CN115520040A - 燃料电池叉车的控制及供电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池叉车的控制及供电装置，包括：叉车控制器、供电装置、高压配电装置和叉车行动机构；所述供电装置包括锂电池供电装置和燃料电池供电装置；所述供电装置与高压配电装置电连接，所述高压配电装置为叉车行动机构和叉车控制器提供电力，所述供电装置、高压配电装置和叉车行动机构均与叉车控制器通信连接。通过设置高压配电装置供电，减少了高压线之间的转接，从而达到降低电损耗，提高燃料电池系统净输出效率的目的。

Description

燃料电池叉车的控制及供电装置
技术领域
本发明属于新能源技术领域，尤其是涉及一种燃料电池叉车的控制及供电装置。
背景技术
目前燃料电池叉车的控制及供电装置技术路线为模块化设计，燃料电池系统与锂电池组系统作为一个模块，装配到叉车上。
现有技术具有以下特点：
1)燃料电池发动机作为主要能量源，锂电池系统作为辅助能量源给叉车供电；
2)整车电气控制与能量分配以VCU为核心，FCU只作为燃料电池系统控制的执行部件。
燃料电池叉车采用模块化设计，因叉车控制策略与燃料电池系统控制策略相对独立，因此无法高效匹配电能，高压电路独立设计导致功耗较高及成本较高，叉车综合能效较低，相同氢气储量条件下，整车续航较短。
即现有燃料电池叉车中高压部分需要在高压线之间转接，从而存在电损耗高，燃料电池系统输出效率低的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种燃料电池叉车的控制及供电装置，至少部分的解决现有技术中存在的电损耗高及燃料电池系统输出效率低问题。
本公开实施例提供了一种燃料电池叉车的控制及供电装置，包括：叉车控制器、供电装置、高压配电装置和叉车行动机构；所述供电装置包括锂电池供电装置和燃料电池供电装置；
所述供电装置与高压配电装置电连接，所述高压配电装置为叉车行动机构和叉车控制器提供电力，所述供电装置、高压配电装置和叉车行动机构均与叉车控制器通信连接。
可选的，所述燃料电池供电装置，包括DCDC电压变换器、燃料电池电堆、燃料电池控制器、燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统和燃料电池热管理子系统；
所述燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统和燃料电池热管理子系统均与燃料电池电堆连接，所述燃料电池电堆的输出端与DCDC电压变换器的输入端电连接，所述DCDC电压变换器的输出端与高压配电装置电连接，
所述燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统和燃料电池热管理子系统均与燃料电池控制器通信连接，所述燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统、燃料电池热管理子系统、DCDC电压变换器、燃料电池电堆和燃料电池控制器均与叉车控制器通信连接。
可选的，所述燃料电池供电装置还包括供氢系统和散热风扇，所述供氢系统与燃料电池氢气子系统连接，所述散热风扇与燃料电池热管理子系统连接，所述供氢系统与叉车控制器通信连接。
可选的，所述锂电池供电装置，包括：锂电池组和锂电电源管理系统；
所述锂电池组的输出端与锂电电源管理系统的输入端电连接，所述锂电电源管理系统的输出端与高压配电装置的输入端电连接，所述锂电池组与叉车控制器通信连接。
可选的，还包括锂电池组急停按钮、燃料电池开关和整车钥匙开关，所述锂电池组急停按钮、燃料电池开关和整车钥匙开关均与叉车控制器通信连接。
可选的，所述叉车行动机构，包括行走装置、转向装置、举升装置和综合控制液压电池阀系统，
所述综合控制液压电池阀系统与叉车控制器通信连接；
所述行走装置包括行走电机控制器与电机、行走液压泵和行走轮，所述行走电机控制器与电机和行走液压泵连接，所述行走液压泵与综合控制液压电池阀系统连接，所述综合控制液压电池阀系统与行走轮连接，所述行走电机控制器与电机和叉车控制器通信连接；
可选的，所述转向装置包括转向电机控制器与电机、转向液压泵和转向机构，所述转向电机控制器与电机与转向液压泵连接，所述转向液压泵与综合控制液压电池阀系统连接，所述综合控制液压电池阀系统与转向机构连接，所述转向电机控制器与电机和叉车控制器通信连接；
可选的，所述举升装置包括举升电机控制器与电机、举升液压泵和举升机构，所述举升电机控制器与电机与举升液压泵连接，所述举升液压泵与综合控制液压电池阀系统连接，所述综合控制液压电池阀系统与举升机构连接，所述举升电机控制器与电机和叉车控制器通信连接。
可选的，所述叉车行动机构，还包括挡速控制踏板、方向控制机构、转向控制机构和举升控制机构，所述挡速控制踏板、方向控制机构、转向控制机构和举升控制机构均与叉车控制器通信连接。
可选的，叉车控制器接收到整车钥匙开关闭合的指令后，叉车控制器控制锂电池组工作，装置高压回路上高压电，当叉车控制器接收到燃料电池开关闭合指令后，叉车控制器控制供氢系统及燃料电池氢气子系统工作，叉车控制器通控制燃料电池电堆及DCDC电压变换器处于待机状态，叉车控制器基于接收的温度及压力信号对燃料电池供电装置进行监控；当控制机构有动作时，控制机构包括档速控制踏板、方向控制机构、转向控制机构或举升控制机构，当叉车控制器接收到控制机构动作控制指令时，叉车控制器控制相应的电机工作，电机带动相应的液压泵工作，为相应叉车行动机构的液压管路提供压力，同时叉车控制器基于接收到的控制指令，驱动叉车行动机构相应的液压电磁阀工作，液压电磁阀导通，液压油压力驱动液压机构工作，叉车作出行走及升降货物的动作；当遇到紧急情况时，按下锂电池组急停按钮，锂电池组高压断电，燃料电池供电装置停止工作。
本发明提供的燃料电池叉车的控制及供电装置，通过设置高压配电装置供电，减少了高压线之间的转接，从而达到降低电损耗，提高燃料电池系统净输出效率的目的。减少高压线之间的转接不仅降低了线束与插件成本约10％，同时提高了高压回路的可靠性。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为本公开实施例提供的燃料电池叉车的控制及供电装置的控制电气连接框图；
图2为本公开实施例提供的燃料电池叉车的控制及供电装置的供电回路原理框图；
图3为本公开实施例提供的燃料电池叉车的控制及供电装置的控制逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
BMS：锂电电源管理系统；
FCU；燃料电池控制器；
VCU；整车控制器。
如图1和图2所示，本实施例公开了一种燃料电池叉车的控制及供电装置，包括：叉车控制器、供电装置、高压配电装置和叉车行动机构；所述供电装置包括锂电池供电装置和燃料电池供电装置；
所述供电装置与高压配电装置电连接，所述高压配电装置为叉车行动机构和叉车控制器提供电力，所述供电装置、高压配电装置和叉车行动机构均与叉车控制器通信连接。
可选的，所述燃料电池供电装置，包括DCDC电压变换器、燃料电池电堆、燃料电池控制器、燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统和燃料电池热管理子系统；
所述燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统和燃料电池热管理子系统均与燃料电池电堆连接，所述燃料电池电堆的输出端与DCDC电压变换器的输入端电连接，所述DCDC电压变换器的输出端与高压配电装置电连接，
所述燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统和燃料电池热管理子系统均与燃料电池控制器通信连接，所述燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统、燃料电池热管理子系统、DCDC电压变换器、燃料电池电堆和燃料电池控制器均与叉车控制器通信连接。
可选的，所述燃料电池供电装置还包括供氢系统和散热风扇，所述供氢系统与燃料电池氢气子系统连接，所述散热风扇与燃料电池热管理子系统连接，所述供氢系统与叉车控制器通信连接。
可选的，所述锂电池供电装置，包括：锂电池组和锂电电源管理系统；
所述锂电池组的输出端与锂电电源管理系统的输入端电连接，所述锂电电源管理系统的输出端与高压配电装置的输入端电连接，所述锂电池组与叉车控制器通信连接。
可选的，还包括锂电池组急停按钮、燃料电池开关和整车钥匙开关，所述锂电池组急停按钮、燃料电池开关和整车钥匙开关均与叉车控制器通信连接。
可选的，所述叉车行动机构，包括行走装置、转向装置、举升装置和综合控制液压电池阀系统，
所述综合控制液压电池阀系统与叉车控制器通信连接；
所述行走装置包括行走电机控制器与电机、行走液压泵和行走轮，所述行走电机控制器与电机和行走液压泵连接，所述行走液压泵与综合控制液压电池阀系统连接，所述综合控制液压电池阀系统与行走轮连接，所述行走电机控制器与电机和叉车控制器通信连接；
可选的，所述转向装置包括转向电机控制器与电机、转向液压泵和转向机构，所述转向电机控制器与电机与转向液压泵连接，所述转向液压泵与综合控制液压电池阀系统连接，所述综合控制液压电池阀系统与转向机构连接，所述转向电机控制器与电机和叉车控制器通信连接；
可选的，所述举升装置包括举升电机控制器与电机、举升液压泵和举升机构，所述举升电机控制器与电机与举升液压泵连接，所述举升液压泵与综合控制液压电池阀系统连接，所述综合控制液压电池阀系统与举升机构连接，所述举升电机控制器与电机和叉车控制器通信连接。
可选的，所述叉车行动机构，还包括挡速控制踏板、方向控制机构、转向控制机构和举升控制机构，所述挡速控制踏板、方向控制机构、转向控制机构和举升控制机构均与叉车控制器通信连接。
可选的，如图3所示，叉车控制器接收到整车钥匙开关闭合的指令后，叉车控制器控制锂电池组工作，装置高压回路上高压电，当叉车控制器接收到燃料电池开关闭合指令后，叉车控制器控制供氢系统及燃料电池氢气子系统工作，叉车控制器通控制燃料电池电堆及DCDC电压变换器处于待机状态，叉车控制器基于接收的温度及压力信号对燃料电池供电装置进行监控；当控制机构有动作时，控制机构包括档速控制踏板、方向控制机构、转向控制机构或举升控制机构，当叉车控制器接收到控制机构动作控制指令时，叉车控制器控制相应的电机工作，电机带动相应的液压泵工作，为相应叉车行动机构的液压管路提供压力，同时叉车控制器基于接收到的控制指令，驱动叉车行动机构相应的液压电磁阀工作，液压电磁阀导通，液压油压力驱动液压机构工作，叉车作出行走及升降货物的动作；当遇到紧急情况时，按下锂电池组急停按钮，锂电池组高压断电，燃料电池供电装置停止工作。
本实施例公开的燃料电池叉车的控制及供电装置，叉车所有控制与信号采集通过VCU来实现，在叉车的驱动或举升电机功耗增加时，VCU第一时间将能量需求信息解析，并转化成控制需求给燃料电池各子系统，各子系统相互配合快速反应发电，供给电机及其它负载使用。
本实施例中，燃料电池叉车的控制及供电装置主要包含叉车控制器(VCU)、锂电池组急停按钮、燃料电池开关、整车钥匙开关、供氢系统、锂电池组、燃料电池电堆、DCDC电压变换器、燃料电池控制器(FCU)、燃料电池空气子系统、燃料电池氢气子系统、燃料电池热管理子系统、档速控制踏板、方向控制机构、转向控制机构、举升控制机构行走电机控制器与电机、行走液压泵、转向电机控制器与电机、转向液压泵、举升电机控制器与电机、举升液压泵以及综合控制液压电磁阀系统。
控制工作逻辑具体如下：整车钥匙开关闭合，VCU接收到指令，VCU通过CAN通讯控制锂电池组工作，系统高压回路上高压电，燃料电池开关闭合后，VCU接收到指令，VCU通过CAN通讯控制供氢系统及燃料电池氢气子系统工作，VCU通过CAN通讯控制燃料电池电堆及DCDC电压变换器处于待机状态，各子系统传感器将温度及压力信号反馈给VCU，VCU对整个燃料电池系统进行监控；当档速控制踏板、方向控制机构、转向控制机构、举升控制机构任何一个控制机构有动作时，VCU接收到控制指令，VCU通过CAN通讯控制相应的驱动电机工作，电机工作带动相应分支的液压泵工作，为相应分支液压管路提供压力，同时VCU通过接收到的控制指令，驱动相应之路的液压电磁阀工作，液压电磁阀导通，液压油压力驱动液压机构工作，达到行走及升降货物的目的；当遇到紧急情况时，按下锂电池组急停按钮，锂电池组高压断电，燃料电池系统停止工作，叉车处于无能源状态，所有驱动机构将保持断电时状态，直至故障解除，急停按钮松开，燃料电池开关重新上电，叉车电气控制系统重启，系统恢复正常工作。
供电具体为：叉车设计高压配电装置，能量主要有两个来源，一路是锂电池组通过BMS给高压配电装置供电；另一路是燃料电池系统供电，燃料电池电堆能量来源主要是供氢系统提供氢气，空气系统提供氧气，氢气和氧气在电堆内进行电化学反应生成电能与热能，热能通过热管理系统用散热风扇排出，电能通过DCDC电压变换器变压后给高压配电装置供电；高压配电装置将电能传输给各执行分支电机控制器与电机，电机驱动液压泵给行走轮及转向和举升机构提供动力能量。
本实施例装置控制部分主要以VCU为核心，减少了控制器之间的控制时间延时问题，控制器之间一个通讯周期加上数据判定执行时间约0.5秒，此方案使燃料电池电堆发电响应时间更快，有效解决控制延时问题；现有技术中因叉车集成度较高，且高压回路复杂，很容易出现CAN网络干扰问题，本实施例解决了控制器之间通讯干扰故障的问题，提高了燃料电池叉车的电气可靠性；采用一个控制器也减少了线束复杂度，提升空间利用率，降低控制器及线束成本。
本实施例中，所有控制器与传感器等电器均连接至VCU，通过VCU控制叉车电机系统与燃料电池子系统。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
在本公开中，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，本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC(即A和B和C)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种燃料电池叉车的控制及供电装置，其特征在于，包括：叉车控制器、供电装置、高压配电装置和叉车行动机构；所述供电装置包括锂电池供电装置和燃料电池供电装置；
所述供电装置与高压配电装置电连接，所述高压配电装置为叉车行动机构和叉车控制器提供电力，所述供电装置、高压配电装置和叉车行动机构均与叉车控制器通信连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池叉车的控制及供电装置，其特征在于，所述燃料电池供电装置，包括DCDC电压变换器、燃料电池电堆、燃料电池控制器、燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统和燃料电池热管理子系统；
所述燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统和燃料电池热管理子系统均与燃料电池电堆连接，所述燃料电池电堆的输出端与DCDC电压变换器的输入端电连接，所述DCDC电压变换器的输出端与高压配电装置电连接，
所述燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统和燃料电池热管理子系统均与燃料电池控制器通信连接，所述燃料电池氢气子系统、燃料电池空气子系统、燃料电池热管理子系统、DCDC电压变换器、燃料电池电堆和燃料电池控制器均与叉车控制器通信连接。
3.根据权利要求2所述的燃料电池叉车的控制及供电装置，其特征在于，所述燃料电池供电装置还包括供氢系统和散热风扇，所述供氢系统与燃料电池氢气子系统连接，所述散热风扇与燃料电池热管理子系统连接，所述供氢系统与叉车控制器通信连接。
4.根据权利要求1所述的燃料电池叉车的控制及供电装置，其特征在于，所述锂电池供电装置，包括：锂电池组和锂电电源管理系统；
所述锂电池组的输出端与锂电电源管理系统的输入端电连接，所述锂电电源管理系统的输出端与高压配电装置的输入端电连接，所述锂电池组与叉车控制器通信连接。
5.根据权利要求1所述的燃料电池叉车的控制及供电装置，其特征在于，还包括锂电池组急停按钮、燃料电池开关和整车钥匙开关，所述锂电池组急停按钮、燃料电池开关和整车钥匙开关均与叉车控制器通信连接。
6.根据权利要求1所述的燃料电池叉车的控制及供电装置，其特征在于，所述叉车行动机构，包括行走装置、转向装置、举升装置和综合控制液压电池阀系统，
所述综合控制液压电池阀系统与叉车控制器通信连接；
所述行走装置包括行走电机控制器与电机、行走液压泵和行走轮，所述行走电机控制器与电机和行走液压泵连接，所述行走液压泵与综合控制液压电池阀系统连接，所述综合控制液压电池阀系统与行走轮连接，所述行走电机控制器与电机和叉车控制器通信连接。
7.根据权利要求6所述的燃料电池叉车的控制及供电装置，其特征在于，所述转向装置包括转向电机控制器与电机、转向液压泵和转向机构，所述转向电机控制器与电机与转向液压泵连接，所述转向液压泵与综合控制液压电池阀系统连接，所述综合控制液压电池阀系统与转向机构连接，所述转向电机控制器与电机和叉车控制器通信连接。
8.根据权利要求6所述的燃料电池叉车的控制及供电装置，其特征在于，所述举升装置包括举升电机控制器与电机、举升液压泵和举升机构，所述举升电机控制器与电机与举升液压泵连接，所述举升液压泵与综合控制液压电池阀系统连接，所述综合控制液压电池阀系统与举升机构连接，所述举升电机控制器与电机和叉车控制器通信连接。
9.根据权利要求1所述的燃料电池叉车的控制及供电装置，其特征在于，所述叉车行动机构，还包括挡速控制踏板、方向控制机构、转向控制机构和举升控制机构，所述挡速控制踏板、方向控制机构、转向控制机构和举升控制机构均与叉车控制器通信连接。
10.根据权利要求1所述的燃料电池叉车的控制及供电装置，其特征在于，叉车控制器接收到整车钥匙开关闭合的指令后，叉车控制器控制锂电池组工作，装置高压回路上高压电，当叉车控制器接收到燃料电池开关闭合指令后，叉车控制器控制供氢系统及燃料电池氢气子系统工作，叉车控制器通控制燃料电池电堆及DCDC电压变换器处于待机状态，叉车控制器基于接收的温度及压力信号对燃料电池供电装置进行监控；当控制机构有动作时，控制机构包括档速控制踏板、方向控制机构、转向控制机构或举升控制机构，当叉车控制器接收到控制机构动作控制指令时，叉车控制器控制相应的电机工作，电机带动相应的液压泵工作，为相应叉车行动机构的液压管路提供压力，同时叉车控制器基于接收到的控制指令，驱动叉车行动机构相应的液压电磁阀工作，液压电磁阀导通，液压油压力驱动液压机构工作，叉车作出行走及升降货物的动作；当遇到紧急情况时，按下锂电池组急停按钮，锂电池组高压断电，燃料电池供电装置停止工作。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117048339A (zh) * 2023-10-13 2023-11-14 上海翼迅创能新能源科技有限公司 一种燃料电池平衡重叉车的高压配电系统上电方法

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