CN110103733A - 一种氢燃料电池车辅助能源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池车辅助能源系统，涉及氢燃料电池车辅助能源系统技术领域，具体为主能源系统、辅助能源系统、电源配电单元(PDU)及整车用电设备(VEE)，所述主能源系统包含燃料电池发动机系统(FCES)和升压DCDC(Boost DCDC)，所述辅助能源系统包含超级电容系统(SCS)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)和镍氢电池系统(NiMH BS)。该氢燃料电池车辅助能源系统，优化了辅助能源架构，系统结构为多元结构，包含超级电容能源系统和镍氢电池能源系统，两系统取长补短，使得整个辅助能源系统可以满足整车任何工况下的正常工作。

Description

一种氢燃料电池车辅助能源系统
技术领域
本发明涉及氢燃料电池车辅助能源系统技术领域，具体为一种氢燃料电池车辅助能源系统。
背景技术
随着人们环保意识的日益增强，氢燃料汽车的发展速度迫切加快，如何提升整车安全可靠性，同时降低成本是氢燃料汽车面临的问题之一，其中优化动力系统架构是目前应用的主要解决方案之一。
无论是氢燃料电池商用车，还是氢燃料电池乘用车，其主要动力源都包含主动力源(氢燃料电池系统和升压DCDC)和辅助能源，在现阶段氢燃料电池发动机存在动态响应慢，无法跟随油门踏板的开度变化率的事实面前，还存在以下问题：开机慢，在电堆开启前需要辅助能源介入，且供整车行驶；无法快速提升燃料电池发动机功率；无法快速降低燃料电池发动机功率；关机慢，在整车无需求功率时，需要辅助能源系统吸收燃料电池发动机发出的功率。
作为氢燃料电池车动力系统核心部件的辅助能源系统，如何匹配设计辅助能源系统是优化动力系统架构的直接方式之一。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种氢燃料电池车辅助能源系统，解决了上述背景技术中提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种氢燃料电池车辅助能源系统，包括主能源系统、辅助能源系统、电源配电单元(PDU)及整车用电设备(VEE)，所述主能源系统包含燃料电池发动机系统(FCES)和升压DCDC(Boost DCDC)，所述辅助能源系统包含超级电容系统(SCS)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)和镍氢电池系统(NiMH BS)，所述燃料电池发动机系统(FCES)和升压DCDC(Boost DCDC)之间通过导线和继电器K1电性连接，所述超级电容系统(SCS)和双向DCDC(Bidirectional DCDC)之间通过导线、继电器K2、继电器K3、继电器K4和电阻R1电性连接，所述镍氢电池系统(NiMH BS)与继电器K5电性连接后与升压DCDC(Boost DCDC)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)电性并联构成线路一，所述镍氢电池系统(NiMH BS)还与继电器K6电性连接后与升压DCDC(Boost DCDC)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)电性并联构成线路二，所述线路一和线路二均电性连入电源配电单元(PDU)，所述电源配电单元(PDU)通过导线、继电器K7、继电器K8、继电器K9和电阻R2电性连接整车用电设备(VEE)。
可选的，所述辅助能源系统中包含两条支路，该两条支路分别为超级电容系统(SCS)支路和镍氢电池系统(NiMH BS)支路。
可选的，所述超级电容系统(SCS)支路中，超级电容系统(SCS)作为供电单元之一，其后端接超级电容主负继电器K4和超级电容正极预充回路，构成电支路一。
可选的，所述超级电容正极预充回路由主正继电器K3、预充继电器K2和预充电阻R1组成，且预充电阻R1与预充继电器K2串联后与主正继电器K3并联。
可选的，所述电支路一后端接双向DCDC(Bidirectional DCDC)输入端，双向DCDC(Bidirectional DCDC)输出端经过升压DCDC(Boost DCDC)的DC-DC转变后输出到整车配电单元。
可选的，所述镍氢电池系统(NiMH BS)支路中，镍氢电池系统(NiMH BS)作为供电单元，其后端接镍氢电池主负继电器K5和镍氢电池主正继电器K6，构成电支路二。
可选的，所述电支路二后端接镍氢电池系统(NiMH BS)输出端接到整车配电单元。
可选的，所述支路一、支路二以及主能源系统并联，接入电源配电单元(PDU)。
本发明提供了一种氢燃料电池车辅助能源系统，具备以下有益效果：
1、该氢燃料电池车辅助能源系统，优化了辅助能源架构，系统结构为多元结构，包含超级电容能源系统和镍氢电池能源系统，兼容了两个系统的优点：
超级电容系统：全功率工作温度区间宽，具有较好的低温性能，充电放电倍率高，循环寿命超长；
镍氢电池系统：充电放电倍率高，耐过压能力强。
2、优化后方案，两系统取长补短，使得整个辅助能源系统可以满足整车任何工况下的正常工作，且两套系统，一旦一套系统出现故障，另一套系统仍可继续工作，确保车辆不至于抛锚，大大提升了整车系统的可靠性。
3、相对锂离子电池系统，该系统在正极材料上更节能环保，且总成本低。
附图说明
图1为本发明能源系统架构原理图。
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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种氢燃料电池车辅助能源系统，包括主能源系统、辅助能源系统、电源配电单元(PDU)及整车用电设备(VEE)，主能源系统包含燃料电池发动机系统(FCES)和升压DCDC(Boost DCDC)，辅助能源系统包含超级电容系统(SCS)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)和镍氢电池系统(NiMH BS)，燃料电池发动机系统(FCES)和升压DCDC(BoostDCDC)之间通过导线和继电器K1电性连接，超级电容系统(SCS)和双向DCDC(Bidirectional DCDC)之间通过导线、继电器K2、继电器K3、继电器K4和电阻R1电性连接，镍氢电池系统(NiMH BS)与继电器K5电性连接后与升压DCDC(Boost DCDC)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)电性并联构成线路一，镍氢电池系统(NiMH BS)还与继电器K6电性连接后与升压DCDC(Boost DCDC)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)电性并联构成线路二，线路一和线路二均电性连入电源配电单元(PDU)，电源配电单元(PDU)通过导线、继电器K7、继电器K8、继电器K9和电阻R2电性连接整车用电设备(VEE)；
辅助能源系统中包含两条支路，该两条支路分别为超级电容系统(SCS)支路和镍氢电池系统(NiMH BS)支路：
超级电容系统(SCS)支路中，超级电容系统(SCS)作为供电单元之一，其后端接超级电容主负继电器K4和超级电容正极预充回路，构成电支路一，其中，超级电容正极预充回路由主正继电器K3、预充继电器K2和预充电阻R1组成，且预充电阻R1与预充继电器K2串联后与主正继电器K3并联，电支路一后端接双向DCDC(Bidirectional DCDC)输入端，双向DCDC(Bidirectional DCDC)输出端经过升压DCDC(Boost DCDC)的DC-DC转变后输出到整车配电单元；
镍氢电池系统(NiMH BS)支路中，镍氢电池系统(NiMH BS)作为供电单元，其后端接镍氢电池主负继电器K5和镍氢电池主正继电器K6，构成电支路二，电支路二后端接镍氢电池系统(NiMH BS)输出端接到整车配电单元；
支路一、支路二以及主能源系统(燃料电池发动机系统)并联，接入电源配电单元(PDU)。
本发明氢燃料电池车辅助能源系统，主要包含超级电容、双向DCDC、镍氢电池，主要用来弥补瞬间整车需求较大功率，同时也可以吸收燃料电池发动机多余的功率和电机回馈功率。
常见的氢燃料电池汽车辅助能源一般只有锂离子电池系统，但整车要求其在较宽温度区间内，依然能够具有极高的充放电倍率，以供整车系统稳定。这样会出现两种情况：
选用能量型锂电池系统：电量高、体积大、全功率工作温度区间窄、成本高；
选用功率型锂电池系统：虽然充电放电倍率高，体积小，但是功率型电芯目前尚未大规模使用，成本高，且热管理系统复杂，全功率工作温度区间窄，出现热失控几率大，循环寿命低。
而本发明中，优化了辅助能源架构，系统结构为多元结构，包含超级电容能源系统和镍氢电池能源系统，并兼容了两个系统的优点：
超级电容：全功率工作温度区间宽，具有较好的低温性能，充电放电倍率高，循环寿命超长；
镍氢电池：充电放电倍率高，耐过压能力强。
优化后方案，两系统取长补短，使得整个辅助能源系统可以满足整车任何工况下的正常工作，且两套系统，一旦一套系统出现故障，另一套系统仍可继续工作，确保车辆不至于抛锚，大大提升了整车系统的可靠性，同时相对锂离子电池系统，该系统在正极材料上更节能环保，且总成本低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氢燃料电池车辅助能源系统，包括主能源系统、辅助能源系统、电源配电单元(PDU)及整车用电设备(VEE)，其特征在于：所述主能源系统包含燃料电池发动机系统(FCES)和升压DCDC(Boost DCDC)，所述辅助能源系统包含超级电容系统(SCS)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)和镍氢电池系统(NiMH BS)，所述燃料电池发动机系统(FCES)和升压DCDC(Boost DCDC)之间通过导线和继电器K1电性连接，所述超级电容系统(SCS)和双向DCDC(Bidirectional DCDC)之间通过导线、继电器K2、继电器K3、继电器K4和电阻R1电性连接，所述镍氢电池系统(NiMH BS)与继电器K5电性连接后与升压DCDC(Boost DCDC)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)电性并联构成线路一，所述镍氢电池系统(NiMH BS)还与继电器K6电性连接后与升压DCDC(Boost DCDC)、双向DCDC(Bidirectional DCDC)电性并联构成线路二，所述线路一和线路二均电性连入电源配电单元(PDU)，所述电源配电单元(PDU)通过导线、继电器K7、继电器K8、继电器K9和电阻R2电性连接整车用电设备(VEE)。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池车辅助能源系统，其特征在于：所述辅助能源系统中包含两条支路，该两条支路分别为超级电容系统(SCS)支路和镍氢电池系统(NiMHBS)支路。
3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池车辅助能源系统，其特征在于：所述超级电容系统(SCS)支路中，超级电容系统(SCS)作为供电单元之一，其后端接超级电容主负继电器K4和超级电容正极预充回路，构成电支路一。
4.根据权利要求3所述的一种氢燃料电池车辅助能源系统，其特征在于：所述超级电容正极预充回路由主正继电器K3、预充继电器K2和预充电阻R1组成，且预充电阻R1与预充继电器K2串联后与主正继电器K3并联。
5.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池车辅助能源系统，其特征在于：所述电支路一后端接双向DCDC(Bidirectional DCDC)输入端，双向DCDC(Bidirectional DCDC)输出端经过升压DCDC(Boost DCDC)的DC-DC转变后输出到整车配电单元。
6.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池车辅助能源系统，其特征在于：所述镍氢电池系统(NiMH BS)支路中，镍氢电池系统(NiMH BS)作为供电单元，其后端接镍氢电池主负继电器K5和镍氢电池主正继电器K6，构成电支路二。
7.根据权利要求6所述的一种氢燃料电池车辅助能源系统，其特征在于：所述电支路二后端接镍氢电池系统(NiMH BS)输出端接到整车配电单元。
8.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池车辅助能源系统，其特征在于：所述支路一、支路二以及主能源系统并联，接入电源配电单元(PDU)。
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