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
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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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190809 |
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