气压高于警戒气压,则控制安全电磁阀打开泄气孔，向外排出氢气;当排除相应的问题后，安全电磁阀可重新关闭安全控气管上的泄气孔。由于设置了进气保护装置,从而避免了因异常造成的氢气气压过高而破坏后续发电模块51及电堆511等设备的问题；
抽真空模块525,包括真空泵5251、抽真空电磁阀5252及抽气管道5253,所述真空泵5251通过抽气管道5253与抽真空电磁阀5252气密连接,所述抽真空电磁阀5252则通过抽气管道5253气密连接所述进液模块529和重整器5261，甲醇水重整制氢发设备52启动/制氢前,所述抽真空模块525对进液模块529和重整器5261抽真空。
对于本发明燃料电池汽车的甲醇水重整制氢发电机5的发电模块51而言,它包括电堆511,其用于氢气及空气中的氧气发生电化学反应产生电能,在电堆511内部反应的情况如下：在阳极：2H2→4H++4e-，H2分裂成两个质子和两个电子，质子穿过质子交换膜（PEM），电子通过阳极板，通过外部负载，并进入阴极双极板，在电堆511的阴极：O2+4e-+4H+→2H2O，质子、电子和O2重新结合以形成H2O；产生的电能通过所述稳压模块配合DC变化单元处理，输出电能。
实际中,本发明的燃料电池汽车的甲醇水重整制氢发电机5还设有散热装置,所述散热装置包括对所述电控模块和发电模块进行散热的散热组件及对制氢模块的余气进行散热的余气散热组件；其中,所述散热组件自下而上抽取所述甲醇水重整制氢发电机在制氢发电过程中电控模块与发电模块周边的高温空气,对电控模块524与发电模块51降温;所述余气散热组件抽取所述制氢模块526的余气排出。
以上并非对本发明的技术范围作任何限制,凡依据本发明技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
通过主控制器确认汽车当前的行驶模式,并计算每一行驶模式下需求的牵引功率;所述行驶模式包括爬坡行驶模式、制动模式和实时行驶模式；
若汽车当前行驶模式为爬坡行驶模式,主控制器控制甲醇水重整制氢发电机和/或动力电池为汽车马达供电、输出匹配的牵引功率,动力电池和/或启动蓄电池提供主控制器工作的电源；
若汽车当前行驶模式为制动模式,轮毂发电机在轮毂制动时发电,并经整流器处理输出给动力电池和/或启动蓄电池充电,在制动模式下,汽车空载滑行或由动力电池为汽车马达供电、输出匹配的牵引功率,动力电池和/或启动蓄电池提供主控制器工作的电源；
若汽车当前行驶模式为实时行驶模式,主控制器控制甲醇水重整制氢发电机为汽车马达供电、输出匹配的牵引功率,并对动力电池、启动蓄电池充电,若甲醇水重整制氢发电机燃料耗尽、输出功率为零,动力电池为汽车马达供电、输出匹配的牵引功率;汽车在实时行驶模式下行驶的过程中，若汽车加速,主控制器控制甲醇水重整制氢发电机或甲醇水重整制氢发电机协同动力电池为汽车马达供电，输出匹配汽车加速所需的牵引功率；若汽车减速,则由汽车减速前的供电者为汽车马达供电、输出匹配的牵引功率,而且汽车的轮毂发电机制动发电,再生的电供动力电池和/启动蓄电池充电。
2.根据权利要求1所述的一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法,其特征在于:汽车以爬坡行驶模式行驶时,主控制器计算爬坡所需的牵引功率,若甲醇水重整制氢发电机输出的牵引功率不小于汽车爬坡所需的牵引功率,由甲醇水重整制氢发电机为汽车马达供电、动力电池和/或启动蓄电池提供主控制器工作的电源;若甲醇水重整制氢发电机输出的牵引功率小于汽车爬坡所需的牵引功率,主控制器控制动力电池补足汽车爬坡所需的牵引功率,启动蓄电池提供主控制器工作的电源。
3.根据权利要求1所述的一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法,其特征在于: 汽车在实时行驶模式下加速,若甲醇水重整制氢发电机提供的牵引功率不小于汽车加速所需的牵引功率，主控制器控制甲醇水重整制氢发电机为汽车马达供电,输出匹配汽车加速所需的牵引功率；若甲醇水重整制氢发电机提供的牵引功率小于汽车加速所需的牵引功率,主控制器控制动力电池协同甲醇水重整制氢发电机为汽车马达供电,输出匹配汽车加速所需的牵引功率。
4.根据权利要求1所述的一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法,其特征在于:汽车以实时行驶模式行驶时,若汽车因动力电池储电量耗尽和/或甲醇水重整制氢发电机燃料耗尽减速或制动,主控制器由启动蓄电池供电工作，并控制汽车制动停止或由减速前的动力电池供电/甲醇水重整制氢发电机为汽车马达供电强制切换为由甲醇水重整制氢发电机/动力电池为汽车马达供电。
5.根据权利要求1所述的一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法，其特征在于：汽车减速行驶或在制动模式下,轮毂发电机制动发电再生的电源分配给动力电池与启动蓄电池充电时：
若汽车空载滑行,整流器处理输出电源对动力电池和启动蓄电池同时充电；
若汽车在制动模式下且由动力电池供电输出牵引功率,整流器处理输出电源对启动蓄电池充电;
若汽车减速行驶且汽车减速前的供电者为甲醇水重整制氢发电机,整流器输出电源对动力电池和启动蓄电池同时充电;
若汽车减速行驶且汽车减速前的供电者为动力电池，整流器输出电源对启动蓄电池充电。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法,其特征在于:汽车启动时由模式选择模块确定用户选择的启动模式,所述启动模式包括动力电池供电启动和甲醇水重整制氢发电供电启动；模式选择模块确定汽车以动力电池供电启动时,启动蓄电池提供主控制器工作的电源;启动后,动力电池为主控制器和汽车马达工作供电,启动蓄电池停止为主控制器供电,并由所述动力电池对其充电,使所述启动蓄电池留有电量供汽车的重启动；模式选择模块确定汽车以甲醇水重整制氢发电机供电启动时,启动蓄电池提供主控制器工作的电源和提供甲醇水重整制氢发电机启动的电源;启动后，由甲醇水重整制氢发电机提供主控制器工作的电源,启动蓄电池停止对主控制器供电,并由所述甲醇水重整制氢发电机对启动蓄电池充电,使所述启动蓄电池留有电量供汽车的重启动。
7.一种使用权利要求6所述的一种具有轮毂发电机的燃料电池汽车续航控制方法控制的燃料电池汽车,其特征在于,包括:主控制器、动力电池、启动蓄电池、模式选择模块、甲醇水重整制氢发电机、轮毂发电机组、整流器及汽车马达;其中:
模式选择模块,包括模式选择单元和续航模式切换单元,所述模式选择单元用于确定当前的启动模式,所述启动模式切换单元用于用户选择启动模式,所述启动模式包括动力电池供电启动和甲醇水重整制氢发电供电启动；
主控制器,用于根据其确认的当前行驶模式和根据所述模式选择模块选定的启动模式控制所述动力电池、甲醇水重整制氢发电机、轮毂发电机组、整流器及汽车马达工作;
动力电池,包括可充电蓄电池,用于为汽车马达供电及提供主控制器和模式选择模块工作的电源;
启动蓄电池,用于燃料电池汽车启动时为主控制器、模式选择模块供电和用于甲醇水重整制氢发电机的启动;
甲醇水重整制氢发电机,包括甲醇水重整制氢设备和发电模块,所述甲醇水重整制氢设备用于利用甲醇水原料制备氢气供发电模块使用;所述发电模块包括电堆,其用于氢气发生电化学反应产生电能,所述发电模块产生的电能用于为汽车马达供电、对动力电池与启动蓄电池充电及为主控制器供电;
轮毂发电机组,包括至少两个轮毂发电机,用于汽车轮毂制动时发电;
整流器,用于将轮毂发电机组的每一轮毂发电机制动发电产生的电源处理输出,供给动力电池和/或启动蓄电池充电;
汽车马达,用于驱动车轴旋转而使燃料电池汽车行驶。
8.根据权利要求7所述的一种燃料电池汽车,其特征在于:所述燃料电池汽车设有四个轮毂发电机，且燃料电池汽车的每一车轮上均设一轮毂发电机。
9.根据权利要求7所述的一种燃料电池汽车,其特征在于:所述甲醇水重整制氢设备包括电控模块、进液模块、制氢模块及抽真空模块,其中：
电控模块,包括控制主板、稳压模块及DC变化单元,所述控制主板控制进液模块、制氢模块及抽真空模块的工作,所述稳压模块配合DC变化单元将所述发电模块产生的电力进行稳压及转换处理并向外输出;
进液模块,包括进液总管、甲醇泵、换热组件、启动进液电磁阀、启动进液分管、制氢进液电磁阀、制氢进液分管及甲醇水存储箱;甲醇水重整制氢设备启动过程中,所述启动进液电磁阀打开,制氢进液电磁阀关闭,甲醇水原料从甲醇水存储箱经进液总管、甲醇泵、换热组件、启动进液电磁阀及启动进液分管供应给制氢模块的启动装置;甲醇水重整制氢设备制氢过程中,制氢进液电磁阀打开,启动进液电磁阀关闭,甲醇水原料从甲醇水存储箱经进液总管、甲醇泵、制氢进液电磁阀及制氢进液分管供应给制氢模块的重整器；
制氢模块,包括重整器和启动装置,所述重整器包括重整室、分离室及燃烧室,所述重整室用于甲醇与水反应制得包括二氧化碳和氢气的混合气体,所述分离室用于从混合气体中分离出氢气,所述燃烧室用于燃烧制得的部分氢气,提供重整器运行的热量;所述启动装置通过燃烧甲醇水原料为重整器的启动过程提供热量；
抽真空模块,包括真空泵、抽真空电磁阀及抽气管道,所述真空泵通过抽气管道与抽真空电磁阀气密连接,所述抽真空电磁阀则通过抽气管道气密连接所述进液模块和重整器，甲醇水重整制氢发电机启动/制氢前,所述抽真空模块对进液模块和重整器抽真空。
10.根据权利要求9所述的一种燃料电池汽车,其特征在于:所述换热组件包括换热器,所述换热器上制有常温液体入口、高温液体出口、高温气体入口及低温气体出口,且所述换热器自内向外依次设有气程通道和液程通道,在所述换热器的一端,该气程通道与高温气体入口连通,该液程通道与高温液体出口连通;在所述换热器的另一端,所述气程通道与低温气体出口连通,所述液程通道与常温液体入口连通;在甲醇水重整制氢发电机制氢过程中,所述存储箱中的甲醇水原料依次经过甲醇泵、进液总管及常温液体入口进入液程通道,所述制氢模块制得的氢气从高温气体入口进入气程通道,高温的氢气与低温的甲醇水原料换热,甲醇水原料温度升高,从高温液体出口输出至进液模块以及重整器,氢气温度降低,从低温气体出口向外输出或输出至电堆。
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