CN211829045U - 一种新能源汽车及动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新能源汽车及动力系统，其中动力系统包括第一燃料电池和第二燃料电池。第一燃料电池的功率大于第二燃料电池的功率，具体的，第一燃料电池用于为电机供电，第二燃料电池用于为FCU、空气供应装置的压缩机和氢气供应装置的循环泵供电。怠速过程中，为了避免第一燃料电池内残余的空气渗透到氢气流道，怠速过程中始终保持氢气循环，将第一燃料电池内渗透的空气通过循环管路的分水器和排水管排出第一燃料电池，保证第一燃料电池内不会出现氢气和空气混合的情况，避免了再次启动过程中氢空界面的产生，以降低新能源汽车怠速时产生的电池损害，同时实现在第一燃料电池再次通入空气时，可以更快的建立电压，保证动力系统快速启动。

Description

一种新能源汽车及动力系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车技术领域，特别涉及一种新能源汽车及动力系统。

背景技术

随着环境污染的加剧，传统能源问题的凸显，汽车领域将能源选择转向了新能源，但是新能源汽车因为续航里程和电池安全的问题，尚未大范围应用。

现有技术的新能源汽车多为燃料电池汽车。燃料电池为以燃料电池单池为基本单元，燃料电池以一定数量的燃料电池单池堆叠而成，燃料电池的电压由堆叠的燃料电池电池的数量与单个燃料电池单池的电压的乘积。

燃料电池汽车通常为燃料电池与动力电池配合使用，而针对家庭使用的小型汽车，一般采用大燃料电池与小动力电池配合使用，但是该种小型汽车会面临一个问题即怠速功率。怠速为车辆临时停车不熄火的状态，该状态下动力系统(即燃料电池)没有功率输出。由于上述小型汽车采用了小动力电池，在车辆低速行驶或者临时停车的时候，燃料电池不允许出现大功率运行，此时燃料电池产生的功率无处消耗，同时，因为燃料电池单体的输出电压有最高限制，超出电压的限制，会影响电堆的寿命。

目前国内燃料电池的怠速功率为电堆限制最高电位电压时对应的系统输出功率，但是该功率不能保证系统零功率输出，能做到在60kW的燃料电池在怠速工况下，输出功率下降到到将近10kW。即使在上述最小输出功率的情况下小动力电池仍然会很快就充满，燃料电池在功率在无处消耗的情况下，燃料电池依然需要停机，燃料电池的研究人员普遍认为燃料电池的寿命在每次开机停机的过程中会因为氢空界面(氢空界面为当空气中的氧气进入到燃料电池堆的阳极，并且阳极有一定量氢气的时候，在燃料电池堆的阳极发生的现象，可以导致发生氢空界面的部位电压达到其他部位电压的两倍，从而腐蚀阳极的催化剂载体，导致催化剂脱落团聚，影响电堆的性能和寿命。)等原因受到一定的损害，影响燃料电池的使用寿命。

因此，如何降低新能源汽车怠速时产生的电池损害，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种动力系统，以降低新能源汽车怠速时产生的电池损害。本实用新型还提供了一种新能源汽车。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种动力系统，适用于新能源汽车，包括：

第一燃料电池，所述第一燃料电池用于为电机提供电能，所述第一燃料电池与所述驱动电机之间设置有继电器，所述第一燃料电池上设置有第一空气入口和第一空气出口，所述第一空气入口能够与空气供应装置连通，所述第一空气入口与所述空气供应装置之间设置有第一阀门，所述第一空气出口用于排出所述第一燃料电池内未参与反应的空气，所述第一空气出口上设置有第二阀门，所述第一燃料电池上设置有第一氢气入口和第一氢气出口，所述第一氢气入口通过供氢管路与氢气供应装置连通，所述第一氢气出口用于排出所述第一燃料电池内未参与反应的氢气；

第二燃料电池，所述第二燃料电池用于为FCU、所述空气供应装置的空气压缩机和所述氢气供应装置的循环泵供电，所述第二燃料电池上设置有第二空气入口和第二空气出口，所述第二空气入口能够与所述空气供应装置连通，所述第二空气出口用于排出所述第二燃料电池内未参与反应的空气，所述第二燃料电池上设置有第二氢气入口和第二氢气出口，所述第二氢气入口能够与所述供氢管路连通，所述第二氢气出口用于排出所述第二燃料电池内未参与反应的氢气，所述第一氢气出口和所述第二氢气出口通过循环管路与所述供氢管路连通，循环管路上设置有分水器，所述分水器上设置有排水管。

优选的，在上述动力系统中，

所述第一空气入口设置有第一分支管路，所述第一分支管路上设置所述第一阀门，

所述第二空气入口设置有第二分支管路，所述第二分支管路和所述第一分支管路通过第一主管路与所述空气供应装置连通。

优选的，在上述动力系统中，

所述第一空气出口设置有第三分支管路，所述第三分支管路上设置所述第二阀门，

所述第二空气出口设置有第四分支管路，所述第三分支管路和所述第四分支管路通过第二主管路与所述空气供应装置连通。

优选的，在上述动力系统中，

所述第一氢气入口设置有第五分支管路，

所述第二氢气入口设置有第六分支管路，所述第六分支管路和所述第五分支管路与所述供氢管路连通。

优选的，在上述动力系统中，

所述第一氢气出口设置有第七分支管路，

所述第二氢气出口设置有第八分支管路，所述第八分支管路和所述第七分支管路通过所述循环管路与所述供氢管路连通。

优选的，在上述动力系统中，所述循环管路上设置所述循环泵。

优选的，在上述动力系统中，所述循环泵位于所述分水器的下游。

优选的，在上述动力系统中，所述第一阀门为电磁阀。

优选的，在上述动力系统中，所述第二阀门为电磁阀。

一种新能源汽车，包括动力系统，所述动力系统为上述任意一个方案中记载的动力系统。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的动力系统包括第一燃料电池和第二燃料电池。第一燃料电池的功率大于第二燃料电池的功率，具体的，第一燃料电池用于为电机供电，第二燃料电池用于为FCU、空气供应装置的压缩机和氢气供应装置的循环泵供电。动力系统正常运行工况时，第一燃料电池和第二燃料电池均正常工作，即空气供应装置和氢气供应装置同时向第一燃料电池和第二燃料电池供入氢气和空气，此时第一阀门和第二阀门均开启，第一燃料电池和第二燃料电池均发电，继电器处于闭合状态，第一燃料电池对电机供电，保证电机的正常工作，驱动新能源汽车行驶，第二燃料电池对FCU、压缩机和循环泵供电，保证FCU、压缩机和循环泵供电的正常运行；怠速过程中，第一阀门和第二阀门关闭，为了避免第一燃料电池内残余的空气渗透到氢气流道，怠速过程中始终保持氢气循环，将第一燃料电池内渗透的空气通过循环管路的分水器和排水管排出第一燃料电池，保证第一燃料电池内不会出现氢气和空气混合的情况，避免了再次启动过程中氢空界面的产生，以降低新能源汽车怠速时产生的电池损害，同时实现在第一燃料电池再次通入空气时，可以更快的建立电压，保证动力系统快速启动。

本方案还公开了一种新能源汽车，包括动力系统，动力系统为上述任意一个方案中记载的动力系统，由于动力系统具有上述技术效果，具有该动力系统的新能源汽车也具有同样的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型第一种实施例提供的动力系统的结构示意图。

1、第一燃料电池，2、继电器，3、第一阀门，4、第二阀门，5、第二燃料电池，6、循环泵，7、供氢管路，8、循环管路，9、分水器，10、排水管，11、第一分支管路，12、第二分支管路，13、第一主管路，14、第三分支管路，15、第四分支管路，16、第二主管路，17、第五分支管路，18、第六分支管路，19、第七分支管路，20、第八分支管路。

具体实施方式

本实用新型公开了一种动力系统，以降低新能源汽车怠速时产生的电池损害。本实用新型还公开了一种新能源汽车。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1。

本实用新型公开了一种动力系统，适用于新能源汽车。

本方案公开的新能源汽车的动力系统包括第一燃料电池1和第二燃料电池5。

第一燃料电池1的功率大于第二燃料电池5的功率，具体的，第一燃料电池1用于为电机供电，第二燃料电池5用于为FCU(图中未示出)、空气供应装置的压缩机(图中未示出)和氢气供应装置的循环泵6供电。

第一燃料电池1上设置有第一端子，端子与电机(图中未示出)连接，第一端子与第一燃料电池1之间设置有继电器2，继电器2用于控制第一燃料电池1与电机之间电流的通断。

第一燃料电池1上设置有第一空气入口、第一空气出口、第一氢气入口和第一氢气出口，其中，第一空气入口能够与空气供应装置(图中未示出)连通，第一空气出口用于排出第一燃料电池1内没有参与反应的空气，第一氢气入口能够与氢气供应装置(图中未示出)连通，第一氢气出口用于排出第一燃料电池1内没有参与反应的氢气。

如图1所示，第一空气入口设置有第一阀门3，用于控制空气供入装置是否向第一燃料电池1内供入空气，第一空气出口上设置有第二阀门4，用于防止外界空气通过第一空气出口再次进入第一燃料电池1内，第二阀门4与第一阀门3同时断开时隔绝第一燃料电池1的空气来源。

如图1所示，第一氢气入口和第二氢气入口上没有设置阀门，因此，氢气供应装置能够始终向第一燃料电池1内供入氢气。当第一阀门3和第二阀门4关闭时，第一燃料电池1内氢氧燃料不接触，不产生电能。

第二燃料电池5上设置有第二空气入口、第二空气出口、第二氢气入口和第二氢气出口，其中，第一空气入口能够与空气供应装置(图中未示出)连通，第二空气出口用于排出第二燃料电池5内没有参与反应的空气，第二氢气入口能够与供氢装置(图中未示出)连通，第二氢气出口用于排出第二燃料电池5内没有参与反应的氢气。

本方案中，第二空气入口、第二空气出口、第二氢气入口和第二氢气出口始终处于开启状态，空气供应装置和氢气供应装置能够始终向第二燃料电池5内供入空气和氢气，也就是说第二燃料电池5无论动力系统处于何种工况始终处于正常工作发电的状态。

FCU为控制器，负责接收整车的控制指令，协调动力系统的其他控制器和执行器的工作，同时控制器还具有实施监测的功能，监测传感器的状态，实时诊断整个动力系统的故障。此处需要说明的是，FCU为汽车领域常用的控制器，本方案不涉及对FCU的改进。

动力系统正常运行工况时，第一燃料电池1和第二燃料电池5均正常工作，即空气供应装置和氢气供应装置同时向第一燃料电池1和第二燃料电池5供入氢气和空气，此时第一阀门3和第二阀门4均开启，第一燃料电池1和第二燃料电池5均发电，继电器2处于闭合状态，第一燃料电池1对电机供电，保证电机的正常工作，驱动新能源汽车行驶，第二燃料电池5对FCU、压缩机和循环泵6供电，保证FCU、压缩机和循环泵6供电的正常运行；

动力系统有正常运行工况转为怠速运行工况时，需要将第一燃料电池1的输出功率逐渐降低，具体步骤如下：

由于第一燃料电池1的输出功率受DCDC的控制，通过燃料电池控制器(后文简称FCU)控制DCDC逐渐降低第一燃料电池1的输出功率至吹扫功率，运行2min，将第一燃料电池1内产生的水通过分水器9和排水管10吹出；

FCU调整氢气供应装置的输入压力至30kPaG，同时FCU将空气供应装置的空气压力降至常压；

当FCU获得第一燃料电池1的电流降至10A的信号时时，关闭第一阀门3，阻断空气，使第一燃料电池1的电压迅速下降；

当FCU获得第一燃料电池1的电压降至0.5*N(N为第一燃料电池1的电堆的片数)的信号时，FCU输出指令，将将第一燃料电池1的输出电流调节至2A(降低电流以提高电压，避免电压过低引起系统报警)；

待FCU获得第一燃料电池1的电压降至60V以下后的信号时，关闭第二阀门4，断开继电器2，此时第一燃料电池1不再输出功率，第二燃料电池5持续工作，第二燃料电池5持续输出的电能维持东西系统在怠速期间的消耗，具体为空压机的最低转速消耗功率、FCU消耗功率和循环泵6的消耗功率等。

第二燃料电池5持续工作，动力系统的压缩机可以持续工作，避免了停机启动过程中压缩机的轴承磨损，延长空压机的使用寿命，而且压缩机最低转速时提供的空气供给第二燃料电池5，避免了压缩机做无用功，在动力系统由怠速转向正常工作时，空压机可以快速启动，缩短了动力系统的启动时间。

本方案公开的动力系统，怠速过程中，为了避免第一燃料电池1内残余的空气渗透到氢气流道，怠速过程中始终保持氢气循环，将第一燃料电池1内渗透的空气通过循环管路8的分水器9和排水管10排出第一燃料电池1，保证第一燃料电池1内不会出现氢气和空气混合的情况，避免了再次启动过程中氢空界面的产生，以降低新能源汽车怠速时产生的电池损害，同时实现在第一燃料电池1再次通入空气时，可以更快的建立电压，保证动力系统快速启动。

在动力系统由怠速转向正常运行工况时，第一阀门3和第二阀门4同时开启，继电器241，通过实时监控，将第一燃料电池1的电压限制在0.85*N(N为第一燃料电池1的电堆片数)以内，然后根据动力系统的需求功率，逐步增加动力系统的负载，同时调节压缩机的转速和氢气的压力，保证动力系统的功率输出。

本方案公开的动力系统，采用双电堆系统，具体的，双电堆系统包括第一燃料电池1和第二燃料电池5，在动力系统正常运行时，第一燃料电池1和第二燃料电池5均正常工作，第一燃料电池1和第二燃料电池5持续通入氢气和空气，第一燃料电池1和第二燃料电池5均不停机，避免产生氢空界面，怠速运行时，第一燃料电池1处于待机状态，只通入氢气，不通入空气，且始终保持氢气循环，将第一燃料电池1内渗透的空气通过循环管路8的分水器9和排水管10排出第一燃料电池1，避免第一燃料电池1在停机时产生氢空界面，第二燃料电池5处于工作状态，维持动力系统的功率消耗，从而达到在不影响动力系统的第一燃料电池1和第二燃料电池5寿命的前提下，实现第一燃料电池1零输入零输出的目的。

本方案公开的动力系统，保证新能源汽车在怠速时不产生多余的电能，减少燃料浪费，同时也保证了第二燃料电池5以外的电能在怠速期间也不会被消耗，即怠速期间动力电池内存储的能量不会被消耗，避免车辆启动出现问题。

第一燃料电池1和第二燃料电池5与空气供应装置的连通如图1所示。第一空气入口上设置有第一分支管路11，第二空气入口上设置有第二分支管路12，第一分支管路11和第二分支管路12通过第一主管路13与空气供应装置连通。该实施例中通过一套空气供应装置实现对第一燃料电池1和第二燃料电池5的同时供气，减少了空气供应装置的设置数量。

具体的，第一分支管路11和第二分支管路12通过三通与第一主管路13连通，第一主管路13与空气供应装置连通，第一分支管路11上设置第一阀门3。

在本方案的一个具体实施例中，第一燃料电池1和第二燃料电池5排出的空气也均汇集到同一管路即第二主管路16。如图1所示，第一空气出口上设置有第三分支管路14，第二空气出口上设置有第四分支管路15，第三分支管路14和第四分支管路15与第二主管路16连通，即第一燃料电池1和第二燃料电池5排出的空气均汇集到第二主管路16内，再进入空气供应装置。

具体的，第三分支管路14和第四分支管路15通过三通与第二主管路16连通，第二主管路16与空气供应装置连通，第二分支管路12上设置第二阀门4。

第一燃料电池1和第二燃料电池5与氢气供应装置的连通如图1所示。第一氢气出口设置第五分支管路17，第二氢气出口设置第六分支管路18，第五分支管路17和第六分支管路18通过供氢管路7氢气供应装置连通。该实施例中，通过一套氢气供应装置实现对第一燃料电池1和第二燃料电池5的同时供氢，减少了氢气供应装置的设置数量，降低了动力系统的成本。

具体的，第五分支管路17和第六分支管路18通过三通与供氢管路7连通，供氢管路7与氢气供应装置的储氢装置连通。

在本方案的一个具体实施例中，第一燃料电池1和第二燃料电池5排出的氢气也汇集至同一管路即循环管路8，如图1所示，循环管路8的一端通过三通与第七分支管路19和第八分支管路20连通，循环管路8的另一端与供氢管路7连通。本方案中第一燃料电池1和第二燃料电池5中为参与反应的氢气会通过循环管路8在此进入供氢管路7，然后通过供氢管路7再次进入第七分支管路19和第八分支管路20，最后通过第七分支管路19和第八分支管路20分别送入第一燃料电池1和第二燃料电池5参与反应，减少氢燃料的损耗，提高氢燃料的利用率。

为了提高氢气的循环速度，本方案在循环管路8上设置有循环泵6。

如图1所示，循环泵6位于循环管路8的分水器9的下游，减少再次进入第一燃料电池1和第二燃料电池5的水分。

此处需要说明的是，上游和下游是依照氢气的流动方向确定，氢气输送来的方向即为上游，氢气输送至的方向即为下游。

本方案中第一阀门3和第二阀门4可以均为手动阀门，或者，第一阀门3和第二阀门4均为电磁阀，或者，第一阀门3和第二阀门4中的一个阀门为手动阀门，第一阀门3和第二阀门4的另一个阀门为电磁阀。

优选的，第一阀门3和第二阀门4均为电磁阀。

本方案还公开了一种新能源汽车，包括动力系统，动力系统为上述任意一个方案中记载的动力系统，由于动力系统具有上述技术效果，具有该动力系统的新能源汽车也具有同样的技术效果，在此不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种动力系统，适用于新能源汽车，其特征在于，包括：

第一燃料电池(1)，所述第一燃料电池(1)用于为电机提供电能，所述第一燃料电池(1)与所述电机之间设置有继电器(2)，所述第一燃料电池(1)上设置有第一空气入口和第一空气出口，所述第一空气入口能够与空气供应装置连通，所述第一空气入口与所述空气供应装置之间设置有第一阀门(3)，所述第一空气出口用于排出所述第一燃料电池(1)内未参与反应的空气，所述第一空气出口上设置有第二阀门(4)，所述第一燃料电池(1)上设置有第一氢气入口和第一氢气出口，所述第一氢气入口通过供氢管路(7)与氢气供应装置连通，所述第一氢气出口用于排出所述第一燃料电池(1)内未参与反应的氢气；

第二燃料电池(5)，所述第二燃料电池(5)用于为FCU、所述空气供应装置的空气压缩机和所述氢气供应装置的循环泵(6)供电，所述第二燃料电池(5)上设置有第二空气入口和第二空气出口，所述第二空气入口能够与所述空气供应装置连通，所述第二空气出口用于排出所述第二燃料电池(5)内未参与反应的空气，所述第二燃料电池(5)上设置有第二氢气入口和第二氢气出口，所述第二氢气入口能够与所述供氢管路(7)连通，所述第二氢气出口用于排出所述第二燃料电池(5)内未参与反应的氢气，所述第一氢气出口和所述第二氢气出口通过循环管路(8)与所述供氢管路(7)连通，循环管路(8)上设置有分水器(9)，所述分水器(9)上设置有排水管(10)。

2.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，

所述第一空气入口设置有第一分支管路(11)，所述第一分支管路(11)上设置所述第一阀门(3)，

所述第二空气入口设置有第二分支管路(12)，所述第二分支管路(12)和所述第一分支管路(11)通过第一主管路(13)与所述空气供应装置连通。

3.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，

所述第一空气出口设置有第三分支管路(14)，所述第三分支管路(14)上设置所述第二阀门(4)，

所述第二空气出口设置有第四分支管路(15)，所述第三分支管路(14)和所述第四分支管路(15)通过第二主管路(16)与所述空气供应装置连通。

4.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，

所述第一氢气入口设置有第五分支管路(17)，

所述第二氢气入口设置有第六分支管路(18)，所述第六分支管路(18)和所述第五分支管路(17)与所述供氢管路(7)连通。

5.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，

所述第一氢气出口设置有第七分支管路(19)，

所述第二氢气出口设置有第八分支管路(20)，所述第八分支管路(20)和所述第七分支管路(19)通过所述循环管路(8)与所述供氢管路(7)连通。

6.根据权利要求5所述的动力系统，其特征在于，所述循环管路(8)上设置所述循环泵(6)。

7.根据权利要求6所述的动力系统，其特征在于，所述循环泵(6)位于所述分水器(9)的下游。

8.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述第一阀门(3)为电磁阀。

9.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述第二阀门(4)为电磁阀。

10.一种新能源汽车，其特征在于，包括动力系统，所述动力系统为权利要求1-9中任意一项所述的动力系统。

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