CN114312492A - 一种氢燃料电池叉车及其上下电控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种氢燃料电池叉车及其上下电控制系统，涉及新能源领域。本申请所提供的氢燃料电池叉车上下电控制系统通过锂电池为氢燃料电池的控制器进行供电，从而使得控制器能保持工作电压，同时通过加入第一控制开关，从而使控制器能通过第一控制开关控制锂电池的电池管理系统的开闭，从而同步氢燃料电池及锂电池的上下电，维持氢燃料电池叉车上下电控制系统的正常上电下电。与之前通过独立蓄电池进行供电相比，可以直接通过氢燃料电池叉车上下电控制系统中的锂电池维持氢燃料电池的工作用电，无需安装独立蓄电池，因此节省了成本，缩小了空间，同时由于不添加蓄电池，所以保证了氢燃料电池叉车上下电控制系统整体的使用寿命。

Description

一种氢燃料电池叉车及其上下电控制系统

技术领域

本申请涉及新能源领域，特别是涉及一种氢燃料电池叉车及其上下电控制系统。

背景技术

近年来，随着新能源技术的发展，环保要求的不断提高，传统能源动力也逐步向着新能源动力转变，针对于运输行业，在现有的叉车中，由于氢燃料电池对环境无污染，高效率且噪声小的优点，并综合考虑功率以及工作用电范围等，一般采取氢燃料电池和锂电池共同使用，目前氢燃料电池叉车上下电控制系统，主要采用外加独立蓄电池的方式来实现。独立蓄电池为氢燃料电池发电系统中的控制器提供所必须的常电，从而实现蓄电池的上下电控制逻辑。

常规的氢燃料电池叉车上下电控制系统所采用的独立蓄电池一般为铅酸电池，因为这种电池的充放电不需要额外的通讯和控制，更易实现。但这样的做法会带来以下问题，在配备动力锂电池的基础上还要另外增加独立蓄电池，增加成本，且因铅酸电池本身特性限制，其充放电次数远不如锂电池，使用寿命短，且由于外加独立蓄电池，最终导致氢燃料电池叉车上下电控制系统所占空间较大。

鉴于上述技术，寻找一种在保证正常上下电控制情况下较为简单的氢燃料电池叉车上下电控制系统是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种氢燃料电池叉车上下电控制系统，以便于解决当前氢燃料电池叉车上下电控制系统为保证正常上下电控制的情况下，需要增加独立蓄电池所导致的成本增加，整体寿命变短以及空间占比增大的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种氢燃料电池叉车上下电控制系统，包括：锂电池，氢燃料电池，第一控制开关，第二控制开关；

所述锂电池包括DC转换器、电池管理系统和电芯，所述电芯连接所述DC转换器的输入端，所述DC转换器的输出端连接所述第一控制开关的开关侧的第一端，所述第一控制开关的开关侧的第二端与所述电池管理系统连接，用于控制所述电池管理系统的开闭；

所述氢燃料电池包括控制器及发电元件，所述控制器的输入端与所述DC转换器的输出端连接，以便于接收所述DC转换器所提供的电能，所述发电元件与所述控制器的输出端连接，用于接收所述控制器的控制信号进行发电；

所述第一控制开关的控制端连接所述控制器，以便于根据所述控制器发送的信号从而控制开关侧的开闭；

所述第二控制开关的第一端与所述DC转换器输出端的正极连接，第二端连接所述控制器的启动端口，用于控制所述氢燃料电池启动与关断。

优选地，所述第一控制开关为继电器。

优选地，所述控制器还包括自检装置，当所述第二控制开关闭合后，所述自检装置检测所述氢燃料电池是否存在故障。

优选地，所述控制器还包括电量检测装置，当所述第二控制开关断开后，所述电量检测装置检测所述锂电池的电量是否达到预设标准，以便于根据所述锂电池的电量对所述锂电池进行充电。

优选地，所述电池管理系统还包括故障检测装置，当所述第一控制开关闭合后，所述故障检测装置检测所述锂电池是否存在故障。

优选地，所述控制器还包括报警装置，所述报警装置用于当检测到所述氢燃料电池出现故障时，进行报警。为解决上述问题，本申请还提供一种氢燃料电池叉车，包括上述的氢燃料电池叉车上下电控制系统。

优选地，第二控制开关包括同通同断双路钥匙开关和同通同断双路紧停开关，分别设置于所述氢燃料电池叉车上下电控制系统中以及所述氢燃料电池叉车上下电控制系统与所述氢燃料电池叉车的电气系统之间。

本申请所提供的氢燃料电池叉车上下电控制系统，包括锂电池，氢燃料电池，第一控制开关，第二控制开关，通过锂电池为氢燃料电池的控制器进行供电，从而使得控制器能保持工作电压，同时通过加入第一控制开关，从而使控制器能通过第一控制开关控制锂电池的电池管理系统的开闭，从而同步氢燃料电池及锂电池的上下电，维持氢燃料电池叉车上下电控制系统的正常上电下电。本方案与之前通过独立蓄电池进行供电相比，本方案在保持氢燃料电池叉车上下电控制系统能正常上下电的情况下，可以直接通过氢燃料电池叉车上下电控制系统中的锂电池维持氢燃料电池的工作用电，因此无需安装独立蓄电池，因此节省了成本，缩小了空间，同时由于不添加蓄电池，所以保证了氢燃料电池叉车上下电控制系统的使用寿命。

本申请所提供的氢燃料电池叉车包含上述的氢燃料电池叉车上下电控制系统，因此有益效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种氢燃料电池叉车上下电控制系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护范围。

本申请的核心是提供一种氢燃料电池叉车上下电控制系统，以便于解决当前氢燃料电池叉车上下电控制系统为保证正常上下电需要增加独立蓄电池所导致的成本增加，整体寿命变短以及空间占比增大的问题。

本申请所提及的氢燃料电池叉车上下电控制系统可以是单独的个体，也可以与其他装置联合使用，例如与车体部件同时使用，所组成的新能源汽车，与发电部件与传电部件组合所组成的发电器等等。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

为解决上述技术问题，图1为本申请实施例提供的一种氢燃料电池叉车上下电控制系统结构图，如图1所示，该氢燃料电池叉车上下电控制系统包括：锂电池1，氢燃料电池2，第一控制开关3，第二控制开关4；

锂电池1包括DC转换器5、电池管理系统6和电芯7，电芯7连接DC转换器5的输入端，DC转换器5的输出端第一控制开关3的开关侧的第一端，第一控制开关3的开关侧的第二端与电池管理系统6连接，用于控制电池管理系统6的开闭；

氢燃料电池2包括控制器8及发电元件9，控制器8的输入端与DC转换器5的输出端连接，以便于接收DC转换器5所提供的工作电压，发电元件9与控制器8的输出端连接，用于接收控制器8的控制信号进行发电；

第一控制开关3的控制端连接控制器8，以便于根据控制器8发送的信号从而控制开关侧的开闭；

第二控制开关4的第一端与DC转换器5输出端的正极连接，第二端连接控制器8的启动端口，用于控制氢燃料电池2启动与关断。

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极，常规的干电池、蓄电池是一种储能装置，是把电能贮存起来，需要时再释放出来；而氢燃料电池严格地说是一种发电装置，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。

锂电池是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常是不可充电的，且内含金属态的锂。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可以理解的是，在当前的氢燃料电池叉车上下电控制系统中，需要对锂电池进行充电处理，因此本申请中的锂电池为锂离子电池，此后不再赘述。

本实施例中，氢燃料电池叉车上下电控制系统的电能由氢燃料电池2发电系统和锂电池1两部分共同提供，锂电池1通过DC转换器5提供氢燃料电池2控制器8工作电压，从而维持正常工作状态，一般来说正常工作状态的工作电压为24V，本实施例中对于锂电池1及氢燃料电池2的型号等本身性质不进行限定。

需要说明的是，本申请中所提及的氢燃料电池2的控制器8可以包括但不限于燃料电池控制单元（Fuel-cell Control Unit，FCU）控制器，循环泵控制器，燃料电池电动汽车DC/DC变换器（DC/DC Converter for Fuel Cell EV，DCF）控制器，空压机控制器，水泵控制器，节温器控制器，组合阀控制器，背压阀控制器等等，考虑到多个控制器的硬件复杂度高，代码冗余量大，可优选使用基于多核运算的域控制器技术开始取代上述分布式的众多控制器。

本申请对于第一控制开关3的类型不进行限定，第一控制开关3可以是MOS管，三极管，继电器等等。

针对于本实施例中提供的氢燃料电池叉车上下电控制系统，其上电步骤如下，当用户闭合第二控制开关4后，接通DC转换器5与控制器8，通过DC拉高控制器8的电压，从而启动氢燃料电池2的控制器8，控制器8控制第一控制开关3的开关侧闭合，接通锂电池1的电池管理系统6，电池管理系统6驱动锂电池1对外放电，同时该控制器8启动氢燃料电池2内部的发电元件9，氢燃料电池2对外放电，完成锂电池1以及氢燃料电池2的对外放电，完成上电步骤。

针对于本实施例中提供的氢燃料电池叉车上下电控制系统，其下电步骤如下，当用户断开第二控制开关4后，控制器8开启下电吹扫，及清扫氢燃料电池2内部的水及杂质等等，等待下电吹扫完成后，控制器8控制氢燃料电池2的发电元件9停止工作，从而停止氢燃料电池2的对外供电，随后控制器8自身进行下电关机，由于控制器8下电关机，所以第一控制开关3的控制端无输入信号，从而断开第一控制开关3的开关侧，开关侧断开后，锂电池1中的电池管理系统6下电，从而停止锂电池1对外放电，完成下电步骤。

本实施例所提供的氢燃料电池叉车上下电控制系统，包括锂电池1，氢燃料电池2，第一控制开关3，第二控制开关4，通过锂电池1为氢燃料电池2的控制器8进行供电，从而使得控制器8能保持工作电压，同时通过加入第一控制开关3，从而使控制器8能通过第一控制开关3控制锂电池1的电池管理系统6的开闭，从而同步氢燃料电池2及锂电池1的上下电，维持氢燃料电池叉车上下电控制系统的正常上电下电。本方案与之前通过独立蓄电池进行供电相比，本方案在保持氢燃料电池叉车上下电控制系统能正常上下电的情况下，可以直接通过氢燃料电池叉车上下电控制系统中的锂电池1维持氢燃料电池2的工作用电，因此无需安装独立蓄电池，因此节省了成本，缩小了空间，同时由于不添加蓄电池，所以保证了氢燃料电池叉车上下电控制系统的整体使用寿命。

上述实施例中，未对第一控制开关3进行限定，例如可以是继电器、三极管及MOS管等等在此提出优选方案，第一控制开关3为继电器。

继电器，也称电驿，是一种电子控制器8件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

需要说明的是，对于继电器而言，线圈即是继电器的控制端，而触点即为开关端，由于继电器具有自动调节，所以能够在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用，从而增强氢燃料电池叉车上下电控制系统的安全性。

考虑到进行上电时，需要对氢燃料电池2内部的故障进行检测以及排除，在此提出优选方案，控制器8还包括自检装置，当第二控制开关4闭合后，自检装置检测氢燃料电池2是否存在故障。

需要说明的是，本实施例中对于自检装置的具体类型不进行限定，针对氢燃料电池2的发电元件9等，可以包括温度传感器，电量传感器，即对应的数模转化器等等，通过数模转化检测相关元件是否符合标准，从而防止氢燃料电池2在存在故障的情况下进行发电所引起的安全事故，增强了氢燃料电池叉车上下电控制系统的安全性。

考虑到锂电池1为蓄电池，在较低电量的情况下工作会影响寿命，因此在此提出优选方案，控制器8还包括电量检测装置，当第二控制开关4断开后，电量检测装置检测锂电池1的电量是否达到预设标准，根据锂电池1的电量决定是否对锂电池1进行充电。

需要说明的是，由于锂电池1本身的性质，当电量过低时进行继续运行放电会降低离子活性，从而导致锂电池1的寿命受到影响，同时需要保证在下次上电时，锂电池1具有足够的电压能维持控制器8的工作电压，因此通过电量检测装置，检测锂电池1的电量是否达到预设标准，如果是，在进行下电操作，如果否，先对使用氢燃料电池2对锂电池1进行充电，充电后，再进行下电操作。

通过上述步骤，保证了锂电池1不会在底电量的情况下进行工作，从而防止锂电池1的离子活性降低，从而增长锂电池1的寿命。

考虑到进行上电时，需要对锂电池1内部的故障进行检测以及排除，电池管理系统6还包括故障检测装置，当第一控制开关3闭合后，故障检测装置检测锂电池1是否存在故障。

需要说明的是，本实施例中对于故障检测装置的具体类型不进行限定，针对锂电池1内部的电芯7，DC转换器5等元件，可以包括电流传感器，电压传感器，检测电路，即对应的数模转化器等等，通过数模转化检测相关元件是否符合标准，从而锂电池1在存在故障的情况下进行发电所引起的安全事故，增强了氢燃料电池叉车上下电控制系统的安全性。

上述实施例中对于氢燃料电池叉车上下电控制系统的通过自检装置对氢燃料电池2进行检测，考虑到需要及时对故障进行处理，在此提出优选方案，控制器8还包括报警装置，报警装置用于检测到氢燃料电池2出现故障时，进行报警。

本实施例中，对于报警装置的具体类型不进行限定，可以包括但不限于蜂鸣器、指示灯、仪表显示等等。

通过在氢燃料电池2出现故障时，使用报警装置进行及时报警，防止氢燃料电池2因异常工作而损坏，保证了氢燃料电池2的使用寿命。

根据上述方案，容易想到的是，针对锂电池1的故障检测也可以设置报警装置，在此不进行赘述。

本申请还提供一种氢燃料电池叉车，包括上述的氢燃料电池叉车上下电控制系统。由于氢燃料电池叉车包含上述的氢燃料电池叉车上下电控制系统，因此具体实施例即有益效果见氢燃料电池叉车上下电控制系统部分，在此不进行赘述。

考虑到氢燃料电池叉车电源的及时开闭，因此，第二控制开关4包括同通同断双路钥匙开关和同通同断双路紧停开关，分别设置于氢燃料电池叉车上下电控制系统中以及氢燃料电池叉车上下电控制系统与氢燃料电池叉车的电气系统之间。

需要说明的是，通过上述的两个同通同断开关，从而保证了在氢燃料电池叉车上下电控制系统上电的情况下，整车上电，氢燃料电池叉车上下电控制系统下电的情况下，整车下电，且由于同时存在钥匙开关和紧停开关，只有两个开关同时导通时，即用户同时打开氢燃料电池叉车上钥匙且拉开紧停才进行上电启动，任意一个开关断开即下电关断，因此保证了氢燃料电池叉车的安全性。

以上对本申请所提供的氢燃料电池叉车及其氢燃料电池进行了详细介绍。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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种氢燃料电池叉车上下电控制系统，其特征在于，包括：锂电池，氢燃料电池，第一控制开关，第二控制开关；

所述锂电池包括DC转换器、电池管理系统和电芯，所述电芯连接所述DC转换器的输入端，所述DC转换器的输出端连接所述第一控制开关的开关侧的第一端，所述第一控制开关的开关侧的第二端与所述电池管理系统连接，用于控制所述电池管理系统的开闭；

所述氢燃料电池包括控制器及发电元件，所述控制器的输入端与所述DC转换器的输出端连接，以便于接收所述DC转换器所提供的电能，所述发电元件与所述控制器的输出端连接，用于接收所述控制器的控制信号进行发电；

所述第一控制开关的控制端连接所述控制器，以便于根据所述控制器发送的信号从而控制开关侧的开闭；

所述第二控制开关的第一端与所述DC转换器输出端的正极连接，第二端连接所述控制器的启动端口，用于控制所述氢燃料电池启动与关断。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池叉车上下电控制系统，其特征在于，所述第一控制开关为继电器。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池叉车上下电控制系统，其特征在于，所述控制器还包括自检装置，当所述第二控制开关闭合后，所述自检装置检测所述氢燃料电池是否存在故障。

4.根据权利要求3所述的氢燃料电池叉车上下电控制系统，其特征在于，所述控制器还包括电量检测装置，当所述第二控制开关断开后，所述电量检测装置检测所述锂电池的电量是否达到预设标准，以便于根据所述锂电池的电量对所述锂电池进行充电。

5.根据权利要求4所述的氢燃料电池叉车上下电控制系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括故障检测装置，当所述第一控制开关闭合后，所述故障检测装置检测所述锂电池是否存在故障。

6.根据权利要求5所述的氢燃料电池叉车上下电控制系统，其特征在于，所述控制器还包括报警装置，所述报警装置用于当检测到所述氢燃料电池出现故障时，进行报警。

7.一种氢燃料电池叉车，其特征在于，包括权利要求1至6任意一项所述的氢燃料电池叉车上下电控制系统。

8.根据权利要求7所述的氢燃料电池叉车，其特征在于，第二控制开关包括同通同断双路钥匙开关和同通同断双路紧停开关，分别设置于所述氢燃料电池叉车上下电控制系统中以及所述氢燃料电池叉车上下电控制系统与所述氢燃料电池叉车的电气系统之间。

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