CN212219967U - 一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统，充分考虑燃料电池，动力电池和超级电容受温度影响程度的不同，确定上述不同部件的启动顺序；其中，每个部件的能量源的接入由各自的电能传输装置控制，控制方便。由于超级电容受温度影响较小，首先由其给动力电池控制模块供电，使得动力电池达到理想的供电状态；然后，再由超级电容和动力电池同时给燃料电池供电，确保燃料电池的快速启动。本实用新型通过协调各个部件之间的启动顺序及启动策略，保证燃料电池车冷启动成功，提高整车的环境适应能力。
Description
技术领域
本实用新型属于能源控制领域，具体涉及一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统。
背景技术
随着燃料电池电动汽车的快速发展，整车的各项性能指标也在不断提升，低温环境下的是否能正常的启动是对整车的一项严重考验。尤其是在北方或者冬天情况下，需要起动机频繁启动，然而，整车的燃料电池系统和其辅助能源等部件受环境的影响是不同的，公开号为：CN208401612U，专利名称为一种适用于低温的快速的超级电容汽车辅助启动器中，提供了一种基于超级电容的辅助启动器，使用DCDC通过从蓄电池取电，存储于超级电容中，使用超级电容完成对起动机的启动，能够实现汽车低温、快速、可靠、频繁启动的需求，以弥补电池启动系统的低可靠性问题。但是其并没有协调考虑好各个部件之间的启动顺序及启动策略，无法在提高整车的环境适应能力的情况下，保证燃料电池车冷启动成功。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术并没有协调考虑好各个部件之间的启动顺序及启动策略，无法在提高整车的环境适应能力的缺陷，提供一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统，所述低温的范围在-40度到0度，其包括燃料电池控制模块、动力电池控制模块、超级电容控制模块，以及启动控制模块，其中：
所述燃料电池控制模块、动力电池控制模块、超级电容控制模块均电性连接到启动控制模块；
所述燃料电池控制模块包括燃料电池、燃料电池管理控制器、第一电能传输装置以及连接到燃料电池的燃料电池加热装置；所述燃料电池管理控制器，用于采集和控制燃料电池的工作状态和信息；
所述动力电池控制模块包括动力电池、动力电池管理控制器、第二电能传输装置以及连接到动力电池的动力电池加热装置；所述动力电池管理控制器，用于采集和控制动力电池的工作状态和信息；
所述超级电容控制模块包括超级电容、超级电容管理控制器和第三电能传输装置；所述超级电容管理控制器用于采集和控制超级电容的工作状态和信息；其中：
所述燃料电池、动力电池和超级电容的工作状态和信息将由对应的管理控制器传输到启动控制模块；
所述第一、二、三电能传输装置，用于提供整个系统的能量供应，以及将燃料电池、动力电池和超级电容供应的电能传输到外部高压电路；所述高压的范围在240V到570V；
所述启动控制模块用于根据动力电池的温度，在所述动力电池的温度小于预设的第一温度阈值时，控制第三电能传输装置，给动力电池加热装置供电，在动力电池管理控制器启动后，控制所述动力电池加热装置给动力电池加热；其也用于设定触发条件，在对动力电池加热时，控制所述第一、二电能传输装置内包括的接触器的吸合状态；所述触发条件包括所述动力电池达到的温度，以及动力电池允许的充放电功率；
在触发所述触发条件时，由所述启动控制模块控制所述第一、二电能传输装置内的接触器同时达到吸合状态，控制超级电容和动力电池同时给燃料电池加热装置供电，实现对燃料电池的加热，且，在燃料电池的温度达到预设的第二温度阈值时，启动燃料电池管理控制器来控制氢能源汽车在当前环境下的启动。
实施本实用新型的一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统，充分考虑了燃料电池、动力电池和超级电容受温度影响程度的不同，确定上述不同部件的启动顺序；其中，各个能量源的接入由各自的电能传输装置控制，且超级电容受温度影响较小，本实用新型中考虑首先由其给动力电池加热装置供电，使得动力电池达到理想的供电状态。再由超级电容SC和动力电池同时给燃料电池供电，确保燃料电池的快速启动。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型提供的一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统结构图；
图2是电能传输装置与对应元件、外部高压电路的连接结构图；
图3是一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制方法逻辑框图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
请参考图1，其为本实用新型提供的一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统结构图，其包括燃料电池控制模块、动力电池控制模块、超级电容控制模块，以及启动控制模块，其中：
本实施例所述低温的范围在-40度到0度；在当前限制的温度范围内，进行氢能源汽车的启动控制；
所述燃料电池控制模块、动力电池控制模块、超级电容控制模块均电性连接到启动控制模块；
所述燃料电池控制模块包括燃料电池、燃料电池管理控制器、第一电能传输装置以及连接到燃料电池的燃料电池加热装置；所述燃料电池管理控制器，用于采集和控制燃料电池的工作状态和信息；
所述动力电池控制模块包括动力电池、动力电池管理控制器、第二电能传输装置以及连接到动力电池的动力电池加热装置；所述动力电池管理控制器，用于采集和控制动力电池的工作状态和信息；
所述超级电容控制模块包括超级电容、超级电容管理控制器和第三电能传输装置；所述超级电容管理控制器用于采集和控制超级电容的工作状态和信息；其中：
所述燃料电池、动力电池和超级电容的工作状态和信息将由对应的管理控制器传输到启动控制模块；所述工作状态和信息包括元件的电压、电流和温度。
所述燃料电池管理控制器、动力电池管理控制器以及超级电容管理控制器之间采用can通讯方式进行信息交互。
所述第一、二、三电能传输装置，用于提供整个系统的能量供应，以及将燃料电池、动力电池和超级电容供应的电能传输到外部高压电路，实现对整车高压系统的供电，从而驱动车辆；所述高压的范围在240V到570V。
所述启动控制模块用于根据动力电池的温度，在所述动力电池的温度小于预设的第一温度阈值时，控制第三电能传输装置，给动力电池加热装置供电，在动力电池管理控制器启动后，控制所述动力电池加热装置给动力电池加热；
为了保证在动力电池加热到预设的启动温度时，在所述启动控制模块内编写、设定触发条件，在对动力电池加热时，控制所述第一、二电能传输装置内包括的接触器的吸合状态；所述触发条件包括所述动力电池达到的温度，以及动力电池允许的充放电功率；
在触发所述触发条件时，即动力电池达到的温度值，以及其允许的充放电功率到到预设的阈值时，由所述启动控制模块控制所述第一、二电能传输装置内的接触器同时达到吸合状态，控制超级电容和动力电池同时给燃料电池加热装置供电，实现对燃料电池的加热，且，在燃料电池的温度达到预设的第二温度阈值时，启动燃料电池管理控制器来控制氢能源汽车在当前环境下的启动。
当前考虑了燃料电池、动力电池和超级电容受温度影响程度的不同，且由于超级电容受温度影响较小，因此，本实施方案中首先考虑是否需要对动力电池加热，使得在动力电池达到理想的供电状态下，驱动超级电容SC和动力电池同时给燃料电池供电，在确保燃料电池快速启动的情况下，启动燃料电池管理控制器来控制氢能源汽车在当前环境下的启动。
具体在实施的时候：
上述加热装置均采用PTC水加热器，实现对动力电池和燃料电池的加热；
所述触发条件为：在所述动力电池的温度大于预设的第三温度阈值，且动力电池的允许放电功率大于预设的功率值时，即动力电池达到理想的供电状态，由所述启动控制模块控制所述第一、二电能传输装置内的接触器同时达到吸合状态；其中：
在所述动力电池的温度小于0℃时，所述启动控制模块控制第三电能传输装置，给动力电池加热装置供电，在动力电池管理控制器启动后，控制所述动力电池加热装置给动力电池加热；且，基于电池放电特性与温度有关，当温度较为适宜的时候，电池的工作状态也比较好，因此，本实施例下，考虑在所述动力电池的温度大于10℃，以及动力电池的允许放电功率大于5kW时，由所述启动控制模块控制第一、二电能传输装置内的接触器同时达到吸合状态。而，具体在实施的时候，上述的温度阈值和允许充放电功率值可以进行灵活调整，以便达到本实用新型所要求的实现的目的。
请参考图2，其为电能传输装置与对应元件、外部高压电路的连接结构图，燃料电池、动力电池和超级电容之间通过母线连接到对应的电能传输装置，而每个电能传输装置通过母线连接到外部高压电路，将燃料电池、动力电池和超级电容产生的电能输送至外部高压电路，实现对整车高压系统的供电，从而驱动车辆。
请参考图3，其为氢能源汽车在低温环境下启动的控制方法流程图，包括以下步骤：
首先，在电堆开启时，由所述启动控制模块控制动力电池和超级电容为燃料电池管理控制器供电；其中：
为满足燃料电池起堆时的控制功率需求，在动力电池的温度小于第一温度阈值时，控制第三电能传输装置，给动力电池加热装置供电，在动力电池管理控制器启动后，由所述动力电池加热装置给动力电池进行加热。在实施的时候，考虑在所述动力电池的温度小于0℃时，所述启动控制模块控制第三电能传输装置，给动力电池加热装置供电，在动力电池管理控制器启动后，由所述动力电池加热装置给动力电池进行加热。
其次，在动力电池加热的过程中，当动力电池的温度大于第三温度阈值，且动力电池允许放电功率大于预设的功率值时，即动力电池达到理想的供电状态，所述启动控制模块控制第一、二电能传输装置内的接触器同时达到吸合状态，控制超级电容和动力电池同时给燃料电池加热装置供电，实现对燃料电池的加热，且，在燃料电池的温度达到预设的第二温度阈值时，即燃料电池达到理想的供电状态，启动燃料电池控制器来控制氢能源汽车在当前环境下的启动；在实施的时候，在所述动力电池的温度大于10℃，且动力电池的允许放电功率大于5kW时，所述启动控制模块控制所述第一、二电能传输装置内的接触器同时达到吸合状态。
最后，当燃料电池控制器启动成功后，整车进入行驶状态。
在实施上述技术方案的时候，为保证整车快速进入行驶状态，充分考虑了燃料电池、动力电池和超级电容在低温情况下的启动优先级，在动力电池处于理想供电状态的时候，驱动超级电容和动力电池同时为燃料电池充电，在燃料电池达到理想供电的情况下，整车进入行驶状态。
本实用新型公开了一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统，充分考虑了燃料电池、动力电池和超级电容受温度影响程度的不同，确定上述不同部件的启动顺序；其中，各个能量源的接入由各自的电能传输装置控制，且超级电容受温度影响较小；本实用新型中考虑首先由其给动力电池加热装置供电，使得动力电池达到理想的供电状态，再由超级电容和动力电池同时给燃料电池供电，确保燃料电池的快速启动。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (6)
1.一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统，其特征在于，所述低温的范围在-40度到0度，其包括燃料电池控制模块、动力电池控制模块、超级电容控制模块，以及启动控制模块，其中：
所述燃料电池控制模块、动力电池控制模块、超级电容控制模块均电性连接到启动控制模块；
所述燃料电池控制模块包括燃料电池、燃料电池管理控制器、第一电能传输装置以及连接到燃料电池的燃料电池加热装置；所述燃料电池管理控制器，用于采集和控制燃料电池的工作状态和信息；
所述动力电池控制模块包括动力电池、动力电池管理控制器、第二电能传输装置以及连接到动力电池的动力电池加热装置；所述动力电池管理控制器，用于采集和控制动力电池的工作状态和信息；
所述超级电容控制模块包括超级电容、超级电容管理控制器和第三电能传输装置；所述超级电容管理控制器用于采集和控制超级电容的工作状态和信息；其中：
所述燃料电池、动力电池和超级电容的工作状态和信息将由对应的管理控制器传输到启动控制模块；
所述第一、二、三电能传输装置，用于提供整个系统的能量供应，以及将燃料电池、动力电池和超级电容供应的电能传输到外部高压电路；所述高压的范围在240V到570V；
所述启动控制模块用于根据动力电池的温度，在所述动力电池的温度小于预设的第一温度阈值时，控制第三电能传输装置，给动力电池加热装置供电，在动力电池管理控制器启动后，控制所述动力电池加热装置给动力电池加热；其也用于设定触发条件，在对动力电池加热时，控制所述第一、二电能传输装置内包括的接触器的吸合状态；所述触发条件包括所述动力电池达到的温度，以及动力电池允许的充放电功率；
在触发所述触发条件时，由所述启动控制模块控制所述第一、二电能传输装置内的接触器同时达到吸合状态，控制超级电容和动力电池同时给燃料电池加热装置供电，实现对燃料电池的加热，且，在燃料电池的温度达到预设的第二温度阈值时，启动燃料电池管理控制器来控制氢能源汽车在当前环境下的启动。
2.根据权利要求1所述的氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统，其特征在于，所述燃料电池管理控制器、动力电池管理控制器以及超级电容管理控制器之间采用can通讯方式进行信息交互。
3.根据权利要求2所述的氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统，其特征在于，每个管理控制器通过can通讯线连接到can总线上。
4.根据权利要求3所述的氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统，其特征在于，动力电池加热装置、燃料电池加热装置电性连接到外部高压电路；所述动力电池加热装置、燃料电池加热装置均采用PTC水加热器，实现对动力电池和燃料电池的加热。
5.根据权利要求4所述的氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统，其特征在于，在所述动力电池的温度小于0℃时，所述启动控制模块控制第三电能传输装置，给动力电池加热装置供电；在动力电池管理控制器启动后，控制所述动力电池加热装置给动力电池加热；且，在所述动力电池的温度大于10℃，以及动力电池的允许放电功率大于5kW时，由所述启动控制模块控制第一、二电能传输装置内的接触器同时达到吸合状态。
6.根据权利要求5所述的氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统，其特征在于，燃料电池、动力电池和超级电容之间通过母线连接到对应的电能传输装置，而每个电能传输装置通过母线连接到外部高压电路，将燃料电池、动力电池和超级电容产生的电能输送至外部高压电路，实现对整车高压系统的供电，从而驱动车辆。
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| CN111319515A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-06-23 | 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 | 一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统及方法 |
| CN111319515B (zh) * | 2020-03-25 | 2024-05-28 | 中极氢能汽车(长治)有限公司 | 一种氢能源汽车在低温环境下启动的控制系统及方法 |
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