CN111431167A - 电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制系统及方法，包括电源装置、整车控制系统和电机控制系统，所述电源装置包括氢燃料电池供电系统，锂电池供电系统和电池管理模块，电池管理模块的控制输出端分别与氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的控制输入端连接，整车控制系统的控制输出端分别与电池管理模块和电机控制系统的控制输入端连接，本发明综合锂电池的剩余电量与外部需求功率的情况，从而分配氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的工作情况，同时随外部负载的变化使电源装置输出功率处于动态变化，提高电力的利用率,进而提高续航能力。

Description

电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制系统及方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体为一种电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制系统及方法。

背景技术

电动拖拉机的发明，大大减轻了拖拉机对柴油、汽油等非可再生资源的依赖,减少了对环境的污染。但是受电池容量限制,现有电动拖拉机均无法长时间进行工作，这大大影响了电动拖拉机的发展和推广，现有的电动拖拉机采用双电源供电系统，采用锂电池和太阳能电池组合模式，但是该组合方式中锂电池作为主要动力来源，太阳能电池作为辅助动力，但锂电池充电需要7-8个小时，工作时间却仅为2-3小时，严重影响使用和正常生产需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制系统及方法，能够使电源装置处于动态的调节过程，有效提高电源装置的电力使用效率，提高续航里数。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制系统，包括电源装置、整车控制系统和电机控制系统，所述电源装置包括氢燃料电池供电系统，锂电池供电系统和电池管理模块，电池管理模块的控制输出端分别与氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的控制输入端连接，整车控制系统的控制输出端分别与电池管理模块和电机控制系统控制输入端连接，所述整车控制系统用于控制整车工作状态，电机控制系统包含主电机、转向电机、提升电机和电机控制器，所述电机控制器的控制输出端分别与主电机、转向电机和提升电机控制输入端相连接，电机控制系统用于控制主电机、转向电机和提升电机的工作状况。

一种电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制方法，其步骤如下：电池管理模块判断锂电池供电系统SOC值，并将该值传送至整车控制系统，整车控制系统判断整车负载的输出功率，同时结合接收到的SOC值，通过电池管理模块控制氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的工作状态，氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的工作状态包括上电模式、工作模式和下电模式，所述氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统工作模式分为自动控制模式和手动控制模式，自动控制模式工作步骤如下：

S1)：整车控制系统依据电池管理系统传输的SOC值和整车负载需求功率判断氢燃料电池供电系统输出功率，锂电池供电系统SOC≤50％，氢燃料电池供电系统启动，若整车负载功率在5KW-15KW，则进入步骤S2；若整车负载功率＜5KW，则进入步骤S3；若整车负载功率＞15KW，则进入步骤S4；若锂电池供电系统SOC>50％，则氢燃料电池供电系统不启动，锂电池供电系统为整车负载提供动力，待锂电池供电系统SOC≤50％时，氢燃料电池供电系统启动，氢燃料电池供电系统启动，其工作状态按锂电池供电系统SOC≤50％进行功率输出；

S2)：氢燃料电池供电系统输出功率依据整车负载所需的输出功率进行输出，对整车进行供电；

S3)：氢燃料电池供电系统输出功率按照氢燃料系统最低输出功率5KW输出进行输出，同时剩余的功率对锂电池供电系统进行充电，并进入S5；

S4)：锂电池供电系统和氢燃料电池供电系统同时对整车进行供电；

S5)：整车控制系统依据锂电池供电系统SOC的值，当锂电池供电系统SOC的值≥80％时，氢燃料电池供电系统停止工作，由锂电池供电系统依据整车负载所需的输出功率进行输出；

所述整车控制系统根据实际情况采用手动模式，氢燃料电池供电系统按照设定的输出功率进行输出。

作为本发明的一种优选技术方案，所述上电模式指锂电池供电系统对氢燃料电池供电系统的启动模块提供高压输出，氢燃料电池供电系统再平缓启动。

作为本发明的一种优选技术方案，所述下电模式包括正常下电模式和非正常下电模式。

作为本发明的一种优选技术方案，所述正常下电模式为电源装置接收到整车控制系统发出停机的信号，进而氢燃料电池供电系统不再输出功率，氢燃料电池供电系统自带的吹扫系统开始工作，待吹扫完成后，氢燃料电池供电系统进入待机模式，整车控制系统接收到氢燃料电池供电系统的待机指令，整车下高压电，然后整车低压下电。

作为本发明的一种优选技术方案，所述非正常下电模式为电源装置接收到整车控制系统发出停机的信号，氢燃料电池供电系统发生故障，整车控制系统未接收到氢燃料电池供电系统待机信号，则整车控制系统延时1-3分钟，整车控制系统直接控制电机系统和电源装置下高压电，进而锂电池供电系统低压下电。

作为本发明的一种优选技术方案，所述电机控制系统包含主电机、转向电机、提升电机和电机控制器，所述电机控制器的控制输出端分别与主电机、转向电机和提升电机控制输入端相连接，电机控制系统用于控制主电机、转向电机和提升电机的工作状况。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明综合锂电池的剩余电量与外部需求功率的情况，从而分配氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的工作情况，同时随外部负载的变化使电源装置输出功率处于动态变化；在车辆处于高功率运行模式时氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统同时为拖拉机供电，当车辆处于平稳运行模式时氢燃料电池供电系统为拖拉机供电，当车辆处于低功率运行模式时锂电池供电系统为拖拉机供电，有效的提高了电力的利用率，提高整车的续航里程；既满足不同的工作模式也保证了电源装置能够根据需求启停。

附图说明

图1为本发明自动控制模式流程框图。

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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制系统，包括电源装置、整车控制系统和电机控制系统，所述电源装置包括氢燃料电池供电系统，锂电池供电系统和电池管理模块，电池管理模块的控制输出端分别与氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的控制输入端连接，整车控制系统的控制输出端分别与电池管理模块和电机控制系统的控制输入端连接，所述整车控制系统用于控制整车工作状态，电机控制系统包含主电机、转向电机、提升电机和电机控制器，所述电机控制器的控制输出端分别与主电机、转向电机和提升电机控制输入端相连接，电机控制系统用于控制主电机、转向电机和提升电机的工作状况。

一种电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制方法，其步骤如下：电池管理模块判断锂电池供电系统SOC值，并将该值传送至整车控制系统，整车控制系统判断整车负载的输出功率，同时结合接收到的SOC值，通过电池管理模块控制氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的工作状态，进而控制氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的工作状态，氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的工作状态包括上电模式，工作模式和下电模式，所述上电模式为锂电池供电系统对氢燃料电池供电系统的启动模块提供高压输出，进而氢燃料电池供电系统再平缓启动，锂电池供电系统对氢燃料电池供电系统的启动模块进行功率输出，为氢燃料电池供电系统营造启动条件，所述下电模式包括正常下电模式和非正常下电模式，所述正常下电模式为电源装置接收到整车控制系统发出停机的信号，进而氢燃料电池供电系统不再输出功率，氢燃料电池供电系统自带的吹扫系统开始工作，待吹扫完成后，氢燃料电池供电系统进入待机模式，整车控制系统接收到氢燃料电池供电系统的待机指令，整车下高压电，然后整车低压下电，吹扫系统对氢燃料电池供电系统进行冷却散热，同时还可以将逸散的氢气进行吹散，大大提高该装置的安全性能，所述非正常下电模式为电源装置接收到整车控制系统发出停机的信号，氢燃料电池供电系统发生故障，整车控制系统未接收到氢燃料电池供电系统待机信号，则整车控制系统延时1-3分钟，整车控制系统直接控制电机系统和电源装置下高压电，进而锂电池供电系统低压下电，通过整车控制系统强制下电，有效的避免意外发生，提高使用的安全性，所述氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统工作模式分为自动控制模式和手动控制模式，自动控制模式工作步骤如下：

S1)：整车控制系统依据电池管理系统传输的SOC值和整车负载需求功率判断氢燃料电池供电系统输出功率，锂电池供电系统SOC≤50％，氢燃料电池供电系统启动，若整车负载功率在5KW-15KW，则进入步骤S2；若整车负载功率＜5KW，则进入步骤S3；若整车负载功率＞15KW，则进入步骤S4；若锂电池供电系统SOC>50％，则氢燃料电池供电系统不启动，锂电池供电系统为整车负载提供动力，待锂电池供电系统SOC≤50％时，氢燃料电池供电系统启动，氢燃料电池供电系统启动，其工作状态按锂电池供电系统SOC≤50％进行功率输出；

S2)：氢燃料电池供电系统输出功率依据整车负载所需的输出功率进行输出，对整车进行供电；

S3)：氢燃料电池供电系统输出功率按照氢燃料系统最低输出功率5KW输出进行输出，同时剩余的功率对锂电池供电系统进行充电，并进入S5；

S4)：锂电池供电系统和氢燃料电池供电系统同时对整车进行供电；

S5)：整车控制系统依据锂电池供电系统SOC的值，当锂电池供电系统SOC的值≥80％时，氢燃料电池供电系统停止工作，由锂电池供电系统依据整车负载所需的输出功率进行输出；

所述整车控制系统根据实际情况采用手动模式，氢燃料电池供电系统按照设定的输出功率进行输出。

本发明根据锂电池供电系统SOC的值和外置的负载，实时调整氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的工作输出模式，提高电力的利用效率，同时该装置采用氢燃料电池供电系统为主要动力源，有效的提高该装置的续航里数和工作时间，更符合实际的生产需要，散热模块对氢燃料电池供电系统进行冷却散热，同时还可以将逸散的氢气进行吹散，大大提高该装置的安全性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制系统，包括电源装置、整车控制系统和电机控制系统，其特征在于：所述电源装置包括氢燃料电池供电系统、锂电池供电系统和电池管理模块，电池管理模块的控制输出端分别与氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的控制输入端连接，整车控制系统的控制输出端分别与电池管理模块和电机控制系统的控制输入端连接。

2.一种电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制方法，其特征在于步骤如下：电池管理模块判断锂电池供电系统SOC值，并将该值传送至整车控制系统，整车控制系统判断整车负载的输出功率，同时结合接收到的SOC值，通过电池管理模块控制氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的工作状态，氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统的工作状态包括上电模式、工作模式和下电模式，所述氢燃料电池供电系统和锂电池供电系统工作模式分为自动控制模式和手动控制模式，自动控制模式工作步骤如下：

S1)：整车控制系统依据电池管理系统传输的SOC值和整车负载需求功率判断氢燃料电池供电系统输出功率，锂电池供电系统SOC≤50％，氢燃料电池供电系统启动，若整车负载功率在5KW-15KW，则进入步骤S2；若整车负载功率＜5KW，则进入步骤S3；若整车负载功率＞15KW，则进入步骤S4；若锂电池供电系统SOC>50％，则氢燃料电池供电系统不启动，锂电池供电系统为整车负载提供动力，待锂电池供电系统SOC≤50％时，氢燃料电池供电系统启动，氢燃料电池供电系统启动，其工作状态按锂电池供电系统SOC≤50％进行功率输出；

S2)：氢燃料电池供电系统输出功率依据整车负载所需的输出功率进行输出，对整车进行供电；

S3)：氢燃料电池供电系统输出功率按照氢燃料系统最低输出功率5KW输出进行输出，同时剩余的功率对锂电池供电系统进行充电，并进入S5；

S4)：锂电池供电系统和氢燃料电池供电系统同时对整车进行供电；

S5)：整车控制系统依据锂电池供电系统的值，当锂电池供电系统SOC的值≥80％时，氢燃料电池供电系统停止工作，由锂电池供电系统依据整车负载所需的输出功率进行输出；

所述整车控制系统根据实际情况采用手动模式，氢燃料电池供电系统按照设定的输出功率进行输出。

3.根据权利要求2所述的一种电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制方法，其特征在于：所述上电模式为锂电池供电系统对氢燃料电池供电系统的启动模块提供高压输出，进而氢燃料电池供电系统再平缓启动。

4.根据权利要求2所述的一种电动拖拉机的氢燃料电池和锂电池的供电控制方法，其特征在于：所述下电模式包括正常下电模式和非正常下电模式。

5.根据权利要求4所述的一种电动拖拉机的氢燃料电池和锂电池的供电控制方法，其特征在于：所述正常下电模式为电源装置接收到整车控制系统发出停机的信号，进而氢燃料电池供电系统不再输出功率，氢燃料电池供电系统自带的吹扫系统开始工作，待吹扫完成后，氢燃料电池供电系统进入待机模式，整车控制系统接收到氢燃料电池供电系统的待机指令，整车下高压电，然后整车低压下电。

6.根据权利要求4所述的一种电动拖拉机的氢燃料电池和锂电池的供电控制方法，其特征在于：所述非正常下电模式为电源装置接收到整车控制系统发出停机的信号，氢燃料电池供电系统发生故障，整车控制系统未接收到氢燃料电池供电系统待机信号，则整车控制系统延时1-3分钟，整车控制系统直接控制电机系统和电源装置下高压电，进而整车低压下电。

7.根据权利要求1所述的一种电动拖拉机氢燃料电池和锂电池的供电控制系统，其特征在于：所述电机控制系统包含主电机、转向电机、提升电机和电机控制器，所述电机控制器的控制输出端分别与主电机、转向电机和提升电机控制输入端相连接，电机控制系统用于控制主电机、转向电机和提升电机的工作状况。

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