CN112109595A - 一种燃料电池的控制系统 - Google Patents

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李卫民
王海滨
毕庆
孙长冬
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Abstract

本发明涉及一种燃料电池的控制系统。该系统的温度传感器固定于燃料电池上，燃料电池通过DC/DC与电源分配单元连接；整车控制器输出端分别与电池控制器和动力电池连接；温度传感器的数据输出端与电池控制器的输入端连接，电池控制器的输出端与DC/DC的控制端连接，电池控制器用于调节燃料电池的输出功率；燃料电池的输出功率最小时，温度传感器采集的温度数据为燃料电池的最低工作温度；动力电池与电源分配单元连接，电源分配单元通过微控制单元与车辆的用电设备连接；电源分配单元用于根据动力电池的参数和燃料电池的输出功率调节车辆的用电设备的供电源。本发明可以提高燃料电池的供电效率。

Description

一种燃料电池的控制系统
技术领域
本发明涉及电池供电领域，特别是涉及一种燃料电池的控制系统。
背景技术
燃料电池广泛应用于新能源汽车、航天、发电站等领域。按电解质分类，目前的燃料电池主要包括以下五类：碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)以及质子交换膜燃料电池(PEMFC)。在新能源汽车领域，燃料电池具有效率高、过载能力强等优点。但是，现有的燃料电池启动时需要对电池电堆进行加热才能达到工作温度，从而导致启动时间较长，影响新能源汽车的经济性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池的控制系统，以提高新能源汽车的经济性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种燃料电池的控制系统，包括：温度传感器、DC/DC、电池控制器、动力电池、电源分配单元、微控制单元和整车控制器；
所述温度传感器固定于燃料电池上，所述燃料电池通过所述DC/DC与所述电源分配单元连接；
所述整车控制器的第一输出端与所述电池控制器的控制端连接，所述温度传感器的数据输出端与所述电池控制器的输入端连接，所述电池控制器的输出端与所述DC/DC的控制端连接，所述电池控制器用于根据所述整车控制器的输出信号和所述温度传感器采集的温度数据调节所述燃料电池的输出功率；所述燃料电池的输出功率最小时，所述温度传感器采集的温度数据为所述燃料电池的最低工作温度；
所述整车控制器的第二输出端与所述动力电池的控制端连接，所述动力电池与所述电源分配单元连接，所述电源分配单元通过所述微控制单元与车辆的用电设备连接；所述电源分配单元用于根据所述动力电池的参数和所述燃料电池的输出功率调节所述车辆的用电设备的供电源。
可选的，还包括电量监测单元；所述电量监测单元用于监测所述动力电池的电量，所述电量监测单元的输出端与所述整车控制器输入端连接，所述整车控制器用于根据所述电量监测单元的监测数据调节所述燃料电池的启停状态。
可选的，当所述燃料电池为启动状态时，所述电池控制器用于根据所述整车控制器的输出信号调节所述燃料电池的供电功率；所述供电功率为所述燃料电池与所述动力电池共同为所述车辆的用电设备供电的输出功率；
当所述燃料电池为停止状态时，所述电池控制器用于根据所述温度传感器采集的温度数据调节所述燃料电池的待机功率，所述待机功率为维持所述燃料电池处于最低工作温度的输出功率。
可选的，所述电源分配单元与所述电量监测单元连接；
所述电源分配单元具体包括：动力电池充电模块、动力电池放电模块和燃料电池放电模块；所述燃料电池通过所述燃料电池放电模块放电；当为所述动力电池充电时，所述燃料电池放电模块与所述动力电池充电模块接通，通过所述燃料电池为所述动力电池充电；当所述动力电池放电时，所述动力电池通过所述动力电池放电模块放电，所述动力电池放电模块和所述燃料电池放电模块共同接至所述电源分配单元的输出端。
可选的，所述电池控制器的型号为EF2275B01。
可选的，还包括：报警装置；所述报警装置与所述电池控制器连接；当所述温度传感器采集的温度数据超出燃料电池正常工作温度范围时，所述电池控制器触发所述报警装置报警。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过将燃料电池的最小输出功率调节为使燃料电池维持最低工作温度的输出功率，从而保证燃料电池无论处于何种状态，均处于工作温度，无需启动时加热，进而提升燃料电池的工作效率。同时，本发明采用电源分配单元智能分配燃料电池和动力电池的电量输出，提高车辆的供电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明燃料电池的控制系统的结构示意图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明燃料电池的控制系统的结构示意图，如图1所示，本发明燃料电池的控制系统包括：温度传感器1、DC/DC2、电池控制器3、动力电池4、电源分配单元5、微控制单元6和整车控制器7；
所述温度传感器1固定于燃料电池8上，温度传感器1用于实时监测燃料电池8的温度。所述燃料电池8通过所述DC/DC2与所述电源分配单元(PDU)5连接，DC/DC2用于调节燃料电池8的输出功率。
所述整车控制器7的第一输出端与所述电池控制器3的控制端连接，所述温度传感器1的数据输出端与所述电池控制器3的输入端连接，所述电池控制器3的输出端与所述DC/DC2的控制端连接，所述电池控制器3用于根据所述整车控制器7的输出信号和所述温度传感器1采集的温度数据调节所述燃料电池8的输出功率；所述燃料电池8的输出功率最小时，所述温度传感器1采集的温度数据为所述燃料电池8的最低工作温度。具体的，当所述燃料电池8为启动状态时，所述电池控制器3用于根据所述整车控制器7的输出信号调节所述燃料电池8的供电功率，此时燃料电池8与所述动力电池4共同为所述车辆的用电设备供电，燃料电池8的供电功率即此时的输出功率。当所述燃料电池8为停止状态时，所述电池控制器3用于根据所述温度传感器1采集的温度数据调节所述燃料电池8的待机功率，所述待机功率为维持所述燃料电池8处于最低工作温度的输出功率。本发明在燃料电池8停止状态时，仍保持燃料电池8有较小的输出功率，进而维持燃料电池8处于最低工作温度，这样当启动燃料电池8时，无需对燃料电池8进行加热，可以快速启动，以提高燃料电池8的供电效率。例如，本发明的电池控制器3可以采用PID控制器根据温度传感器1采集的温度数据保持燃料电池8在停止状态时的待机功率输出。
所述整车控制器7的第二输出端与所述动力电池4的控制端连接，所述动力电池4与所述电源分配单元5连接，所述电源分配单元5通过所述微控制单元(MCU)6与车辆的用电设备连接；所述电源分配单元5用于根据所述动力电池4的参数和所述燃料电池8的输出功率调节所述车辆的用电设备的供电源。电源分配单元5对供电源的分配与动力电池4的电量和车辆的供电模式有关。当车辆的供电模式为纯电模式时，由动力电池4为车辆的发动机供电，由燃料电池8为车辆的辅助设备供电，辅助设备包括空调、车灯等。当车辆的供电模式为混合模式时，由动力电池4和燃料电池8共同为车辆的发动机供电，由燃料电池8为车辆的辅助设备供电。无论车辆处于何种供电模式时，当动力电池4电量不足时，由燃料电池8为车辆的所有用电设备供电，用电设备包括发动机和辅助设备；此外，在燃料电池8供电的同时，燃料电池8多余的电量为动力电池4充电。
具体的，本发明的燃料电池8的控制系统还包括电量监测单元；所述电量监测单元用于监测所述动力电池4的电量，所述电量监测单元的输出端与所述整车控制器7输入端连接，所述整车控制器7用于根据所述电量监测单元的监测数据调节所述燃料电池8的启停状态。即，当动力电池4电量不足时，启动燃料电池8；当动力电池4电量足够时，燃料电池8在不供电的情况下处于停止状态。
作为具体实施例，本发明的所述电源分配单元5与所述电量监测单元连接。所述电源分配单元5具体包括：动力电池4充电模块、动力电池4放电模块和燃料电池8放电模块；所述燃料电池8通过所述燃料电池8放电模块放电；当为所述动力电池4充电时，所述燃料电池8放电模块与所述动力电池4充电模块接通，通过所述燃料电池8为所述动力电池4充电；当所述动力电池4放电时，所述动力电池4通过所述动力电池4放电模块放电，所述动力电池4放电模块和所述燃料电池8放电模块共同接至所述电源分配单元5的输出端。
作为具体实施例，本发明的所述电池控制器3的型号为EF2275B01。
作为具体实施例，本发明的燃料电池8的控制系统还包括：报警装置；所述报警装置与所述电池控制器3连接；当所述温度传感器1采集的温度数据超出燃料电池8正常工作温度范围时，说明燃料电池8可能存在异常，此时所述电池控制器3触发所述报警装置报警，以提醒工作人员及时检修。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种燃料电池的控制系统，其特征在于，包括：温度传感器、DC/DC、电池控制器、动力电池、电源分配单元、微控制单元和整车控制器；
所述温度传感器固定于燃料电池上，所述燃料电池通过所述DC/DC与所述电源分配单元连接；
所述整车控制器的第一输出端与所述电池控制器的控制端连接，所述温度传感器的数据输出端与所述电池控制器的输入端连接，所述电池控制器的输出端与所述DC/DC的控制端连接，所述电池控制器用于根据所述整车控制器的输出信号和所述温度传感器采集的温度数据调节所述燃料电池的输出功率；所述燃料电池的输出功率最小时，所述温度传感器采集的温度数据为所述燃料电池的最低工作温度；
所述整车控制器的第二输出端与所述动力电池的控制端连接，所述动力电池与所述电源分配单元连接，所述电源分配单元通过所述微控制单元与车辆的用电设备连接；所述电源分配单元用于根据所述动力电池的参数和所述燃料电池的输出功率调节所述车辆的用电设备的供电源。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的控制系统，其特征在于，还包括电量监测单元；所述电量监测单元用于监测所述动力电池的电量，所述电量监测单元的输出端与所述整车控制器输入端连接，所述整车控制器用于根据所述电量监测单元的监测数据调节所述燃料电池的启停状态。
3.根据权利要求2所述的燃料电池的控制系统，其特征在于，当所述燃料电池为启动状态时，所述电池控制器用于根据所述整车控制器的输出信号调节所述燃料电池的供电功率；所述供电功率为所述燃料电池与所述动力电池共同为所述车辆的用电设备供电的输出功率；
当所述燃料电池为停止状态时，所述电池控制器用于根据所述温度传感器采集的温度数据调节所述燃料电池的待机功率，所述待机功率为维持所述燃料电池处于最低工作温度的输出功率。
4.根据权利要求2所述的燃料电池的控制系统，其特征在于，所述电源分配单元与所述电量监测单元连接；
所述电源分配单元具体包括：动力电池充电模块、动力电池放电模块和燃料电池放电模块；所述燃料电池通过所述燃料电池放电模块放电；当为所述动力电池充电时，所述燃料电池放电模块与所述动力电池充电模块接通，通过所述燃料电池为所述动力电池充电；当所述动力电池放电时，所述动力电池通过所述动力电池放电模块放电，所述动力电池放电模块和所述燃料电池放电模块共同接至所述电源分配单元的输出端。
5.根据权利要求1所述的燃料电池的控制系统，其特征在于，所述电池控制器的型号为EF2275B01。
6.根据权利要求1所述的燃料电池的控制系统，其特征在于，还包括：报警装置；所述报警装置与所述电池控制器连接；当所述温度传感器采集的温度数据超出燃料电池正常工作温度范围时，所述电池控制器触发所述报警装置报警。
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