CN110103734A - 一种燃料电池驱动系统、控制方法及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源技术领域，具体是一种燃料电池驱动系统、控制方法及车辆，所述系统包括燃料电池、动力电池、电机、转换器和控制器；所述燃料电池与所述转换器连接，所述转换器用于调整所述燃料电池电压，使所述燃料电池电压与所述动力电池电压一致；所述动力电池和所述转换器均与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述燃料电池和所述动力电池共同驱动所述电机工作。本发明能够避免燃料电池极化现象，提高燃料电池的动态响应性和散热性，缩小燃料电池的体积，节约成本、能源和车辆的空间。

Description

一种燃料电池驱动系统、控制方法及车辆
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，特别涉及一种燃料电池驱动系统、控制方法及车辆。
背景技术
随着石油、煤和天然气等化石能源的日益枯竭以及人们对环境问题的日益关注，尤其是汽车制造业，面临着重大的考验，需要新能源汽车代替传统燃料汽车。
20世纪90年代以来氢能源作为新型能源已经普遍应用在各个领域尤其是汽车制造业，许多大型的汽车制造商纷纷推出氢燃料电池汽车，选择氢能源作为主要能源是因为氢以水为原料，资源丰富；燃烧时放出的热量多；燃烧产物是水，无毒、无污染，且可以循环使用，同时氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对发动机进行大的改装。
目前市场上大部分燃料电池汽车均是氢燃料电池汽车，所以氢燃料电池的动力总成装置框架需要合理化的分配，但是现在大部分氢燃料电池汽车不能够合理的利用汽车空间；例如丰田Mirail和现代NEXO，均因燃料电池驱动系统设计的不合理导致电池异响过大，电池散热困难，占据车辆空间较多导致车舱内部空间减少，零部件较多，维修和维护工序复杂，成本高等一系列问题。
为了解决以上问题，合理化燃料电池驱动系统，是本领域技术人所亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池驱动系统、控制方法及车辆，能够避免燃料电池极化现象，提高燃料电池的动态响应性和散热性，缩小燃料电池的体积，节约成本、能源和车辆的空间。
为了解决上述问题，本发明提供一种燃料电池驱动系统方法，包括燃料电池、动力电池、电机、转换器和控制器；
所述燃料电池与所述转换器连接，所述转换器用于调整所述燃料电池输出电压，使所述燃料电池输出电压与所述动力电池输出电压一致；
所述动力电池和所述转换器均与所述所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述燃料电池和所述动力电池共同驱动所述电机工作。
进一步地，所述燃料电池为氢燃料电池。
进一步地，所述氢燃料电池输出功率至少为20KW。
进一步地，所述动力电池为三元材料锂电池。
进一步地，所述三元材料锂电池最高输出功率为90KW。
进一步地，所述转换器为DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于升高所述燃料电池输出电压。
本发明另一方面还保护了一种基于所述燃料电池驱动系统的控制方法，包括：
当接收到燃料电池驱动请求时，启动燃料电池，获取所述燃料电池输出电压；
调节所述燃料电池输出电压，使所述燃料电池输出电压与动力电池输出电压一致；
获取车辆的当前工作状态，基于所述当前工作状态调整驱动电机所需的所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压。
进一步地，基于所述当前工作状态调整驱动电机所需的所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压包括：
判断所述当前工作状态是否处于待机工作状态；
如果处于所述待机工作状态，则所述动力电池输出电压驱动所述电机；
如果未处于所述待机工作状态，判断所述当前工作状态是否处于低功率工作状态；
如果处于所述低功率工作状态，则所述燃料电池输出电压驱动所述电，检测获取所述燃料电池输出电压；
当所述燃料电池输出不足驱动所述电机时，所述动力电池输出电压和所述燃料电池输出电压共同驱动所述电机；
如果未处于所述低功率工作状态，判断所述当前工作状态是否处于全功率工作状态；
如果处于所述全功率工作状态，则所述动力电池输出电压驱动所述电机全功率工作；
当所述动力电池输出电压不足所述电机全功率工作，调整所述燃料电池输出电压至最大输出电压，根据所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压共同驱动所述电机全功率工作。
本发明另一方面还保护了一种车辆，包括燃料箱和所述燃料电池驱动系统，所述燃料电池驱动系统设置在所述车辆内部，所述燃料箱与所述燃料电池连接。
进一步地，所述燃料箱为氢气储存罐。
由于上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1)本发明的一种燃料电池驱动系统、控制方法及车辆，采用动力电池和燃料电池共同驱动电机，减少燃料电池的功率消耗，避免因空气压缩机功率和转速的提高导致的燃料电池极化现象，提高了燃料电池的动态响应性。
2)本发明的一种燃料电池驱动系统、控制方法及车辆，采用动力电池和燃料电池共同驱动电机，缩小了燃料电池的体积，提高了燃料电池的散热性，降低了能源消耗，节约成本。
3)本发明的一种燃料电池驱动系统、控制方法及车辆，用动力电池和燃料电池共同驱动电机，通过缩小燃料电池的体积，能够简化分布驱动系统的复杂性，降低设计车辆难度，节约了车辆的空间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，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的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例提供的燃料电池驱动系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的基于燃料电池驱动系统的控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的基于所述当前工作状态调整驱动电机所需的所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压的流程图。
其中，1-燃料电池，2-动力电池，3-电机，4-转换器，5-控制器，6-燃料箱。
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的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。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
实施例一
本实施例一提供一种燃料电池驱动系统，如图1所示，包括燃料电池1、动力电池2、电机3、转换器4和控制器5；
所述燃料电池1与所述转换器4连接，所述转换器4用于调整所述燃料电池1输出电压，使所述燃料电池1输出电压与所述动力电池2输出电压一致；
所述动力电池2和所述转换器4均与所述所述控制器5电连接，所述控制器5用于控制所述燃料电池1和所述动力电池2共同驱动所述电机3工作。
优选地，所述燃料电池1为氢燃料电池。
进一步地，所述氢燃料电池输出功率至少为20KW。
优选地，所述动力电池2为三元材料锂电池。
进一步地，所述三元材料锂电池最高输出功率为90KW。
进一步地，所述三元材料锂电池功率密度为150wh/kg。
进一步地，所述三元材料锂电池容量为1.2C。
优选地，所述转换器4为DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于升高所述燃料电池1输出电压。
具体地，当车辆状态处于待机工作状态时，所述电机3所需电池全部由所述动力电池2输出电压提供，根据所述动力电池2的电量载荷，检测所述燃料电池1工作状态；当车辆状态切换至低功率工作状态时，所述燃料电池1输出电压驱动所述电机3工作，当所述燃料电池1输出电压不足驱动所述电机3工作时，由所述动力电池2输出电压进行补足；当车辆状态切换至全功率工作状态时，所述动力电池2输出电压驱动所述电机3工作，所述动力电池2输出电压不足所述电机3全功率工作，调整所述燃料电池1输出电压为最大输出电压，所述燃料电池1输出电压和所述动力电池2输出电压共同驱动所述电机3全功率工作。
一些实施例中，车辆根据不同的路况选择不同的工作状态，还包括城市循环工作状态和高速巡航工作状态，当车辆工作状态处于城市循环工作状态时，所述动力电池2输出电压驱动所述电机3工作，所述燃料电池1输出电压维护所述电机3持续工作；当车辆工作状态处于高速巡航工作状态时，所述燃料电池1输出电压驱动所述电机3工作。
本实施例一提供一种燃料电池驱动系统，采用动力电池和燃料电池共同驱动电机，减少燃料电池的功率消耗，避免因空气压缩机功率和转速的提高导致的燃料电池极化现象，提高了燃料电池的动态响应性，同时缩小了燃料电池的体积，提高了燃料电池的散热性，降低了能源消耗，节约成本。
实施例二
本实施例二提供一种基于所述燃料电池驱动系统的控制方法，如图2所示，包括：
S101.当接收到燃料电池驱动请求时，启动燃料电池，获取所述燃料电池输出电压；
S102.调节所述燃料电池输出电压，使所述燃料电池输出电压与动力电池输出电压一致；
S103.获取车辆的当前工作状态，基于所述当前工作状态调整驱动电机所需的所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压。
如图3所示，基于所述当前工作状态调整驱动电机所需的所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压包括：
S201.获取车辆的当前工作状态；
S202.判断所述当前工作状态是否处于待机工作状态；
S203.如果处于所述待机工作状态，则所述动力电池输出电压驱动所述电机；
S204.如果未处于所述待机工作状态，判断所述当前工作状态是否处于低功率工作状态；
S205.如果处于所述低功率工作状态，则所述燃料电池输出电压驱动所述电，检测获取所述燃料电池输出电压；
S206.当所述燃料电池输出不足驱动所述电机时，所述动力电池输出电压和所述燃料电池输出电压共同驱动所述电机；
S207.如果未处于所述低功率工作状态，判断所述当前工作状态是否处于全功率工作状态；
S208.如果处于所述全功率工作状态，则所述动力电池输出电压驱动所述电机全功率工作；
S209.当所述动力电池输出电压不足所述电机全功率工作，调整所述燃料电池输出电压至最大输出电压，根据所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压共同驱动所述电机全功率工作。
具体地，当车辆状态处于待机工作状态时，所述电机所需电池全部由所述动力电池输出电压提供，根据所述动力电池的电量载荷，检测所述燃料电池工作状态；当车辆状态切换至低功率工作状态时，所述燃料电池输出电压驱动所述电机工作，当所述燃料电池输出电压不足驱动所述电机工作时，由所述所述动力电池输出电压进行补足；当车辆状态切换至全功率工作状态时，所述动力电池输出电压驱动所述电机工作，所述动力电池输出电压不足所述电机全功率工作，调整所述燃料电池输出电压为最大输出电压，所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压共同驱动所述电机全功率工作。
本实施例二提供一种基于所述燃料电池驱动系统的控制方法，采用动力电池和燃料电池共同驱动电机，减少燃料电池的功率消耗，避免因空气压缩机功率和转速的提高导致的燃料电池极化现象，提高了燃料电池的动态响应性，同时缩小了燃料电池的体积，提高了燃料电池的散热性，降低了能源消耗，节约成本。
实施例三
本实施例三提供一种基于所述燃料电池驱动系统的控制方法，包括：
S101.当接收到燃料电池驱动请求时，启动燃料电池，获取所述燃料电池输出电压；
S102.调节所述燃料电池输出电压，使所述燃料电池输出电压与动力电池输出电压一致；
S103.获取车辆的当前工作状态，基于所述当前工作状态调整驱动电机所需的所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压。
进一步地，基于所述当前工作状态调整驱动电机所需的所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压包括：
S201.获取车辆的当前工作状态；
S202.判断所述当前工作状态是否处于待机工作状态；
S203.如果处于所述待机工作状态，则所述动力电池输出电压驱动所述电机；
S204.如果未处于所述待机工作状态，判断所述当前工作状态是否处于低功率工作状态；
S205.如果处于所述低功率工作状态，则所述燃料电池输出电压驱动所述电，检测获取所述燃料电池输出电压；
S206.当所述燃料电池输出不足驱动所述电机时，所述动力电池输出电压和所述燃料电池输出电压共同驱动所述电机；
S207.如果未处于所述低功率工作状态，判断所述当前工作状态是否处于全功率工作状态；
S208.如果处于所述全功率工作状态，则所述动力电池输出电压驱动所述电机全功率工作；
S209.当所述动力电池输出电压不足所述电机全功率工作，调整所述燃料电池输出电压至最大输出电压，根据所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压共同驱动所述电机全功率工作。
具体地，当车辆状态处于待机工作状态时，所述电机所需电池全部由所述动力电池输出电压提供，根据所述动力电池的电量载荷，检测所述燃料电池工作状态；当车辆状态切换至低功率工作状态时，所述燃料电池输出电压驱动所述电机工作，当所述燃料电池输出电压不足驱动所述电机工作时，由所述动力电池输出电压进行补足；当车辆状态切换至全功率工作状态时，所述动力电池输出电压驱动所述电机工作，所述动力电池输出电压不足所述电机全功率工作，调整所述燃料电池输出电压为最大输出电压，所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压共同驱动所述电机全功率工作。
进一步地，如果为处于所述全功率工作状态，判断所述当前工作状态是否处于城市循环工作状态或高速巡航工作状态；
当处于城市循环工作状态，则所述动力电池输出电压驱动所述电机工作，所述燃料电池输出电压驱动所述电机维持工作；
当处于高速巡航工作状态，则所述燃料电池输出电压驱动所述电机工作。
本实施例三提供一种基于所述燃料电池驱动系统的控制方法，采用动力电池和燃料电池共同驱动电机，减少燃料电池的功率消耗，避免因空气压缩机功率和转速的提高导致的燃料电池极化现象，提高了燃料电池的动态响应性，同时缩小了燃料电池的体积，提高了燃料电池的散热性，降低了能源消耗，节约成本。
实施例四
本实施例四提供了一种车辆，如图1所示，包括燃料箱6和燃料电池驱动系统，所述燃料电池驱动系统设置在所述车辆内部。
具体地，所述燃料电池驱动系统包括燃料电池1、动力电池2、电机3、转换器4和控制器5；
所述燃料电池1与所述转换器4连接，所述转换器4用于调整所述燃料电池1输出电压，使所述燃料电池1输出电压与所述动力电池2输出电压一致；
所述动力电池2和所述转换器4均与所述控制器5电连接，所述控制器5用于控制所述燃料电池1和所述动力电池2共同驱动所述电机3工作。
优选地，所述燃料电池1为氢燃料电池。
进一步地，所述氢燃料电池输出功率至少为20KW。
优选地，所述动力电池2为三元材料锂电池。
进一步地，所述三元材料锂电池最高输出功率为90KW。
进一步地，所述三元材料锂电池功率密度为150wh/kg。
进一步地，所述三元材料锂电池容量为1.2C。
优选地，所述转换器4为DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于升高所述燃料电池1输出电压。
具体地，所述燃料箱6与所述燃料电池1连接。
进一步地，所述燃料箱6为氢气储存罐，用于提供和储存氢气至所述燃料电池。
具体地，当车辆状态处于待机工作状态时，所述电机3所需电池全部由所述动力电池2输出电压提供，根据所述动力电池2的电量载荷，检测所述燃料电池1工作状态；当车辆状态切换至低功率工作状态时，所述燃料电池1输出电压驱动所述电机3工作，当所述燃料电池1输出电压不足驱动所述电机3工作时，由所述动力电池2输出电压进行补足；当车辆状态切换至全功率工作状态时，所述动力电池2输出电压驱动所述电机3工作，所述动力电池2输出电压不足所述电机3全功率工作，调整所述燃料电池1输出电压为最大输出电压，所述燃料电池1输出电压和所述动力电池2输出电压共同驱动所述电机3全功率工作。
一些实施例中，车辆根据不同的路况选择不同的工作状态，还包括城市循环工作状态和高速巡航工作状态，当车辆工作状态处于城市循环工作状态时，所述动力电池2输出电压驱动所述电机3工作，所述燃料电池1输出电压维护所述电机3持续工作；当车辆工作状态处于高速巡航工作状态时，所述燃料电池1输出电压驱动所述电机3工作。
本实施例四提供一种车辆，采用所述燃料电池驱动系统，能够减少燃料电池的功率消耗，避免因空气压缩机功率和转速的提高导致的燃料电池极化现象，提高了燃料电池的动态响应性，同时缩小燃料电池的体积，提高燃料电池的散热性，节约成本和能源消耗，简化分布驱动系统的复杂性，降低设计车辆难度，节约了车辆的空间。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种燃料电池驱动系统，包括燃料电池(1)、动力电池(2)和电机(3)，其特征在于，还包括：转换器(4)和控制器(5)；
所述燃料电池(1)与所述转换器(4)连接，所述转换器(4)用于调整所述燃料电池(1)输出电压，使所述燃料电池(1)输出电压与所述动力电池(2)输出电压一致；
所述动力电池(2)和所述转换器(4)均与所述控制器(5)电连接，所述控制器(5)用于控制所述燃料电池(1)和所述动力电池(2)共同驱动所述电机(3)工作。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池驱动系统，其特征在于，所述燃料电池(1)为氢燃料电池。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池驱动系统，其特征在于，所述氢燃料电池输出功率至少为20KW。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池驱动系统，其特征在于，所述动力电池(2)为三元材料锂电池。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池驱动系统，其特征在于，所述三元材料锂电池最高输出功率为90KW。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池驱动系统，其特征在于，所述转换器(4)为DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于升高所述燃料电池(1)输出电压。
7.一种基于如权利要求1-6项中任意一项所述燃料电池驱动系统的控制方法，包括：
当接收到燃料电池驱动请求时，启动燃料电池，获取所述燃料电池输出电压；
调节所述燃料电池输出电压，使所述燃料电池输出电压与动力电池输出电压一致；
获取车辆的当前工作状态，基于所述当前工作状态调整驱动电机所需的所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，基于所述当前工作状态调整驱动电机所需的所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压包括：
判断所述当前工作状态是否处于待机工作状态；
如果处于所述待机工作状态，则所述动力电池输出电压驱动所述电机；
如果未处于所述待机工作状态，判断所述当前工作状态是否处于低功率工作状态；
如果处于所述低功率工作状态，则所述燃料电池输出电压驱动所述电，检测获取所述燃料电池输出电压；
当所述燃料电池输出不足驱动所述电机时，所述动力电池输出电压和所述燃料电池输出电压共同驱动所述电机；
如果未处于所述低功率工作状态，判断所述当前工作状态是否处于全功率工作状态；
如果处于所述全功率工作状态，则则所述动力电池输出电压驱动所述电机全功率工作；
当所述动力电池输出电压不足所述电机全功率工作，调整所述燃料电池输出电压至最大输出电压，根据所述燃料电池输出电压和所述动力电池输出电压共同驱动所述电机全功率工作。
9.一种车辆，包括燃料箱(6)，其特征在于，包括如权利要求1-6项中任意一项所述燃料电池驱动系统，所述燃料电池驱动系统设置在所述车辆内部，所述燃料箱(6)与所述燃料电池(1)连接。
10.根据权利要求9所述的一种车辆，其特征在于，所述燃料箱(6)为氢气储存罐。
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