CN106585357A - 一种车载分布式能源供给系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载分布式能源供给系统，涉及新能源车辆动力技术领域。本发明包括电能供给系统、机械能供给系统、电能管理控制器和整车控制器。电能供给系统用于发电并向车辆提供电能。机械能供给系统给车辆提供动力且向电能供给系统提供发电所需的反应物质。电能管理控制器监控电能供给系统的能量状态，电能管理控制器设有第一预设阈值电量和第二预设阈值电量。整车控制器用于监控电能供给系统和机械能供给系统的能量状态信息，并根据检测到的能量状态信息以及车辆行驶的工况控制分布式能源供给系统的工作模式。本发明设有两套独立的能源供给系统能工作在最优化工作模式，且电能供给系统采用化学方法发电，污染物排放低，能量利用效率高。

Description

一种车载分布式能源供给系统
技术领域
本发明涉及新能源车辆动力技术领域，特别是涉及一种车载分布式能源供给系统。
背景技术
世界范围内的能源危机和环境污染问题日趋严重，节能和减排是车辆技术发展的主要方向。因此，车辆的能源供给系统开发就显得尤为重要。在纯电动车辆能源供给系统方面，尽管使用动力电池的纯电力驱动车辆具有零排放、低噪音和高效率的优点，但由于当前动力电池的能量密度较低，导致动力电池提供能量供给的车辆不但制造成本高，而且续航里程短。目前以及未来的一段时间内尚不能完全满足人们的使用需求。
目前市场上采用增程式车辆的电能供给驱动车辆是一种介于传统车辆和纯动力电池提供电能驱动车辆之间的过渡型车辆。目前市场上采用增程式的电能驱动车辆主要在动力电池没电时通过燃料发动机(汽油或者柴油)带动发电机工作直接提供电能驱动车辆行驶，虽然它最终是通过电力驱动，但燃料发动机带动发电机发电也会有排放大量污染。此外，此类车辆的动力电池长期处于满负荷状态工作，能量利用效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术采用燃料发动机发电而存在排放污染以及能量利用效率低的问题，提供一种车载分布式能源供给系统。
特别地，本发明提供了一种车载分布式能源供给系统，用于给车辆提供动力，包括：
电能供给系统，用于发电并向所述车辆提供电能；
机械能供给系统，用于给所述车辆提供动力，且向所述电能供给系统提供发电所需的反应物质；
电能管理控制器，用于监控所述电能供给系统的能量状态，所述电能管理控制器设有第一预设阈值电量和第二预设阈值电量；和
整车控制器，用于监控所述电能供给系统和所述机械能供给系统的能量状态信息，并根据检测到的能量状态信息以及所述车辆行驶的工况控制所述分布式能源供给系统的工作模式。
进一步地，所述电能供给系统包括全固态化学发电装置和动力电池组；
所述全固态化学发电装置用于向所述动力电池组和所述车辆的驱动电机提供电能；
所述动力电池组用于存储所述全固态化学发电装置多余的电能和所述车辆制动回收的电能；
所述全固态化学发电装置和所述动力电池组可根据所述车辆不同的车型和载重量进行对应的配置；
优选地，所述全固态化学发电装置为固体氧化物燃料电池反应堆；
优选地，所述动力电池组为锂离子电池。
进一步地，所述机械能供给系统包括裂解反应室、发动机和发动机控制器；
所述裂解反应室通过管路连接有燃料箱，所述燃料箱用于向所述裂解反应室输送清洁燃料，所述裂解反应室用于将所述清洁燃料在线裂解为长链碳氢化合物并将所述长链碳氢化合物通过管路输送至所述发动机的进气管道中，以提高所述发动机的燃烧效率；
所述裂解反应室还与所述全固态化学发电装置通过管路连接，用于将所述长链碳氢化合物通过管路输送至所述全固态化学发电装置，直接和所述全固态化学发电装置中的氧化剂发生化学反应转化为电能；
所述发动机控制器用于监控所述发动机在不同工况下的运转参数，所述运转参数至少包括燃料供给量、燃料喷射正时、点火闭合角和发动机怠速运转；
优选地，所述长链碳氢化合物为一氧化碳和氢气；
优选地，所述清洁燃料为甲醇、乙醇或甲烷。
进一步地，所述发动机的尾气排放处设有管路连接至所述裂解反应室，用于将所述发动机产生的高温尾气输送至所述裂解反应室，利用所述高温尾气对从所述燃料箱中引入的所述清洁燃料进行加热，以提高所述裂解反应室的在线裂解效率；
所述发动机的高温尾气还与所述动力电池组通过管路连接，用于直接通过管路将热量输送给所述动力电池组，在零下温度环境时可对所述动力电池组进行加热，保证其工作在高效地充放电性能温度区间。
进一步地，所述整车控制器通过CAN总线与所述电能管理控制器和所述发动机控制器电性连接；
所述电能管理控制器监控的能量状态包括所述全固态化学发电装置和所述动力电池组的电压、电流和电量SOC信息，且通过所述CAN总线传输给所述整车控制器。
进一步地，当所述车辆启动时，所述分布式能源供给系统的工作模式包括动力电池启动模式和发动机启动模式；
当所述动力电池组的电量SOC大于或等于所述第一预设阈值电量时，所述车辆工作在动力电池启动模式，所述电能管理控制器控制所述动力电池组单独向所述车辆的驱动电机提供电能输出，以使所述车辆行驶至怠速状态；
当所述动力电池的电量SOC低于所述第一预设阈值电量时，所述车辆工作在发动机启动模式，所述发动机控制器控制所述发动机单独工作，向所述车辆提供动力输出，驱动所述车辆行驶。
进一步地，当所述车辆在匀速或者加速行驶时，所述分布式能源供给系统的工作模式还包括单独全固态化学发电装置工作模式；
所述电能管理控制器控制所述全固态化学发电装置单独向所述车辆的驱动电机提供电能输出，以直接驱动所述车辆行驶，所述动力电池组仅存储所述车辆制动回收的部分电能以及向所述车辆提供加速辅助；
在此过程中，当所述电能管理控制器监测到所述动力电池组的电量SOC低于所述第二预设阈值电量时，所述电能管理控制器控制所述全固态化学发电装置同时向所述动力电池组合和所述驱动电机提供电能输出，所述驱动电机驱动所述车辆行驶。
进一步地，当所述发动机工作在高效区时，所述电能供给系统停止供电，仅由所述机械能供给系统向所述车辆提供动力输出；
所述发动机的工作高效区由所述发动机控制器计算得出。
进一步地，当单个所述电能供给系统或所述机械能供给系统无法满足整车能量需求时，所述电能供给系统和所述机械能供给系统同时工作，驱动所述车辆行驶。
进一步地，还包括配电单元，其通过强电电路与所述电能供给系统电性连接，用于将所述电能供给系统的电能分配给所述车辆的整车用电系统和驱动电机，所述配电单元内部集成有保险丝，以保护所述车辆的用电设备。
本发明的车载分布式能源供给系统由电能供给系统和机械能供给系统这两套独立的系统提供能源，所述电能供给系统能够通过机械能供给系统提供的反应介质通过化学反应发电，避免通过燃料发动机驱动发电机发电，降低了污染物的排放。所述车载分布式能源供给系统根据获取到的所述电能供给系统和所述机械能供给系统的能量状态信息以及所述车辆行驶的工况控制所述分布式能源供给系统的工作模式，以使电能供给系统和机械能供给系统工作在各自的高效区，提高了系统的能源使用效率。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本发明一实施例的车载分布式能源供给系统的结构示意图；
图2是本发明一实施例的车载分布式能源供给系统的整车架构示意图。
具体实施方式
图1是本发明一实施例的车载分布式能源供给系统的结构示意图。图2是本发明一实施例的车载分布式能源供给系统的整车架构示意图。如图1所示，本发明的一种车载分布式能源供给系统，用于给车辆提供动力，一般性可以包括电能供给系统1、机械能供给系统2、电能管理控制器3和整车控制器4。电能供给系统1用于发电并向所述车辆提供电能。机械能供给系统2用于给所述车辆提供动力，且向所述电能供给系统1提供发电所需的反应物质。电能管理控制器3，用于监控所述电能供给系统1的能量状态，所述电能管理控制器3设有第一设阈值电量和第二预设阈值电量。整车控制器4用于监控所述电能供给系统1和所述机械能供给系统2的能量状态信息，并根据检测到的能量状态信息以及所述车辆行驶的工况控制所述分布式能源供给系统的工作模式。
本发明的车载分布式能源供给系统由电能供给系统1和机械能供给系统2这两套独立的系统提供能源，所述电能供给系统1能够通过机械能供给系统2提供的反应介质通过化学反应发电，避免通过燃料发动机驱动发电机发电，降低了污染物的排放。所述车载分布式能源供给系统根据获取到的所述电能供给系统1和所述机械能供给系统2的能量状态信息以及所述车辆行驶的工况控制所述分布式能源供给系统的工作模式，以使电能供给系统1和机械能供给系统2工作在各自的高效区，提高了车载分布式能源供给系统的能源使用效率。
在一个实施例中，所述电能供给系统1包括全固态化学发电装置7和动力电池组6。所述全固态化学发电装置7将清洁燃料(可以是甲醇、乙醇、甲烷等)在线裂解后引入的一氧化碳和氢气传递到发电装置中，在高温下(600℃～800℃)直接和氧化剂反应将化学能高效、环境友好地转化成电能，用于向所述动力电池组6和所述车辆的驱动电机12提供电能(参见图2)。所述动力电池组6用于存储所述全固态化学发电装置7多余的电能和所述车辆制动回收的电能，起到“削峰填谷”的作用，主要协助存储清洁燃料发电机组提供多余的部分电能和制动能量回收的电能。这种电能供给系统1由全固态化学发电装置和动力电池组同时或者分时进行工作，优化动力电池组的使用寿命。所述全固态化学发电装置7和所述动力电池组6可根据所述车辆不同的车型和载重量进行对应的配置。优选地，所述全固态化学发电装置7为固体氧化物燃料电池反应堆。优选地，所述动力电池组6为小容量功率型锂离子电池。
本发明提出的这种分布式能源供给系统可以应用于商用车辆上，也可以用于工程机械、农业装备以及船舶等。它可根据不同车型能源匹配不同的供给单元。电能供给系统1和机械供给系统2的比例是可以根据不同车辆需求进行调整的。例如在当前燃料电池技术不是很成熟的情况下在长途重型商用车上可以匹配一个较大的发动机和一个较小的全固态化学发电装置7向所述车辆提供能源。
在一个实施例中，所述机械能供给系统2包括裂解反应室8、发动机9和发动机控制器10。所述裂解反应室8通过管路连接有燃料箱11，所述燃料箱11用于向所述裂解反应室8输送清洁燃料，所述裂解反应室8将所述清洁燃料在线裂解为长链碳氢化合物并将所述长链碳氢化合物通过管路输送至所述发动机9的进气管道中，以提高所述发动机9的燃烧效率。清洁燃料裂解是一个吸热反应，利用发动机9的尾气高温余热以提供热量(参见图2)，在线裂解燃料所产生长链碳氢化合物中的氢气具有更优的燃料效率，可使发动机9可以在更贫乏的燃烧条件下工作，而且比传统发动机有更高的压缩比，这样可进一步提高发动机9的燃烧效率。
进一步地，所述裂解反应室8还与所述全固态化学发电装置7通过管路连接，所述裂解反应室8的在线裂解反应还为所述电能供给系统1的全固态化学发电装置7提供反应物质，所述全固态化学发电装置7为固体氧化物燃料电池反应堆，所述反应物质为所述裂解反应室8在线裂解反应产生的长链碳氢化合物，所述长链碳氢化合物通过管路输送至所述全固态化学发电装置7中，直接和所述全固态化学发电装置中的氧化剂发生化学反应转化为电能，供给整车的用电需求。所述发动机9的尾气排放处设有管路连接至所述裂解反应室8，将所述发动机9产生的高温尾气输送至所述裂解反应室8，利用所述高温尾气对从所述燃料箱11中引入的所述清洁燃料进行加热，以提高所述裂解反应室的在线裂解效率。所述发动机9的高温尾气还与所述动力电池组6通过管路连通，用于直接通过管路将热量输送给所述动力电池组6，在零下温度环境时可对所述动力电池组6进行加热，保证其工作在高效地充放电性能温度区间。
本发明的机械能供给系统2设有裂解反应室8，其利用发动机9尾气余热对从燃料箱中引入的燃料进行加热，使其裂解为长烃类碳氢化合物，其中发动机9就是传统车辆上使用的发动机，可以是汽油机、柴油机或者天气然发动机等形式。本发明的发动机9在进气管道引入了经过在线裂解得到的长烃类碳氢化合物，长烃类碳氢化合物中含有丰富的氢气，具备氢气燃烧的特点，可实现稀薄快速燃烧，从而提高发动机9的热效率，大幅降低有害排放物，提高发动机9的动力性和经济性。
所述发动机控制器10用于监控所述发动机9在不同工况下的运转参数，所述运转参数至少包括燃料供给量、燃料喷射正时、点火闭合角和发动机怠速运转。所述发动机控制器10可连续监控并控制发动机正常运转的功能，发动机控制器10根据车辆中的各路传感器测试的输入数据和计算所需的空气与燃料混合比及发动机点火提前角度，直接控制发动机9在各工况下燃料供给量、燃料喷射正时、点火闭合角、发动机怠速运转等功能。优选地，所述长链碳氢化合物为一氧化碳和氢气。优选地，所述清洁燃料为甲醇、乙醇或甲烷。
本发明中充分利用发动机高温尾气并结合清洁燃料的在线裂解功能向电能供给系统提供发电所需的反应物质，提高了总体能量利用效率也提高了燃料的多样性和多元化。本发明通过将清洁燃料在线裂解为长链碳氢化合物，由全固态化学发电装置直接将化学能转化为电能，发电效率高且无污染。
进一步地，所述整车控制器4通过CAN总线与所述电能管理控制器3和所述发动机控制器10电性连接，以监控所述电能管理控制器3和所述发动机控制器10对应控制的电能供给系统1和机械能供给系统状态2，根据当前最优化的能量利用率来确定车载分布式能源供给系统由哪个系统提供。所述电能管理控制器3监控的能量状态包括所述全固态化学发电装置7和所述动力电池组6的电压、电流和电量SOC信息，且通过所述CAN总线传输给所述整车控制器4。电量SOC(State of charge)，即荷电状态，用来反映动力电池组的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值。本发明采用电能供给系统1设置在车头部位，作为前桥的驱动能量电能供给系统1提供的电能控制驱动电机12工作(参见图2)，机械能供给系统2设置在车尾部位，提供后桥的驱动能量，机械能供给系统2中的发动机9通过变速器14和差速器16向车辆提供动力输出。当然所述电能供给系统1和机械能供给系统2安装的位置也是可以交换的。
进一步地，本发明的分布式能源供给系统还包括配电单元5，其通过强电电路与所述电能供给系统1电性连接，用于将所述电能供给系统1的电能分配给所述车辆的整车用电系统13和驱动电机12，其中，配电单元5通过DC/DC将电能转换后输送给整车用电系统13。所述配电单元5内部集成有保险丝，以保护所述车辆的用电设备。
本发明的分布式能源供给系统的工作模式如下：
当所述车辆启动时，所述分布式能源供给系统的工作模式包括动力电池启动模式和发动机启动模式。
当所述动力电池组的电量SOC大于或等于第一预设阈值电量时，所述车辆工作在动力电池启动模式，所述电能管理控制器3控制所述动力电池组6单独向所述车辆的驱动电机12提供电能输出，以使所述车辆行驶至怠速状态。
当所述动力电池的电量SOC低于第一预设阈值电量时，所述车辆工作在发动机启动模式，所述发动机控制器10控制所述发动机9单独工作，向所述车辆提供动力输出，驱动所述车辆行驶。
进一步地，当所述车辆在匀速或者加速行驶时，所述分布式能源供给系统的工作模式还包括单独全固态化学发电装置工作模式。
所述电能管理控制器3控制所述全固态化学发电装置单独向所述车辆的驱动电机12提供电能输出，以直接驱动所述车辆行驶，所述动力电池组6仅存储所述车辆制动回收的部分电能以及向所述车辆提供加速辅助。
在此过程中，所述电能管理控制器3实时监测所述动力电池组6的电量SOC，当所述电能管理控制器3监测到所述动力电池组6的电量SOC低于第二预设阈值电量时，所述电能管理控制器3控制全固态化学发电装置同时向所述动力电池组合6所述驱动电机12提供电能输出，所述动力电池组6处于充电状态，所述驱动电机12驱动所述车辆行驶。
进一步地，当所述发动机工作在高效区时，所述电能供给系统1停止供电，仅由所述机械能供给系统2向所述车辆提供动力输出，所述发动机9的工作高效区由所述发动机控制器10计算得出。
进一步地，当单个所述电能供给系统1或所述机械能供给系统2无法满足整车能量需求时，所述电能供给系统1和所述机械能供给系统2同时工作，驱动所述车辆行驶。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种车载分布式能源供给系统，用于给车辆提供动力，包括：
电能供给系统，用于发电并向所述车辆提供电能；
机械能供给系统，用于给所述车辆提供动力，且向所述电能供给系统提供发电所需的反应物质；
电能管理控制器，用于监控所述电能供给系统的能量状态，所述电能管理控制器设有第一预设阈值电量和第二预设阈值电量；和
整车控制器，用于监控所述电能供给系统和所述机械能供给系统的能量状态信息，并根据检测到的能量状态信息以及所述车辆行驶的工况控制所述分布式能源供给系统的工作模式。
2.根据权利要求1所述的车载分布式能源供给系统，其特征在于，所述电能供给系统包括全固态化学发电装置和动力电池组；
所述全固态化学发电装置用于向所述动力电池组和所述车辆的驱动电机提供电能；
所述动力电池组用于存储所述全固态化学发电装置多余的电能和所述车辆制动回收的电能；
所述全固态化学发电装置和所述动力电池组可根据所述车辆不同的车型和载重量进行对应的配置；
优选地，所述全固态化学发电装置为固体氧化物燃料电池反应堆；
优选地，所述动力电池组为锂离子电池。
3.根据权利要求2所述的车载分布式能源供给系统，其特征在于，所述机械能供给系统包括裂解反应室、发动机和发动机控制器；
所述裂解反应室通过管路连接有燃料箱，所述燃料箱用于向所述裂解反应室输送清洁燃料，所述裂解反应室用于将所述清洁燃料在线裂解为长链碳氢化合物并将所述长链碳氢化合物通过管路输送至所述发动机的进气管道中，以提高所述发动机的燃烧效率；
所述裂解反应室还与所述全固态化学发电装置通过管路连接，用于将所述长链碳氢化合物通过管路输送至所述全固态化学发电装置，直接和所述全固态化学发电装置中的氧化剂发生化学反应转化为电能；
所述发动机控制器用于监控所述发动机在不同工况下的运转参数，所述运转参数至少包括燃料供给量、燃料喷射正时、点火闭合角和发动机怠速运转；
优选地，所述长链碳氢化合物为一氧化碳和氢气；
优选地，所述清洁燃料为甲醇、乙醇或甲烷。
4.根据权利要求3所述的车载分布式能源供给系统，其特征在于，所述发动机的尾气排放处设有管路连接至所述裂解反应室，用于将所述发动机产生的高温尾气输送至所述裂解反应室，利用所述高温尾气对从所述燃料箱中引入的所述清洁燃料进行加热，以提高所述裂解反应室的在线裂解效率；
所述发动机的高温尾气还与所述动力电池组通过管路连通，用于直接通过管路将热量输送给所述动力电池组，在零下温度环境时可对所述动力电池组进行加热，保证其工作在高效地充放电性能温度区间。
5.根据权利要求3或4所述的车载分布式能源供给系统，其特征在于，所述整车控制器通过CAN总线与所述电能管理控制器和所述发动机控制器电性连接；
所述电能管理控制器监控的能量状态包括所述全固态化学发电装置和所述动力电池组的电压、电流和电量SOC信息，且通过所述CAN总线传输给所述整车控制器。
6.根据权利要求3或4所述的车载分布式能源供给系统，其特征在于，当所述车辆启动时，所述分布式能源供给系统的工作模式包括动力电池启动模式和发动机启动模式；
当所述动力电池组的电量SOC大于或等于所述第一预设阈值电量时，所述车辆工作在动力电池启动模式，所述电能管理控制器控制所述动力电池组单独向所述车辆的驱动电机提供电能输出，以使所述车辆行驶至怠速状态；
当所述动力电池的电量SOC低于所述第一预设阈值电量时，所述车辆工作在发动机启动模式，所述发动机控制器控制所述发动机单独工作，向所述车辆提供动力输出，驱动所述车辆行驶。
7.根据权利要求3或4所述的车载分布式能源供给系统，其特征在于，当所述车辆在匀速或者加速行驶时，所述分布式能源供给系统的工作模式还包括单独全固态化学发电装置工作模式；
所述电能管理控制器控制所述全固态化学发电装置单独向所述车辆的驱动电机提供电能输出，以直接驱动所述车辆行驶，所述动力电池组仅存储所述车辆制动回收的部分电能以及向所述车辆提供加速辅助；
在此过程中，当所述电能管理控制器监测到所述动力电池组的电量SOC低于所述第二预设阈值电量时，所述电能管理控制器控制所述全固态化学发电装置同时向所述动力电池组合和所述驱动电机提供电能输出，所述驱动电机驱动所述车辆行驶。
8.根据权利要求3或4所述的车载分布式能源供给系统，其特征在于，当所述发动机工作在高效区时，所述电能供给系统停止供电，仅由所述机械能供给系统向所述车辆提供动力输出；
所述发动机的工作高效区由所述发动机控制器计算得出。
9.根据权利要求1所述的车载分布式能源供给系统，其特征在于，当单个所述电能供给系统或所述机械能供给系统无法满足整车能量需求时，所述电能供给系统和所述机械能供给系统同时工作，驱动所述车辆行驶。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的车载分布式能源供给系统，其特征在于，还包括配电单元，其通过强电电路与所述电能供给系统电性连接，用于将所述电能供给系统的电能分配给所述车辆的整车用电系统和驱动电机，所述配电单元内部集成有保险丝，以保护所述车辆的用电设备。
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