CN106541846B - 一种电动车辆及其电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电动车辆的电池组，包括多个并联的甲醇重整制氢燃料电池，还包括多组并联的超级电容组，任意一组所述超级电容组串联多个超级电容单体；任意一个所述甲醇重整制氢燃料电池设置DC/DC模块；多个所述甲醇重整制氢燃料电池形成的燃料电池单元与多组所述超级电容组形成的超级电容单元并联，向车辆负载端供电。本发明还公开了一种包括上述电池组的电动车辆。上述电池组，使得甲醇重整制氢燃料电池与超级电容能够共同对车辆提供电能，满足车辆对电能的要求。

Description

一种电动车辆及其电池组
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种用于电动车辆的电池组。本发明还涉及一种具有该电池组的电动车辆。
背景技术
甲醇重整制氢燃料电池目前主要用于固定场所发电设备及不间断电源。由于其启动与停机时间较长，调节响应速度慢，功率跟随性能软，无法直接作为主动力源应用于新能源汽车。
通过利用甲醇重整制氢燃料电池作为增程发电设备与电池或超级电容混合储能是当前解决新能源电动汽车续航里程的一种方法。目前学术界在燃料电池应用于新能源汽车领域内主要有以下几个能源组合的过程：第一阶段为“燃料电池+蓄电池”；第二阶段为“燃料电池+蓄电池+超级电容”；第三阶段为“燃料电池+超级电容”。第一阶段采用蓄电池作为缓冲储能装置，主要存在蓄电池寿命，低温特性，功率密度及回馈能量吸收问题；第二阶段采用蓄电池与超级电容组合缓冲储能，蓄电池本身的低温特性没有解决，蓄电池寿命有所改善，功率密度极大提升，能量吸收问题彻底解决，但是两者组合带来了新的问题即能量管理复杂，集成难度大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电动车辆的电池组，该电池组可以实现甲醇重整制氢燃料电池与超级电容组共同对车辆提供动能的目的。本发明的另一目的是提供一种包括上述电池组的电动车辆。
为实现上述目的，本发明提供一种用于电动车辆的电池组，包括多个并联的甲醇重整制氢燃料电池，还包括多组并联的超级电容组，任意一组所述超级电容组串联多个超级电容单体；任意一个所述甲醇重整制氢燃料电池设置DC/DC模块；多个所述甲醇重整制氢燃料电池形成的燃料电池单元与多组所述超级电容组形成的超级电容单元并联，向车辆负载端供电。
相对于上述背景技术，本发明提供的电池组，主要包括燃料电池单元与超级电容单元，两者相互并联实现对车辆负载端供电；燃料电池单元包括多个并联的甲醇重整制氢燃料电池，超级电容单元包括多组并联的超级电容组，每一组超级电容组均设置多个串联的超级电容单体；在每一个甲醇重整制氢燃料电池的电池堆内分别集成了相应的DC/DC模块，能够将甲醇重整制氢燃料电池的电堆所输出的45V～120V的电压转换成超级电容两端的电压等级，实现了甲醇重整制氢燃料电池与超级电容的电压匹配；如此设置，使得甲醇重整制氢燃料电池与超级电容能够共同对车辆提供电能，满足车辆对电能的要求。
优选地，任意一个所述甲醇重整制氢燃料电池串联有二极管和燃料电池熔断器，还串联有用于控制该所述甲醇重整制氢燃料电池是否接入所述燃料电池单元的接触器。
优选地，所述超级电容单元的两端还串联有超级电容熔断器。
优选地，还包括与所述燃料电池单元和所述超级电容单元连接的能源管理模块，所述能源管理模块包括：
判断单元，用于判断当前时刻；
执行单元，用于根据所述当前时刻控制所述接触器的开闭。
优选地，所述执行单元还包括互锁部，用于当全部所述接触器中的任意一个或多个闭合时，其余所述接触器开启。
优选地，所述能源管理模块还包括启动模块，用于控制所述甲醇重整制氢燃料电池按照预设顺序进行启动。
本发明还提供一种电动车辆，包括电池组，所述电池组具体为上述任意一项所述的电池组。
优选地，所述电动车辆具体为有轨电车或无轨电车。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的电动车辆的示意图；
图2为本发明实施例所提供的电池组的示意图；
图3为图2中甲醇重整制氢燃料电池启动方式的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，图1为本发明实施例所提供的电动车辆的示意图；图2为本发明实施例所提供的电池组的示意图；图3为图2中甲醇重整制氢燃料电池启动方式的示意图。
本发明提供的一种用于电动车辆的电池组，包括多个并联的甲醇重整制氢燃料电池，还包括多组并联的超级电容组，如说明书附图2所示。
甲醇重整制氢燃料电池共n个，分别为第一燃料电池、第二燃料电池、……第n个燃料电池；n个甲醇重整制氢燃料电池形成的燃料电池单元；每一组超级电容组包括多个串联的超级电容单元；图2中，C11、C12……C1n分别为一个超级电容单体，C11、C12……C1n串联之后形成一组超级电容组，与之类似地，C21、C22……C2n分别为一个超级电容单体，且C21、C22……C2n串联之后形成一组超级电容组；Cn1、Cn2……Cnn分别为一个超级电容单体，且Cn1、Cn2……Cnn串联之后形成一组超级电容组；多组超级电容组并联，形成超级电容单元。
每一个甲醇重整制氢燃料电池的电堆内均设置DC/DC模块，用以将电堆输出的45V～120V的电压转换成超级电容两端的电压等级，实现了甲醇重整制氢燃料电池与超级电容的电压匹配；如此设置，使得甲醇重整制氢燃料电池与超级电容能够共同对车辆提供电能，满足车辆对电能的要求。
为进一步优化上述电池组，任意一个甲醇重整制氢燃料电池串联有二极管和燃料电池熔断器，还串联有用于控制该甲醇重整制氢燃料电池是否接入燃料电池单元的接触器。
图2中，第一燃料电池串联第一二极管D1，第一接触器K1和第一燃料电池熔断器F1，第二燃料电池串联第二二极管D2，第二接触器K2和第二燃料电池熔断器F2，……第n个燃料电池串联第n二极管Dn，第n接触器Kn和第n燃料电池熔断器Fn；由于二极管的存在，其目的是保护在并网启动时，由于燃料电池单元的DC/DC输出电路尚未建立电压等级，超级电容两端电压较高，DC/DC电路输出阻抗较少，避免并网瞬间导致过流损坏内部元器件，同时可以阻止车辆制动时峰值电压对燃料电池输出电路影响。本发明所述的燃料电池单元中，针对每一燃料电池的电堆，全部二极管D1～Dn输出都设置有相应的F1……Fn熔断器保护，主要用来避免燃料电池输出线路的断路。
本发明的燃料电池单元，针对每一燃料电池的电堆，全部二极管D1～Dn输出都设置相应的接触器K1……Kn，接触器主要用来单独控制每一燃料电池的切换与投入。为实现单个燃料电池的单独控制。
超级电容单元的两端还串联有超级电容熔断器；图2中，Fc1与Fc2即为两个超级电容熔断器。由于超级电容的特点，在超级电容单元的总汇流母线上分别串入超级电容熔断器进行保护，避免超级电容单元内任何超级电容单体与正负母线短路事故的发生。
本发明的电池组还设置能源管理模块，能源管理模块与燃料电池单元和超级电容单元连接，能源管理模块包括：
判断单元，用于判断当前时刻；
执行单元，用于根据所述当前时刻控制所述接触器的开闭。
上述执行单元还包括互锁部，用于当全部所述接触器中的任意一个或多个闭合时，其余所述接触器开启。
举例来说，燃料电池单元采用6个并联的甲醇重整制氢燃料电池；无故障情况下，6个甲醇重整制氢燃料电池可以按照以天为单位量进行切换轮流待机。第一天时，判断单元判断当天为第一天，则将第一台燃料电池设置为备用电堆，第一燃料电池接触器K1开启，其他第2至第6台燃料电池的输出电路由第二燃料电池接触器K2至第六燃料电池接触器控制接通投入使用。依此类推，第二天时，判断单元判断当天为第二天，则将第二台燃料电池设置为备用电堆时，第二燃料电池接触器K2开启，其他燃料电池的输出电路由第一燃料电池接触器K1、第三燃料电池接触器、……第六燃料电池接触器控制接通投入使用。如上设置，在燃料电池单元正常的情况下按照上述方法对电堆进行管理，当有电堆故障时，通过对应的接触器切除该电堆的并网供电，同时启动备用待机电堆投入使用。当完成运营任务时由维修人员对电堆进行修理。电堆管理系统记录该次电堆切换事件。下一次启动时仍然按照前述管理办法对电堆进行待机管理。
能源管理模块还包括启动模块，用于控制所述甲醇重整制氢燃料电池按照预设顺序进行启动。
由于燃料电池单元的电堆启动采用电加热的方式，单个电堆加热功率在1.4千瓦左右，加热电压为DC24V，因此单个电堆的加热电流58A左右，如果多个电堆同时启动将达到几百安。
针对预设顺序，本发明提出分时启动控制方法，如附图3所示的启动时序图。假设燃料电池单元包括五个甲醇重整制氢燃料电池，当启动图3所示的五个电堆1至5时，能源管理模块将按照t1时间点启动第一电堆1和第二电堆2，在t2时间点时第一电堆1和第二电堆2电加热启动过程完成。此时能源管理模块发出启动第三电堆3和第四电堆4，在t3时间点第三电堆3和第四电堆4完成电启动过程，能源管理模块发出启动第五电堆5，在t4时间点完成所有电堆的电启动过程。
如此设置，通过能源管理模块对超级电容单元与燃料电池单元混合储能进行管理，其主要特点是针对多个燃料电池并网的保护及多电堆的轮流待机管理，多电堆分时启动管理。通过本发明的运用，实现多电堆使用时间的一致性，确保了电堆性能的一致性。电堆轮流待机方式使得整个燃料电池单元的寿命有了一定的提高，同时也减少了由于电堆使用不一致带来的多次维修的麻烦。电堆的分时启动解决了同时启动所带来的启动蓄电池和DC/DC选型难问题，解决了大电流放电时蓄电池寿命短问题，也解决了启动电路布线难问题。当然，本发明所述的预设顺序，还可以根据实际需要有其他设置方式，并不限于本发明上述的方式。
本发明还提供一种电动车辆，如说明书附图1所示，包括前轮1与后轮2，传动系统3与电池组连接，电池组包括上述超级电容单元4与燃料电池单元5，电机控制器6与驱动电机7位于电池组与传动系统3之间，辅助配电系统8通过动力电缆连接于电池组，且电池组与电机控制器6之间以及电机控制器6与驱动电机7之间均通过动力电缆连接。当然，上述车辆可以为无轨电车、有轨电车、轻轨、地铁车辆以及物料车辆等移动交通设备。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的电动车辆及其电池组进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于电动车辆的电池组，其特征在于，包括多个并联的甲醇重整制氢燃料电池，还包括多组并联的超级电容组，任意一组所述超级电容组串联多个超级电容单体；任意一个所述甲醇重整制氢燃料电池设置DC/DC模块；多个所述甲醇重整制氢燃料电池形成的燃料电池单元与多组所述超级电容组形成的超级电容单元并联，向车辆负载端供电；
任意一个所述甲醇重整制氢燃料电池串联有二极管和燃料电池熔断器，还串联有用于控制该所述甲醇重整制氢燃料电池是否接入所述燃料电池单元的接触器；
还包括与所述燃料电池单元和所述超级电容单元连接的能源管理模块，所述能源管理模块包括：
判断单元，用于判断当前时刻；
执行单元，用于根据所述当前时刻控制所述接触器的开闭；
所述执行单元还包括互锁部，用于当全部所述接触器中的任意一个或多个闭合时，其余所述接触器开启；
所述能源管理模块还包括启动模块，用于控制所述甲醇重整制氢燃料电池按照预设顺序进行启动。
2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述超级电容单元的两端还串联有超级电容熔断器。
3.一种电动车辆，包括电池组，其特征在于，所述电池组具体为上述权利要求1或2所述的电池组。
4.根据权利要求3所述的电动车辆，其特征在于，所述电动车辆具体为有轨电车或无轨电车。
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