CN114559862A

CN114559862A - 一种使用dc集成动力电池实现高效功率分配的结构

Info

Publication number: CN114559862A
Application number: CN202210416430.6A
Authority: CN
Inventors: 胡恒伟; 李飞强; 戴丽君; 高云庆
Original assignee: Beijing Sinohytec Co Ltd
Current assignee: Beijing Sinohytec Co Ltd
Priority date: 2022-04-20
Filing date: 2022-04-20
Publication date: 2022-05-31

Abstract

本发明提供了一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，包括电堆，通过线路与所述电堆的输入端和输出端电性连接的冷却子系统、空气子系统、氢气子系统和控制器；所述控制器通过线路连接有DCDC，所述DCDC通过线路连接有整车动力电池、整车辅耗零部件以及DC集成动力电池，所述整车动力电池与整车辅耗零部件之间通过线路互相连接，所述整车动力电池和整车辅耗零部件均通过线路与所述DC集成动力电池相连接，所述DC集成动力电池的外部设有第一温度保持组件，所述整车动力电池的外部设有第二温度保持组件。本发明能够实现对整车功率需求的快速响应，以及更好的满足整车0功率点的需求。

Description

一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构

技术领域

本发明主要涉及燃料电池的技术领域，具体涉及一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转化为电能的化学装置，又称电化学发电器。

根据申请号为CN202010416831.2的专利文献所提供的一种燃料电池系统集群的功率分配方法及装置可知，该燃料电池的功率分配方法包括：S1、在燃料电池系统集群启动时，控制基准燃料电池系统启动；其中，基准燃料电池系统是预先从燃料电池系统集群内所有燃料电池系统中选择得到；S2、在基准燃料电池系统的输出功率大于第一预设功率时，优先控制燃料电池系统集群内最高输出效率最大的燃料电池系统启动，以在启动的所有燃料电池系统之间平均分配燃料电池系统集群的总输出功率；S3、重复执行步骤S2，直至燃料电池系统集群内所有燃料电池系统全部启动，并在所有燃料电池系统之间平均分配燃料电池系统集群的总输出功率。本发明能够在逐级启动的各套燃料电池系统之间平均分配功率，实现优化燃料电池系统集群效率。

目前燃料电池系统与整车能量匹配策略基于整车动力电池的剩余电量（SOC）定制，但由于燃料电池系统从启动到输出电能需要较长响应时间，无法及时处理紧急情况，目前商用车对0功率点的需求愈发明显，目前技术路线设计0功率点基于燃料电池内部参数使输出功率为0，但偏离燃料电池堆适合工况，长期使用会使燃料电池系统寿命衰减。

发明内容

本发明主要提供了一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，包括电堆，通过线路与所述电堆的输入端和输出端电性连接的冷却子系统、空气子系统、氢气子系统和控制器，所述控制器与所述冷却子系统、空气子系统、氢气子系统以及电堆通讯连接；

所述控制器通过线路连接有DCDC，所述DCDC通过线路连接有整车动力电池、整车辅耗零部件以及DC集成动力电池，所述整车动力电池与整车辅耗零部件之间通过线路互相连接，所述整车动力电池和整车辅耗零部件均通过线路与所述DC集成动力电池相连接，所述DC集成动力电池的外部设有第一温度保持组件，所述整车动力电池的外部设有第二温度保持组件，所述第二温度保持组件的结构与所述第一温度保持组件的结构相同。

进一步的，所述整车动力电池与所述DCDC之间连接的线路上依次设有第一继电器和第二继电器。

进一步的，所述整车辅耗零部件与所述DCDC之间连接的线路上依次设有第三继电器和第四继电器。

进一步的，所述整车动力电池与所述DCDC、整车辅耗零部件之间通讯连接。

进一步的，所述DCDC与所述整车动力电池、DC集成动力电池之间通讯连接。

进一步的，所述第一温度保持组件包括套设于所述DC集成动力电池顶端外表面的U形换热板，套设于所述U形换热板外部的防尘套，以及设于所述防尘套与U形换热板之间的蛇形换热管，两个所述蛇形换热管嵌入于所述U形换热板的壳体上，且两个所述U形换热板以所述DC集成动力电池为中心轴对称设置，在本发明中，通过将不同温度的液体通入蛇形换热管的内部，以使DC集成动力电池适应环境温度的变换，满足温度方面的工作要求。

进一步的，所述第一温度保持组件还包括由上至下依次安装于所述U形换热板两侧表面的第一换热气囊，相邻两个所述第一换热气囊之间设有安装于所述防尘套内壁表面的第二换热气囊，所述第一换热气囊的进气端通过软管与相邻所述第二换热气囊的出气端相连接，在本发明中，通过向第一换热气囊和第二换热气囊内充入不同温度的气体，以辅助蛇形换热管与DC集成动力电池进行换热。

进一步的，所述第一温度保持组件还包括与所述第一换热气囊相连接的输气机构，所述输气机构包括通过软管与所述第一换热气囊的进气端相连接的三通管，通过软管与所述三通管的进气端相连接的气泵。

进一步的，所述气泵的进气端通过软管延伸至所述防尘套的内部连接有进气板，所述进气板的顶端依序安装有多个吸气头，在本发明中，防尘套内部底端因下沉而堆积的冷空气经过吸气头进入进气板，并通过进气板流入到气泵内。

进一步的，所述第一温度保持组件还包括安装于所述U形换热板上表面的导流板，以及通过软管与所述第一换热气囊的出气端连接的出气板，所述出气板的底端安装有多个出气头，在本发明中，通过出气板底端的出气头喷向导流板，通过导流板引导，使得该用于换热的气体均匀地分别在DC集成动力电池顶端。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

其一，本发明采用DC集成动力电池与DC并联向整车输出的形式，可以使能量匹配的控制策略更完善，在整车动力电池下降至自身保护阈值前，通过DC集成动力电池可以提前启动燃料电池系统，向DC集成动力电池输出电能，随后根据策略以及DC输出端的继电器控制向整车输出的线路，实现对整车功率需求的快速响应；

其二，本发明对于整车的0功率点需求可通过继电器之间的配合实现由燃料电池系统输出给DC集成动力电池，断开DC输出端以及整车动力电池输入端的继电器，由DC集成动力电池输出与整车功耗辅件的消耗达到平衡，从而更好的满足整车0功率点的需求。

以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。

附图说明

图1为本发明的示意图一；

图2为本发明的示意图二；

图3为本发明DC集成动力电池和第一温度保持组件的结构示意图；

图4为本发明第一温度保持组件的分解图；

图5为本发明DC集成动力电池、第一换热气囊和第二换热气囊的结构示意图；

图6为本发明输气机构、第一换热气囊和第二换热气囊的结构示意图；

图7为图6中A区结构放大图；

图8为本发明的流程图。

图中：10、电堆；20、冷却子系统；30、空气子系统；40、氢气子系统；50、控制器；60、DCDC；70、整车动力电池；71、第一继电器；72、第二继电器；73、第二温度保持组件；80、整车辅耗零部件；90、DC集成动力电池；91、第一温度保持组件；911、U形换热板；912、防尘套；913、蛇形换热管；914、第一换热气囊；915、第二换热气囊；916、输气机构；9161、三通管；9162、气泵；9163、进气板；9164、吸气头；917、导流板；918、出气板。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例，请参照附图1-8，一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，包括电堆10，通过线路与所述电堆10的输入端和输出端电性连接的冷却子系统20、空气子系统30、氢气子系统40和控制器50，所述控制器50与所述冷却子系统20、空气子系统30、氢气子系统40以及电堆10通讯连接；

所述控制器50通过线路连接有DCDC60，所述DCDC60通过线路连接有整车动力电池70、整车辅耗零部件80以及DC集成动力电池90，所述整车动力电池70与整车辅耗零部件80之间通过线路互相连接，所述整车动力电池70和整车辅耗零部件80均通过线路与所述DC集成动力电池90相连接，所述DC集成动力电池90的外部设有第一温度保持组件91，所述整车动力电池70的外部设有第二温度保持组件73，所述第二温度保持组件73的结构与所述第一温度保持组件91的结构相同；

所述整车动力电池70与所述DCDC60之间连接的线路上依次设有第一继电器71和第二继电器72；

所述整车辅耗零部件80与所述DCDC60之间连接的线路上依次设有第三继电器81和第四继电器82；

所述整车动力电池70与所述DCDC60、整车辅耗零部件80之间通讯连接；

所述DCDC60与所述整车动力电池70、DC集成动力电池90之间通讯连接。

具体的，请着重参照附图3和4，所述第一温度保持组件91包括套设于所述DC集成动力电池90顶端外表面的U形换热板911，套设于所述U形换热板911外部的防尘套912，以及设于所述防尘套912与U形换热板911之间的蛇形换热管913，两个所述蛇形换热管913嵌入于所述U形换热板911的壳体上，且两个所述U形换热板911以所述DC集成动力电池90为中心轴对称设置；

需要说明的是，在本实施例中，DC集成动力电池90通过U形换热板911与蛇形换热管913进行热量交换，通过将不同温度的液体通入蛇形换热管913的内部，以使DC集成动力电池90适应环境温度的变换，满足温度方面的工作要求。

具体的，请着重参照附图4、5和6，所述第一温度保持组件91还包括由上至下依次安装于所述U形换热板911两侧表面的第一换热气囊914，相邻两个所述第一换热气囊914之间设有安装于所述防尘套912内壁表面的第二换热气囊915，所述第一换热气囊914的进气端通过软管与相邻所述第二换热气囊915的出气端相连接；

所述第一温度保持组件91还包括与所述第一换热气囊914相连接的输气机构916，所述输气机构916包括通过软管与所述第一换热气囊914的进气端相连接的三通管9161，通过软管与所述三通管9161的进气端相连接的气泵9162；

所述气泵9162的进气端通过软管延伸至所述防尘套912的内部连接有进气板9163，所述进气板9163的顶端依序安装有多个吸气头9164；

所述第一温度保持组件91还包括安装于所述U形换热板911上表面的导流板917，以及通过软管与所述第一换热气囊914的出气端连接的出气板918，所述出气板918的底端安装有多个出气头；

需要说明的是，在本实施例中，通过向第一换热气囊914和第二换热气囊915内充入不同温度的气体，以辅助蛇形换热管913与DC集成动力电池90进行换热，且通过膨胀的第一换热气囊914和第二换热气囊915为DC集成动力电池90提供缓冲；

进一步的，在气泵9162的作用下，用于换热的气体通过软管进入三通管9161，借助三通管9161分流后，从而分别进入到两个处于最底端的第一换热气囊914内，由于第一换热气囊914与相邻第二换热气囊915之间通过软管相连接，以使第二换热气囊915充入用于换热的气体，第一换热气囊914与相邻第二换热气囊915之间连接的软管上设置单向阀，以限制第一换热气囊914与第二换热气囊915内气体的流向；

进一步的，由于进气板9163处于防尘套912内部底端，以使防尘套912内部底端因下沉而堆积的冷空气经过吸气头9164进入进气板9163，并通过进气板9163流入到气泵9162内；

进一步的，处于顶端的第一换热气囊914内多余的气体，通过软管流入出气板918内，通过出气板918底端的出气头喷向导流板917，通过导流板917引导，使得该用于换热的气体均匀地分别在DC集成动力电池90顶端。

本发明的具体操作方式如下：

整车动力电池70满电后，发出零功率需求，断开第一继电器71、第二继电器72，闭合第三继电器81和第四继电器82，断开燃料电池功率输出，DC集成动力电池90给整车辅耗零部件80供电，燃料电池发动机执行正常关机；

判断DC集成动力电池90soc是否达到安全阈值，若未达到安全阈值，则继续正常运行，若达到安全阈值，则启动燃料电池发动机，给DC集成动力电池90供电，判断整车动力电池70是否因过低而无法供电，若整车动力电池70不是因过低而无法供电，则继续正常运行，若整车动力电池70因过低而无法供电，DC集成动力电池90向DCDC60和控制器反向供电，断开第三继电器81和第四继电器82，闭合第一继电器71、第二继电器72，燃料电池发动机开始给整车动力电池70充电，控制器判断整车soc是否恢复安全阈值，若整车soc恢复安全阈值，则停止DC集成动力电池放电，保持继电器状态，结束操作，若整车soc未恢复安全阈值，则重复断开第三继电器81和第四继电器82，闭合第一继电器71、第二继电器72，燃料电池发动机开始给整车动力电池70充电，直至整车soc恢复安全阈值。

上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，其特征在于，包括电堆（10），通过线路与所述电堆（10）的输入端和输出端电性连接的冷却子系统（20）、空气子系统（30）、氢气子系统（40）和控制器（50），所述控制器（50）与所述冷却子系统（20）、空气子系统（30）、氢气子系统（40）以及电堆（10）通讯连接；

所述控制器（50）通过线路连接有DCDC（60），所述DCDC（60）通过线路连接有整车动力电池（70）、整车辅耗零部件（80）以及DC集成动力电池（90），所述整车动力电池（70）与整车辅耗零部件（80）之间通过线路互相连接，所述整车动力电池（70）和整车辅耗零部件（80）均通过线路与所述DC集成动力电池（90）相连接，所述DC集成动力电池（90）的外部设有第一温度保持组件（91），所述整车动力电池（70）的外部设有第二温度保持组件（73），所述第二温度保持组件（73）的结构与所述第一温度保持组件（91）的结构相同。

2.根据权利要求1所述的一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，其特征在于，所述整车动力电池（70）与所述DCDC（60）之间连接的线路上依次设有第一继电器（71）和第二继电器（72）。

3.根据权利要求1所述的一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，其特征在于，所述整车辅耗零部件（80）与所述DCDC（60）之间连接的线路上依次设有第三继电器（81）和第四继电器（82）。

4.根据权利要求1所述的一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，其特征在于，所述整车动力电池（70）与所述DCDC（60）、整车辅耗零部件（80）之间通讯连接。

5.根据权利要求1所述的一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，其特征在于，所述DCDC（60）与所述整车动力电池（70）、DC集成动力电池（90）之间通讯连接。

6.根据权利要求1所述的一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，其特征在于，所述第一温度保持组件（91）包括套设于所述DC集成动力电池（90）顶端外表面的U形换热板（911），套设于所述U形换热板（911）外部的防尘套（912），以及设于所述防尘套（912）与U形换热板（911）之间的蛇形换热管（913），两个所述蛇形换热管（913）嵌入于所述U形换热板（911）的壳体上，且两个所述U形换热板（911）以所述DC集成动力电池（90）为中心轴对称设置。

7.根据权利要求6所述的一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，其特征在于，所述第一温度保持组件（91）还包括由上至下依次安装于所述U形换热板（911）两侧表面的第一换热气囊（914），相邻两个所述第一换热气囊（914）之间设有安装于所述防尘套（912）内壁表面的第二换热气囊（915），所述第一换热气囊（914）的进气端通过软管与相邻所述第二换热气囊（915）的出气端相连接。

8.根据权利要求7所述的一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，其特征在于，所述第一温度保持组件（91）还包括与所述第一换热气囊（914）相连接的输气机构（916），所述输气机构（916）包括通过软管与所述第一换热气囊（914）的进气端相连接的三通管（9161），通过软管与所述三通管（9161）的进气端相连接的气泵（9162）。

9.根据权利要求8所述的一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，其特征在于，所述气泵（9162）的进气端通过软管延伸至所述防尘套（912）的内部连接有进气板（9163），所述进气板（9163）的顶端依序安装有多个吸气头（9164）。

10.根据权利要求9所述的一种使用DC集成动力电池实现高效功率分配的结构，其特征在于，所述第一温度保持组件（91）还包括安装于所述U形换热板（911）上表面的导流板（917），以及通过软管与所述第一换热气囊（914）的出气端连接的出气板（918），所述出气板（918）的底端安装有多个出气头。