CN115421431A - 氢能自行车整车控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了氢能自行车整车控制系统及控制方法，控制方法包括：设置锂电池组：在氢能自行车启动时，为中控系统和氢燃料电池管理系统供电；在氢能自行车启动后，仅为中控系统和仪表供电；设置氢燃料电池管理系统：使氢燃料电池管理系统不包含对锂电池组充电的控制；设置燃料电池电堆：将输出分成两路，一路经过DC‑DC升压电路后与电机控制器连接，一路经过DC‑DC降压后与氢燃料电池管理系统连接。本发明的控制方法使得锂电池组在启动后不再给氢燃料电池管理系统供电，节约了锂电池电量，系统关机时可以减少锂电待机功耗，实现长时间待机，而且达到了提供一种依靠氢能源提供行驶动力的氢能自行车，方便用户使用的目的。

Description

氢能自行车整车控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及氢能源助力车领域，特别涉及氢能自行车整车控制系统及控制方法。

背景技术

氢能助力车以氢气为能源，通过燃料电池电化学反应产生电力为动力，内置储氢装置，采用换氢或充氢方式，是一种安全环保的出行工具。氢能自行车与锂电车相比，多了储氢装置和氢燃料电池电堆，自然整车系统就发生了变化，其中控系统及氢燃料电池管理系统的工作流程也就变得不一样了。同时，申请人已经推出的共享型氢能源助力车上，依然需要锂电池提供较多能量，这对于民用型的氢能源车就提出了较大的挑战：民用车一般看重点在于外观的美观度以及使用的方便度，从美观的角度，车需要设计得轻巧紧凑；从方便使用的角度，需要车辆较轻、而且续航里程长，能减少充电次数，避免需要频繁的进行充氢充电操作。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的氢能源车对锂电池依赖较大，不方便民用的技术问题，提供一种依靠氢能源提供行驶动力的氢能自行车，方便用户使用。

实现本发明目的的技术方案是一种氢能自行车的控制方法，包括：

设置锂电池组：在氢能自行车启动时，为中控系统、仪表和氢燃料电池管理系统供电；在氢能自行车启动后，仅为中控系统和仪表供电；

设置氢燃料电池管理系统：使氢燃料电池管理系统不包含对锂电池组充电的控制；

设置燃料电池电堆：将输出分成两路，一路经过DC-DC升压电路后与电机控制器连接，一路经过DC-DC降压后与氢燃料电池管理系统连接。

进一步的，为了方便用户使用，设置仪表，且完全由锂电池组供电，仪表设置在氢能自行车的车龙头中部上方。

进一步的，重新设置中控系统的位置：将中控系统放置于车辆仪表的电路板下方，一方面使得设计更加紧凑，另一方面，空间有限，也对中控系统的设计提出了难题，因此中控系统仅仅保留CPU、通信模块和定位模块，且接受的信号和控制的部件减少。

进一步的，设置储氢器仓锁和前后灯：使储氢器仓锁和前后灯由氢燃料电池管理系统控制；从而可以进一步降低中控系统的控制复杂度。

进一步的，设置左右刹把：将左右刹把的输出端与中控系统连接；将刹把与位于车龙头的中控系统直连，刹车信号通过通信发送给中控系统的CPU，线路较短，线路可靠性较高；避免了现有技术中左右刹把与电机控制器直连，由于电机控制器安装在车辆座管部位，距离左右刹把较远，线路长，从而带来的高故障风险。

进一步的，设置输入装置：将输入装置的输出端与中控系统连接，所述输入装置包括按键。输入装置的按键包括调节挡位的按键以及手动开关灯的按键等。这样的设计是基于本发明的氢能自行车更需要兼顾民用的需求，用户可以根据自己的喜好换挡，同时，并不需要车辆启动就开灯，可以根据实际需求开灯，同时这样也会更加节省能耗。

进一步的，设置锂电池组：使锂电池组中不包含加热模块；同时设置充电模组，用于锂电池组充电。现有技术中，锂电池组都含有加热模块，一方面成本高，另一方面要控制好也增加了产品的复杂度；在本发明构思下，锂电池组不再为启动后的耗能大的燃料电池电堆和氢燃料电池管理系统供电，不参与续航，只需要为仪表、中控系统供电，因此所需的工作电流很小，申请人发现，低温的环境对锂电池的工作已经没有影响，故设置锂电池组时，不再配置加热模块；对应的，氢燃料电池管理系统中关于对锂电池加热控制和充电控制的功能也均取消，进一步使元器件达到最优化，各司其职，成本最优。

进一步的，设置锂电池组：使锂电池组始终不与电机控制器连接。现有技术中，锂电池组与电机控制器以及氢燃料电池管理系统直接连接，锂电池给电机控制器供电过程不受氢燃料电池管理系统控制，消耗电量较多，锂电池容易亏电。在本发明中，锂电池组不再为电机控制器供电，进一步节省能耗。

本发明同时还提供了一种氢能自行车整车控制系统，包括：

燃料电池电堆，输出分成两路；

氢燃料电池管理系统，燃料电池电堆燃料电池电堆的一路输出经过DC-DC降压后与氢燃料电池管理系统连接；

电机控制器，用于控制氢能自行车的电机；燃料电池电堆的一路输出经过DC-DC升压电路后与电机控制器连接，且与氢燃料电池管理系统双向连接；

中控系统，与氢燃料电池管理系统双向连接；

锂电池组，输出端连接中控系统，同时通过经过DC-DC降压后与氢燃料电池管理系统连接。

进一步的，氢能自行车整车控制系统还包括仪表，所述中控系统设置在仪表的电路板下方。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的优点：本发明的控制方法使得锂电池组在启动后不再给氢燃料电池管理系统供电，节约了锂电池电量，系统关机时可以减少锂电待机功耗，实现长时间待机，而且达到了提供一种依靠氢能源提供行驶动力的氢能自行车，方便用户使用的目的。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的系统的原理框图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

(实施例1)

一种氢能自行车的控制方法，包括：

设置锂电池组：在氢能自行车启动时，为中控系统、仪表和氢燃料电池管理系统供电；在氢能自行车启动后，仅为中控系统和仪表供电；将锂电池组的功耗大幅度降低，启动后，即成为纯氢动力车。

设置氢燃料电池管理系统：使氢燃料电池管理系统不包含对锂电池组充电、加热的控制；因此氢燃料电池管理系统硬件结构、软件控制都比现有技术的简单，成本降低、功耗降低、续航时间也就延长；

设置燃料电池电堆：将输出分成两路，一路经过DC-DC升压电路后与电机控制器连接，一路经过DC-DC降压后与氢燃料电池管理系统连接；将燃料电池电路的输出分别经过升压或者降压后进行输出，电路稳定可靠，易于实现。

为了方便用户使用，设置仪表，且完全由锂电池组供电，仪表设置在氢能自行车的车龙头中部上方；

重新设置中控系统的位置：将中控系统放置于车辆仪表的电路板下方，一方面使得设计更加紧凑，另一方面，空间有限，也对中控系统的设计提出了难题，因此中控系统仅仅保留CPU、通信模块和定位模块，且接受的信号和控制的部件减少；仅仅接收左右刹把以及输入装置的信号，并控制仪表。

设置储氢器仓锁和前后灯：使储氢器仓锁和前后灯由氢燃料电池管理系统控制；从而可以进一步降低中控系统的控制复杂度；

设置左右刹把：将左右刹把的输出端与中控系统连接；将刹把与位于车龙头的中控系统直连，刹车信号通过通信发送给中控系统的CPU，线路较短，线路可靠性较高；避免了现有技术中左右刹把与电机控制器直连，由于电机控制器安装在车辆座管部位，距离左右刹把较远，线路长，从而带来的高故障风险；

设置输入装置：将输入装置的输出端与中控系统连接，所述输入装置包括按键。输入装置的按键包括调节挡位的按键以及手动开关灯的按键等。这样的设计是基于本发明的氢能自行车更需要兼顾民用的需求，用户可以根据自己的喜好换挡，同时，并不需要车辆启动就开灯，可以根据实际需求开灯，同时这样也会更加节省能耗；

设置锂电池组：使锂电池组中不包含加热模块。现有技术中，锂电池组都含有加热模块，一方面成本高，另一方面要控制好也增加了产品的复杂度；在本发明构思下，锂电池组不再为启动后的耗能大的燃料电池电堆和氢燃料电池管理系统供电，不参与续航，只需要为仪表、中控系统供电，因此所需的工作电流很小，申请人发现，低温的环境对锂电池的工作已经没有影响，故设置锂电池组时，不再配置加热模块；对应的，氢燃料电池管理系统中关于对锂电池加热控制和充电控制的功能也均取消，进一步使元器件达到最优化，各司其职，成本最优；此外，使锂电池组始终不与电机控制器连接。现有技术中，锂电池组与电机控制器以及氢燃料电池管理系统直接连接，锂电池给电机控制器供电过程不受氢燃料电池管理系统控制，消耗电量较多，锂电池容易亏电。在本发明中，锂电池组不再为电机控制器供电，进一步节省能耗；

设置充电模组，也叫充电控制器；燃料电池电堆的输出直接与充电模组连接，用于将燃料电池电堆产生的电能给锂电池组充电，氢燃料电池管理系统可以根据锂电池输出的功率以及输出时间估算锂电池的soc值。如果判断锂电池剩余电量不足，则判断燃料电池额定输出功率是否大于电机控制器实时所需功率，如果电机控制器实时所需功率小于燃料电池额定输出功率，则通过电路设计，利用燃料电池电堆给锂电池组充电；

在氢能自行车上设置力矩传感器，电机控制器输出的功率由力矩传感器数据来进行调控，通过力矩传感器的数据及时分析电机驱动所需功率，从而氢燃料电池管理系统能够实时调整运行方式，输出电机控制器所需功率；

在氢能自行车车把上设置传感器，传感器采集的数据传输给氢燃料电池管理系统，当感应到用户单手骑车时，关闭氢助力；当感应到用户双手脱把时，关闭氢助力并且报警。传感器可以根据需要选择，只要能满足前述功能需要即可。

设置脚踏板，在脚踏板上设置传感器，如果用户没有将双脚按照规定放在脚踏板上，则报警提示，若检测到其他异常情形，也分别报警，如持续蹬踏等。

(实施例2)

如图1所示，本实施例的控制系统的配置是为了实现本发明的控制方法的发明构思。

一种氢能自行车整车控制系统，包括：

燃料电池电堆，输出分成两路，一路供给电机控制器，一路供给氢燃料电池管理系统，同时也受氢燃料电池管理系统控制；

氢燃料电池管理系统，燃料电池电堆燃料电池电堆的一路输出经过DC-DC降压后与氢燃料电池管理系统连接；为了更好地控制燃料电池电堆，在氢燃料电池管理系统与燃料电池电堆之间设置温度传感器，采集燃料电池电堆的实时温度；为了稳定燃料电池电堆的气压，在氢燃料电池管理系统与燃料电池电堆之间设置排气电磁阀，当燃料电池电堆的气压超过设定的阈值，则自动打开排期电磁阀进行排气；

电机控制器，用于控制氢能自行车的电机；燃料电池电堆的一路输出经过DC-DC升压电路后与电机控制器连接，且与氢燃料电池管理系统双向连接；

中控系统，与氢燃料电池管理系统双向连接；

锂电池组，输出端连接中控系统，同时通过经过DC-DC降压后与氢燃料电池管理系统连接；其中，锂电池组中不包含加热模块，且始终不与电机控制器连接；

仪表，所述中控系统设置在仪表的电路板下方；

储氢器仓锁和前后灯，储氢器仓锁和前后灯的输入端均连接氢燃料电池管理系统，由氢燃料电池管理系统控制；二者输入端连接DC-DC升压电路的输出端，二者均由燃料电池电堆供电；

左右刹把，左右刹把的输出端与中控系统连接；

输入装置，输入装置的输出端与中控系统连接，所述输入装置包括按键。输入装置的按键包括调节挡位的按键以及手动开关灯的按键等；

充电模组，用于将燃料电池电堆产生的电能给锂电池组充电，氢燃料电池管理系统可以根据锂电池输出的功率以及输出时间估算锂电池的soc值。如果判断锂电池剩余电量不足，则判断燃料电池额定输出功率是否大于电机控制器实时所需功率，如果电机控制器实时所需功率小于燃料电池额定输出功率，则通过电路设计，利用燃料电池电堆给锂电池组充电。

此外，为了更好的骑行体验，在氢能自行车上设置力矩传感器，电机控制器输出的功率由力矩传感器数据来进行调控，通过力矩传感器的数据及时分析电机驱动所需功率，从而氢燃料电池管理系统能够实时调整运行方式，输出电机控制器所需功率。

为了更加安全的骑行，在氢能自行车车把上设置传感器，传感器采集的数据传输给氢燃料电池管理系统，当感应到用户单手骑车时，关闭氢助力；当感应到用户双手脱把时，关闭氢助力并且报警。传感器可以根据需要选择，只要能满足前述功能需要即可。

如图1所示，还包括储氢器、上加热模块、下加热模块、压力变送器以及进气电磁阀，这些的设置和现有技术相同，不再赘述。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氢能自行车的供电控制方法，其特征在于包括：

设置锂电池组：在氢能自行车启动时，为中控系统和氢燃料电池管理系统供电；在氢能自行车启动后，仅为中控系统供电；

设置氢燃料电池管理系统：使氢燃料电池管理系统不包含对锂电池组充电的控制；

设置燃料电池电堆：将输出分成两路，一路经过DC-DC升压电路后与电机控制器连接，一路经过DC-DC降压后与氢燃料电池管理系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种氢能自行车的控制方法，其特征在于：

设置仪表：由锂电池组供电。

3.根据权利要求1所述的一种氢能自行车的控制方法，其特征在于：

设置中控系统：将中控系统放置于车辆仪表的电路板下方。

4.根据权利要求3所述的一种氢能自行车的控制方法，其特征在于：

设置储氢器仓锁和前后灯：使储氢器仓锁和前后灯由氢燃料电池管理系统控制。

5.根据权利要求3所述的一种氢能自行车的控制方法，其特征在于：

设置左右刹把：将左右刹把的输出端与中控系统连接。

6.根据权利要求3所述的一种氢能自行车的控制方法，其特征在于：

设置输入装置：将输入装置的输出端与中控系统连接，所述输入装置包括按键。

7.根据权利要求1所述的一种氢能自行车的控制方法，其特征在于：

设置锂电池组：

设置充电模组。

8.根据权利要求7所述的一种氢能自行车的控制方法，其特征在于：

设置锂电池组：使锂电池组始终不与电机控制器连接。

9.一种氢能自行车整车控制系统，其特征在于包括：

燃料电池电堆，输出分成两路；

氢燃料电池管理系统，燃料电池电堆燃料电池电堆的一路输出经过DC-DC降压后与氢燃料电池管理系统连接；

电机控制器，用于控制氢能自行车的电机；燃料电池电堆的一路输出经过DC-DC升压电路后与电机控制器连接，且与氢燃料电池管理系统双向连接；

中控系统，与氢燃料电池管理系统双向连接；

锂电池组，输出端连接中控系统，同时通过经过DC-DC降压后与氢燃料电池管理系统连接。

10.根据权利要求9所述的一种氢能自行车整车控制系统，其特征在于，还包括仪表，所述中控系统设置在仪表的电路板下方。

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