CN209505977U - 一种氢能源助力车控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢能源助力车控制系统，其要点是：包括中控系统、电池能量管理系统、电动车控制器、氢燃料电池、左右刹车把、助力传感器和电机。中控系统与电动车控制器双向信号电连接。电池能量管理系统与电动车控制器双向信号电连接。氢燃料电池通过电池能量管理系统对电动车控制器供电，在通过电动车控制器对中控系统供电。电动车控制器采集助力传感器的数据，左右刹车把通过电动车控制器控制对电机的断电。

Description

一种氢能源助力车控制系统

技术领域

本实用新型涉及公共交通工具领域，具体是一种用于氢能源助力车的控制系统。

背景技术

随着社会的发展，人类活动日趋频繁，活动范围也在不断扩大。对于跨城市的长途出行一般选择长途汽车、火车或者飞机；对于城市内的出行，一般选择驾车、出租车、公交和地铁。然而如今城市机动车数量的猛增，停车问题也成为了一个难题，因此驾车的人群中能够有越来越多的人选择出租车、公交和地铁等城市公共交通工具出行。由于公交和地铁受到线路的制约，只能在一定范围内满足人们的出行需要，为了在进一步解决出行问题，市场上出现了共享单车。共享单车是指企业在校园、地铁站点、公交站点、居民区、商业区、公共服务区等提供自行车单车共享服务，是一种分时租赁模式。共享单车是一种新型环保共享经济。共享单车作为一种便利又普遍的交通工具，解决人们一到三公里需求已得到市场的极大认可，但是单车本身依然存在其局限性，例如逆风、上坡时会很费力，长时间骑行会非常疲劳，而且无法很好的解决更长距离的出行需求，因此，需要助力车来更好地满足人们的需要。

随着人口的日益增长和越来越大的能源消耗，能源短缺问题逐渐加重，发展和使用绿色能源成为全球关注的热点。氢燃料电池是一种使用氢气作为燃料，通过与氧气的化学反应而产生电能的装置，其副产物只有水，因此氢能源助力车成为了一种理想的绿色出行交通工具。氢燃料电池的电堆反应是一个具有大滞后、不确定性和非线性等特性的化学过程，其中温度、压力等因素对电堆工作产生重要影响。此外，系统设备需要动力电池提供启动电压，待氢燃料电池工作稳定后，再切换氢燃料电池对整个系统供电。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于氢能源助力车控制系统。

实现本实用新型目的的基本技术方案是：一种氢能源助力车控制系统，其结构特点是：包括中控系统、电池能量管理系统、电动车控制器、氢燃料电池、左右刹车把、助力传感器和电机。中控系统与电动车控制器双向信号电连接。电池能量管理系统与电动车控制器双向信号电连接。氢燃料电池通过电池能量管理系统对电动车控制器供电，在通过电动车控制器对中控系统供电。电动车控制器采集助力传感器的数据，左右刹车把通过电动车控制器控制对电机的断电。

以上述基本技术方案为基础的技术方案是：中控系统包括微控制单元、GPS模块、GPRS模块、GPRS天线、锁驱动模块、锁电机和蓝牙天线。蓝牙天线与微控制单元双向信号电连接。GPS模块与微控制单元信号电连接。GPRS模块与微控制单元双向信号电连接。GPRS天线与GPRS模块双向信号电连接。微控制单元与锁驱动模块信号电连接，锁驱动模块与锁电机信号电连接。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：中控系统还包括RFID读写模块和逻辑判断模块。锁电机有2个，一个用锁车，另一个用于锁氢燃料电池。RFID读写模块与逻辑判断模块信号电连接，逻辑判断模块与微控制单元信号电连接。通过RFID读写模块读取RFID卡的信息，并将数据发送至逻辑判断模块，逻辑判断模块将控制信号发送给微控制单元，再由微控制单元将控制信号发送至锁驱动模块，锁驱动模块控制锁车的锁电机做出相应的动作。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：电池能量管理系统包括电源管理系统和电池控制系统。中控系统包括GPRS模块。电源管理系统包括动力电池，动力电池用于对控制系统提供启动电压。电池控制系统包括主控模块、电堆气压传感器、温度传感器、进气电磁阀、出气电磁阀和冷却装置。电堆气压传感器、温度传感器、进气电磁阀和出气电磁阀均设置在氢燃料电池的电堆上。电堆气压传感器用于检测氢燃料电池的电堆的气体流量，由主控模块对电堆气压传感器的数据进行实时采集，并根据采集的电堆气体流量数据，实时控制进气电磁阀和出气电磁阀做出相应动作，实现对气路的自动控制。温度传感器用于检测氢燃料电池的电堆的温度，由主控模块根据实时采集的温度传感器的数据，通过冷却装置控制电堆内部处于最佳反应环境温度。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：电池控制系统还包括显示模块。显示模块与主控模块电连接，当电堆温度高于设定值时，由主控模块通过显示模块显示超温报警信息。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：电池控制系统还包括储氢罐气压传感器，主控模块实时采集储氢罐气压传感器的数据，当储氢罐的氢气量的气压低于下限值时，通过GPRS模块将欠压报警信息发送至后台服务器。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：电池控制系统还包括显示模块。显示模块与主控模块电连接，主控模块实时采集储氢罐气压传感器的数据，当储氢罐的氢气量的气压低于下限值时，通过显示模块显示欠压报警信息。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：电源管理系统还包括充电模块和电源稳压模块。动力电池采用锂电池。电源稳压模块与充电模块电连接，充电模块与动力电池电连接，电源稳压模块用于对充电模块提供充电电压对动力电池充电。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：电源管理系统还包括电源切换模块。氢燃料电池与电源稳压模块电连接，电源稳压模块与电源切换模块电连接。动力电池与电源切换模块电连接。电源切换模块用于控制系统供电电源的切换。当控制系统由停止状态进入运行状态时，电源切换模块切换至动力电池对控制系统供电。当氢燃料电池工作稳定时，电源切换模块切换至氢燃料电池对控制系统供电。

本实用新型具有以下的有益效果：(1)本实用新型的氢能源助力车的中控系统通过GPS模块感知位置信息，可采用与GPRS定位相结合的方式进行定位，在通过中控系统的GPRS模块发至后台服务器，从而运维人员能够较准确的定位氢能源助力车，方便管理和找车。

(2)用户通过手机或其他移动终端的蓝牙技术控制氢能源助力车，连接控制方便，使用安全可靠。

(3)本实用新型的氢能源助力车的中控系统的微控制单元是其它模块进行交互的核心单元，是中控系统的心脏，任何处理的数据都要经过微控制单元。微控制单元调用GPS模块、BMS控制器的信息数据，然后回复响应的命令；同时，微控制单元也接受管理员通过后台服务器发送的命令，做出相应的反应。

(4)本实用新型的氢能源助力车的中控系统的GPRS模块是中控系统与后台服务器以及BMS控制器的数据通讯的接口。在使用GPRS模块时，被发送数据已经封装在分组中，只有在发送时才需要分配占用频带容量，可完成高效通过率和即时连接。GPRS是点到点的分组数据转移，同时不占用频带资源，因此是一种低成本的高效无线分组方式，对于突发性、非持续性、同时又是频繁而少量数据的情况非常适合，对于偶尔数据量较大的传输也可轻松应对。

(5)本实用新型的氢能源助力车使用时，用户通过手机或其他移动终端查询氢能源助力车的氢燃料电池的运行状态，从而方便用户了解氢能源助力车是否能正常运行。

(6)本实用新型的氢能源助力车使用时，当用户手机通过蓝牙天线与微控制单元进行双向信号电连接后，通过用户手机建立与后台服务器的通信。由于现在用户手机基本上都是4G网络，后台服务器通过用户手机与中控系统通信的速率远远高于GPRS模块的传输速率，因此能更加及时的获取氢能源助力车的中控系统的相关数据并进行相应的控制，提高用户的使用靠性。

(7)本实用新型的氢能源助力车的电池能量管理系统结构简单，由主控模块对电堆气压传感器的数据进行实时采集，并根据采集的电堆气体流量数据，实时控制进气电磁阀和出气电磁阀做出相应动作，实现对气路的自动控制，使氢燃料电池安全、稳定的应用于供电系统中。

(8)本实用新型的氢能源助力车的电池能量管理系统的电源管理系统设有充电模块，且动力电池采用锂电池，可以通过氢燃料电池对动力电池充电，使用方便。

(9)本实用新型的氢能源助力车的电池能量管理系统的电源管理系统设有电源切换模块，当氢燃料电池工作稳定时，通过电源切换模块实现氢燃料电池对控制系统供电，大大提高了动力电池的使用次数，保证开机的可靠性。

(10)本实用新型的氢能源助力车的电池能量管理系统的电源管理系统设有电源稳压模块，确保输出电压的稳定，有利于延长设备的使用寿命和供电系统的工作稳定性。

(11)本实用新型的氢能源助力车的电池能量管理系统的控制系统设有储氢罐气压传感器，用于检测储氢罐的氢气量。由主控模块实时采集储氢罐气压传感器的数据，当储氢罐的氢气量的气压低于下限值时，通过显示模块显示欠压报警信息，提醒使用者储氢罐欠压，不能使用。通过GPRS模块将欠压报警信息发送至后台服务器，提醒运维人员更换储氢罐。

(12)本实用新型的氢能源助力车的电池能量管理系统的控制系统设有电堆气压传感器、进气电磁阀和出气电磁阀。由主控模块对电堆气压传感器的数据进行实时采集，并根据采集的电堆气体流量数据，实时控制进气电磁阀和出气电磁阀做出相应动作，实现对气路的自动控制。当电堆气压高于上限值时，氢燃料电池的供电系统停止工作，同时进气电磁阀关闭，排气电磁阀打开，对供电系统进行保护。

(13)本实用新型的氢能源助力车的电池能量管理系统的电池控制系统设有温度传感器，由主控模块根据电堆温度，实时调节风扇转速，控制电堆内部处于最佳反应环境温度，提高电堆的转换效率，同时延长电堆的使用寿命。当电堆温度高于设定值时，通过显示模块显示超温报警信息，提醒使用者氢燃料电池的供电系统因超温停止工作，当电堆温度低于设定值时，氢能源电池供电系统重新启动。

附图说明

图1为本实用新型的氢能源助力车控制系统的结构框图；

图2为中控系统的结构框图；

图3为电池能量管理系统的结构框图。

附图中的标号为：

中控系统1，微控制单元1-1，GPS模块1-2，GPRS模块1-3，GPRS天线1-4，RFID读写模块1-5，逻辑判断模块1-6，锁驱动模块1-7，锁电机1-8，蓝牙天线1-9，

后台服务器100，RFID卡200，

电池能量管理系统2，

电源管理系统2-1，动力电池2-1-1，电源稳压模块2-1-2，电源切换模块2-1-3，充电模块2-1-4，

电池控制系统2-2，主控模块2-2-1，储氢罐气压传感器2-2-2，电堆气压传感器2-2-3，温度传感器2-2-4，进气电磁阀2-2-5，出气电磁阀2-2-6，冷却装置2-2-7，显示模块2-2-8，

氢燃料电池300，

电动车控制器3，左右刹车把4，助力传感器5，电机6。

具体实施方式

(实施例1)

见图1至图3，一种氢能源助力车控制系统，包括中控系统1、电池能量管理系统2、电动车控制器3、氢燃料电池300、左右刹车把4、助力传感器5和电机6。中控系统1与电动车控制器3双向信号电连接。电池能量管理系统2与电动车控制器3双向信号电连接。氢燃料电池300通过电池能量管理系统2对电动车控制器3供电，在通过电动车控制器3对中控系统1供电。电动车控制器3采集助力传感器5的数据，左右刹车把4通过电动车控制器3控制对电机6的断电。

见图1和图2，中控系统1包括微控制单元(MCU)1-1、GPS模块1-2、GPRS模块1-3、GPRS天线1-4、RFID读写模块1-5、逻辑判断模块1-6、锁驱动模块1-7、锁电机1-8和蓝牙天线1-9。

微控制单元1-1简称MCU，微控制单元1-1可以选择但不限于市面上常用的stm32系列单片机。微控制单元1-1与电动车控制器3双向信号电连接。

GPS模块1-2与微控制单元1-1信号电连接。GPRS模块1-3与微控制单元1-1双向信号电连接。GPRS天线1-4与GPRS模块1-3双向信号电连接。GPRS模块1-3是中控系统与后台服务器100的数据通讯的接口。中控系统1的数据通过GPRS的方式发送给后台服务器100。同样，后台服务器100下发的指令也要通过Internet传输到中控系统1的GPRS模块1-3上。GPRS模块1-3把接收到的数据放到微控制单元1-1来解析运算，然后中控系统的微控制单元1-1把运算结果通过GPRS模块1-3发送给后台服务器100。

GPS模块1-2通过接收卫星信号而获得经度、纬度、速度、方向、GPS时间等信息，微控制单元1-1读取GPS模块1-2的数据，通过GPRS模块1-3和GPRS天线1-4把读取的GPS模块1-2的数据发给后台服务器100。RFID读写模块1-5与逻辑判断模块1-6信号电连接，逻辑判断模块1-6与微控制单元1-1信号电连接。微控制单元1-1与锁驱动模块1-7信号电连接，锁驱动模块1-7与锁电机1-8信号电连接。锁电机1-8有2个，一个用锁车，另一个用于锁氢燃料电池。通过RFID读写模块1-5读取相应的RFID卡200的信息，并将数据发送至逻辑判断模块1-6，逻辑判断模块1-6将控制信号发送给微控制单元1，再由微控制单元1-1将控制信号发送至锁驱动模块1-7，锁驱动模块1-7控制锁车的锁电机1-8做出相应的上锁或解锁动作。蓝牙天线1-9与微控制单元1-1双向信号电连接。

见图1和图3，电池能量管理系统2包括电源管理系统2-1和电池控制系统2-2。

电源管理系统2-1包括动力电池2-1-1、电源稳压模块2-1-2、电源切换模块2-1-3和充电模块2-1-4。

动力电池2-1-1通过电源切换模块2-1-3与电池控制系统2-2电连接，动力电池2-1-1用于对控制系统提供启动电压。动力电池2-1-1采用锂电池。当控制系统由停止状态进入运行状态时，氢燃料电池300的电堆没有发电，由动力电池2-1-1通过电源切换模块2-1-3对控制系统进行供电。

氢燃料电池300与电源稳压模块2-1-2电连接，电源稳压模块2-1-2与电源切换模块2-1-3电连接。当氢燃料电池300工作稳定时，通过电源稳压模块2-1-2和电源切换模块2-1-3对控制系统提供工作电压。

电源稳压模块2-1-2与充电模块2-1-4电连接，充电模块2-1-4与动力电池2-1-1电连接，电源稳压模块2-1-2用于对充电模块2-1-4提供充电电压，并通过充电模块2-1-4对动力电池2-1-1进行充电。当氢燃料电池300工作稳定时，通过电源稳压模块2-1-2和充电模块2-1-4对动力电池2-1-1进行充电。

电源切换模块2-1-2主要用于控制系统供电电源的切换。当控制系统由停止状态进入运行状态时，电源切换模块2-1-2切换至动力电池2-1-1对控制系统供电；当氢燃料电池300工作稳定时，电源切换模块2-1-2切换至氢燃料电池300对控制系统供电。

电池控制系统2-2包括主控模块2-2-1、储氢罐气压传感器2-2-2、电堆气压传感器2-2-3、温度传感器2-2-4、进气电磁阀2-2-5、出气电磁阀2-2-6、冷却装置2-2-7、和显示模块2-2-8。冷却装置2-2-7为风扇。

主控模块2-2-1采用微控制器，微控制器可以选择但不限于市面上常用的stm32系列单片机。中控系统1的GPRS模块1-3与主控模块2-2-1双向信号电连接。

储氢罐气压传感器2-2-2用于检测储氢罐的氢气量。显示模块2-2-8与主控模块2-2-1电连接，主控模块2-2-1实时采集储氢罐气压传感器2-2-2的数据，当储氢罐的氢气量的气压低于下限值时，通过显示模块2-2-8显示欠压报警信息，提醒使用者储氢罐欠压，不能使用。主控模块2-2-1实时采集储氢罐气压传感器2-2-2的数据，当储氢罐的氢气量的气压低于下限值时，通过GPRS模块1-3将欠压报警信息发送至后台服务器100，提醒运维人员更换储氢罐。

电堆气压传感器2-2-3、温度传感器2-2-4、进气电磁阀2-2-5和出气电磁阀2-2-6均设置在氢燃料电池300的电堆上，且均与主控模块2-2-1电连接。电堆气压传感器2-2-3用于检测氢燃料电池300的电堆的气体流量，由主控模块2-2-1对电堆气压传感器2-2-3的数据进行实时采集，并根据采集的电堆气体流量数据，实时控制进气电磁阀2-2-5和出气电磁阀2-2-6做出相应动作，实现对气路的自动控制。当电堆气压高于上限值时，氢燃料电池300的供电系统停止工作，同时进气电磁阀关闭，排气电磁阀打开，对供电系统进行保护。

温度传感器2-2-4用于检测氢燃料电池300的电堆的温度，由主控模块2-2-1根据电堆温度，实时调节风扇转速，控制电堆内部处于最佳反应环境温度，提高电堆的转换效率，同时延长电堆的使用寿命。当电堆温度高于设定值时，通过显示模块2-2-8显示超温报警信息，提醒使用者氢燃料电池300的供电系统因超温停止工作，当电堆温度低于设定值时，供电系统重新启动。

电池能量管理系统2将氢燃料电池300的电堆的温度、气体流量有效地控制在设定范围内，使氢燃料电池安全、稳定的应用于氢能源助力车的供电系统。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种氢能源助力车控制系统，其特征在于：包括中控系统、电池能量管理系统、电动车控制器、氢燃料电池、左右刹车把、助力传感器和电机；中控系统与电动车控制器双向信号电连接；电池能量管理系统与电动车控制器双向信号电连接；氢燃料电池通过电池能量管理系统对电动车控制器供电，在通过电动车控制器对中控系统供电；电动车控制器采集助力传感器的数据，左右刹车把通过电动车控制器控制对电机的断电。

2.根据权利要求1所述的氢能源助力车控制系统，其特征在于：中控系统包括微控制单元、GPS模块、GPRS模块、GPRS天线、锁驱动模块、锁电机和蓝牙天线；蓝牙天线与微控制单元双向信号电连接；GPS模块与微控制单元信号电连接；GPRS模块与微控制单元双向信号电连接；GPRS天线与GPRS模块双向信号电连接；微控制单元与锁驱动模块信号电连接，锁驱动模块与锁电机信号电连接。

3.根据权利要求2所述的氢能源助力车控制系统，其特征在于：中控系统还包括RFID读写模块和逻辑判断模块；锁电机有2个，一个用锁车，另一个用于锁氢燃料电池；RFID读写模块与逻辑判断模块信号电连接，逻辑判断模块与微控制单元信号电连接；RFID读写模块读取RFID卡的信息，并将数据发送至逻辑判断模块，逻辑判断模块将控制信号发送给微控制单元，再由微控制单元将控制信号发送至锁驱动模块，锁驱动模块控制锁车的锁电机做出相应的动作。

4.根据权利要求1所述的氢能源助力车控制系统，其特征在于：电池能量管理系统包括电源管理系统和电池控制系统；中控系统包括GPRS模块；电源管理系统包括动力电池，动力电池用于对控制系统提供启动电压；电池控制系统包括主控模块、电堆气压传感器、温度传感器、进气电磁阀、出气电磁阀和冷却装置；电堆气压传感器、温度传感器、进气电磁阀和出气电磁阀均设置在氢燃料电池的电堆上；电堆气压传感器用于检测氢燃料电池的电堆的气体流量，由主控模块对电堆气压传感器的数据进行实时采集，并根据采集的电堆气体流量数据，实时控制进气电磁阀和出气电磁阀做出相应动作，实现对气路的自动控制；温度传感器用于检测氢燃料电池的电堆的温度，由主控模块根据实时采集的温度传感器的数据，通过冷却装置控制电堆内部处于最佳反应环境温度。

5.根据权利要求4所述的氢能源助力车控制系统，其特征在于：电池控制系统还包括显示模块；显示模块与主控模块电连接，当电堆温度高于设定值时，由主控模块通过显示模块显示超温报警信息。

6.根据权利要求4所述的氢能源助力车控制系统，其特征在于：电池控制系统还包括储氢罐气压传感器；主控模块实时采集储氢罐气压传感器的数据，当储氢罐的氢气量的气压低于下限值时，通过GPRS模块将欠压报警信息发送至后台服务器。

7.根据权利要求6所述的氢能源助力车控制系统，其特征在于：电池控制系统还包括显示模块；显示模块与主控模块电连接，主控模块实时采集储氢罐气压传感器的数据，当储氢罐的氢气量的气压低于下限值时，通过显示模块显示欠压报警信息。

8.根据权利要求4至7之一所述的氢能源助力车控制系统，其特征在于：电源管理系统还包括充电模块和电源稳压模块；动力电池采用锂电池；电源稳压模块与充电模块电连接，充电模块与动力电池电连接，电源稳压模块用于对充电模块提供充电电压对动力电池充电。

9.根据权利要求8所述的氢能源助力车控制系统，其特征在于：电源管理系统还包括电源切换模块；氢燃料电池与电源稳压模块电连接，电源稳压模块与电源切换模块电连接；动力电池与电源切换模块电连接；电源切换模块用于控制系统供电电源的切换；当控制系统由停止状态进入运行状态时，电源切换模块切换至动力电池对控制系统供电；当氢燃料电池工作稳定时，电源切换模块切换至氢燃料电池对控制系统供电。