CN216545837U - 一种车载燃料电池发动机控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种车载燃料电池发动机控制装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术低温启动时间过长、功率响应速率过慢、开关机次数过多的问题。该装置包括燃料电池发动机、双向DC‑DC变压器、磷酸铁锂动力电池、钛酸锂电池和换热器。燃料电池发动机的供电端与磷酸铁锂动力电池连接，并经双向DC‑DC变压器与钛酸锂电池连接，其换热管路与换热器的支路一连接；钛酸锂电池内部设置换热管路，所述换热管路与换热器的支路二连接。发动机启动时，钛酸锂电池通过双向DC‑DC变压器向燃料电池发动机中的BOP供电；发动机启动后，换热器进入工作模式，以使燃料电池发动机产生的热量给磷酸铁锂动力电池快速升温；在怠速工况下，燃料电池发动机给钛酸锂电池充电。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种车载燃料电池发动机控制装置。
背景技术
随着传统汽车对环境的污染问题日渐突出，纯电动汽车充电时间过长、续航里程受限等问题的不断暴露，氢燃料电池由于具有零污染、高效率、续航里程长的优点被广泛应用于汽车领域。
氢燃料电池汽车作为新能源汽车的一种，其燃料电池发动机和动力电池作为动力装置的核心部件。而在冬季低温情况下，燃料电池发动机低温启动时间过长，功率响应速率过慢，开关机次数过多，严重影响燃料电池发动机的寿命。并且，动力电池在低温情况下无法完成充电。
现有车载燃料电池发动机控制装置在低温情况下无怠速模式，功率响应速率较慢，开关机次数过多。并且，车用磷酸铁锂类动力电池在低温情况下，无法充电，无余热利用，升温时间过长。
实用新型内容
鉴于上述的分析，本实用新型实施例旨在提供一种车载燃料电池发动机控制装置，用以解决现有技术低温启动时间过长、功率响应速率过慢、开关机次数过多的问题。
一方面，本实用新型实施例提供了一种车载燃料电池发动机控制装置，包括燃料电池发动机、双向DC-DC变压器、磷酸铁锂动力电池、钛酸锂电池和换热器；
燃料电池发动机的供电端与磷酸铁锂动力电池连接，并经双向DC-DC变压器与钛酸锂电池连接，其换热管路与换热器的支路一连接；
钛酸锂电池内部设置换热管路，所述换热管路与换热器的支路二连接。
上述技术方案的有益效果如下：利用燃料电池发动机的余热给磷酸铁锂动力电池快速升温，缩短了动力电池升温的时间，提高了燃料电池装置的能量利用效率。同时，在冬季低温情况，工作在怠速模式时，当整车需要大功率输出时，可快速响应装置的功率需求，提高了装置的响应速度，减少了燃料电池的开关机次数，提高了燃料电池的寿命。
基于上述装置的进一步改进，该装置还包括DC-DC升压器；其中，
DC-DC升压器的低压输入端与燃料电池发动机的供电端连接，高压输出端一与燃料电池发动机中BOP的供电端连接，高压输出端二分别与双向DC-DC变压器的一个端口、钛酸锂电池的供电端连接。
进一步，该车载燃料电池发动机控制装置还包括控制器；
发动机启动时，所述控制器控制钛酸锂电池、双向DC-DC变压器、燃料电池发动机方向支路导通，以使钛酸锂电池通过双向DC-DC变压器向燃料电池发动机中的BOP供电；
发动机启动后，所述控制器控制换热器启动，以使燃料电池发动机产生的热量传输至磷酸铁锂动力电池；
在怠速工况下，所述控制器控制燃料电池发动机、双向DC-DC变压器、钛酸锂电池方向支路导通，以使燃料电池发动机通过双向DC-DC变压器对钛酸锂电池充电。
进一步，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。
进一步，所述数据采集单元进一步电流、电压或功率传感器中的至少一种，以及，温度传感器；其中，
所述电流、电压或功率传感器，设于燃料电池发动机的供电端；
所述温度传感器，设于钛酸锂电池的换热管路内壁上。
进一步，所述磷酸铁锂动力电池的容量大于所述钛酸锂电池的容量。
进一步，所述燃料电池发动机包括氢燃料电池发动机、固体氧化物燃料电池、甲醇燃料电池中的至少一种。
进一步，发动机启动后，当磷酸铁锂动力电池中换热管路内温度高于设定值时，数据处理与控制单元控制燃料电池发动机、磷酸铁锂动力电池、整车负载方向支路导通，以使燃料电池发动机向磷酸铁锂动力电池供电使其充电，并以使燃料电池发动机和磷酸铁锂动力电池分别向整车负载供电；
在怠速工况下，当磷酸铁锂动力电池中换热管路内温度大于等于设定值时，数据处理与控制单元控制燃料电池发动机、磷酸铁锂动力电池方向支路导通，以使燃料电池发动机向磷酸铁锂动力电池供电使其充电；当磷酸铁锂动力电池中换热管路内温度低于设定值时，数据处理与控制单元控制燃料电池发动机、双向DC-DC变压器、钛酸锂电池方向支路导通，以使燃料电池发动机通过双向DC-DC变压器给钛酸锂电池充电。
进一步，该装置还包括共振器；其中，
所述共振器的输出端连接于燃料电池发动机中的电堆，控制端连接于控制器的输出端。
进一步，所述燃料电池发动机中电堆的空气尾排口处设有空气尾排阀集成消声器。
与现有技术相比，本实施例提供的车载燃料电池发动机控制装置至少具有如下有益效果之一：
1、在燃料电池发动机低温启动的时候，通过耐低温的小容量钛酸锂电池、双向DC-DC变压器给燃料电池发动机中的BOP供电。当燃料电池发动机启动后，耐低温的小容量钛酸锂电池作为怠速工况下燃料电池的负载，通过双向DC-DC变压器给钛酸锂电池充电；
2、利用燃料电池的余热通过换热器给大容量车载磷酸铁锂动力电池BAT1快速加热。工作在怠速模式下，可快速响应装置的功率需求，提高了装置的响应速度。减少了燃料电池的开关机次数，提高燃料电池的寿命。
提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
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示出了实施例1车载燃料电池发动机控制装置组成示意图；
图2示出了实施例2车载燃料电池发动机控制装置组成示意图。
附图标记：
FC- 燃料电池发动机； DC/DC(升压)- DC-DC升压器； DC/DC(双向)- 双向DC-DC变压器； BAT1- 磷酸铁锂动力电池； BAT2- 钛酸锂电池。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
实施例1
本实用新型的一个实施例，公开了一种车载燃料电池发动机控制装置，如图1所示，包括燃料电池发动机FC、双向DC-DC变压器、磷酸铁锂动力电池BAT1、钛酸锂电池BAT2和换热器。
其中，燃料电池发动机FC的供电端与磷酸铁锂动力电池BAT1连接，并经双向DC-DC变压器与钛酸锂电池BAT2连接，其换热管路与换热器的支路一连接。
钛酸锂电池BAT2内部设置换热管路，所述换热管路与换热器的支路二连接。
与现有技术相比，本实施例提供利用燃料电池发动机的余热给磷酸铁锂动力电池BAT1快速升温，缩短了动力电池升温的时间，提高了燃料电池装置的能量利用效率。同时，在冬季低温情况，工作在怠速模式时，当整车需要大功率输出时，快速响应装置的功率需求，提高了装置的响应速度，减少了燃料电池的开关机次数，提高了燃料电池的寿命。
实施例2
在实施例1的基础上进行改进，该装置还包括DC-DC升压器，如图2所示。
其中，DC-DC升压器的低压输入端与燃料电池发动机FC的供电端连接，高压输出端一与燃料电池发动机FC中的BOP供电端连接，高压输出端二分别与双向DC-DC变压器的一个端口、钛酸锂电池BAT2的供电端连接。
优选地，该车载燃料电池发动机控制装置还包括控制器。
发动机启动时，所述控制器控制钛酸锂小容量电池、双向DC-DC变压器、燃料电池发动机方向支路导通，以使钛酸锂小容量电池通过双向DC-DC变压器向燃料电池发动机中的BOP供电。
发动机启动后，所述控制器控制换热器启动，以使燃料电池发动机产生的热量传输至磷酸铁锂动力电池。
在怠速工况下，所述控制器控制燃料电池发动机、双向DC-DC变压器、钛酸锂小容量电池方向支路导通，以使燃料电池发动机通过双向DC-DC变压器对钛酸锂小容量电池充电。
控制器，用于发动机启动时，控制钛酸锂电池BAT2通过双向DC-DC变压器向燃料电池发动机FC中的BOP供电，直到启动成功；发动机启动后，控制换热器进入工作模式，以使燃料电池发动机FC产生的热量给磷酸铁锂动力电池BAT1快速升温；以及，在怠速工况下，控制燃料电池发动机FC通过双向DC-DC变压器给钛酸锂电池BAT2充电。
优选地，所述控制器包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。
优选地，数据采集单元进一步包括电流、电压或功率传感器中一种，以及温度传感器。
电流、电压或功率传感器，设于燃料电池发动机FC的供电端，用于采集燃料电池发动机FC的输出电流或功率，发送至数据处理与控制单元。
温度传感器，设于钛酸锂电池BAT2的换热管路内壁上，用于采集钛酸锂电池BAT2的换热管路内液体温度，发送至数据处理与控制单元。
优选地，发动机启动后，当磷酸铁锂动力电池中换热管路内温度高于设定值时，数据处理与控制单元控制燃料电池发动机、磷酸铁锂动力电池、整车负载方向支路导通，以使燃料电池发动机向磷酸铁锂动力电池供电使其充电，并以使燃料电池发动机和磷酸铁锂动力电池分别向整车负载供电。
在怠速工况（工况判断可参见专利CN202011327366.）下，当磷酸铁锂动力电池中换热管路内温度大于等于设定值时，数据处理与控制单元控制燃料电池发动机、磷酸铁锂动力电池方向支路导通，以使燃料电池发动机向磷酸铁锂动力电池供电使其充电；当磷酸铁锂动力电池中换热管路内温度低于设定值时，数据处理与控制单元控制燃料电池发动机、双向DC-DC变压器、钛酸锂电池方向支路导通，以使燃料电池发动机通过双向DC-DC变压器给钛酸锂电池充电。
上述控制支路导通的方法可采用现有技术，例如设置控制开关，本领域技术人员能够理解，此处不进行赘述。
优选地，燃料电池发动机包括氢燃料电池发动机、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池(DMFC)中的至少一种。
优选地，磷酸铁锂动力电池BAT1的容量大于所述钛酸锂电池BAT2的容量。
优选地，该车载燃料电池发动机控制装置还包括共振器。所述共振器的输出端连接于燃料电池发动机FC中的电堆，控制端连接于控制器的输出端。
控制器，还用于控制共振器对电堆执行预设频率和幅度的振动，以促进电堆内部的液态水雾化和防止质子交换膜上的水结冰。
优选地，所述燃料电池发动机FC中电堆的空气尾排口处设有空气尾排阀集成消声器。
与实施例1相比，本实施例提供的燃料电池发动机装置利用燃料电池的余热通过换热器给大容量车载磷酸铁锂动力电池BAT1快速加热。工作在怠速模式下，可快速响应装置的功率需求，提高了装置的响应速度。减少了燃料电池的开关机次数，提高燃料电池的寿命。在燃料电池发动机低温启动的时候，通过耐低温的小容量钛酸锂电池BAT2、双向DC-DC变压器给燃料电池发动机中的BOP供电。当燃料电池发动机启动后，耐低温的小容量钛酸锂电池BAT2作为怠速工况下燃料电池的负载，通过双向DC-DC变压器给钛酸锂电池BAT2充电。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种车载燃料电池发动机控制装置，其特征在于，包括燃料电池发动机、双向DC-DC变压器、磷酸铁锂动力电池、钛酸锂电池和换热器；
燃料电池发动机的供电端与磷酸铁锂动力电池连接，并经双向DC-DC变压器与钛酸锂电池连接，其换热管路与换热器的支路一连接；
钛酸锂电池内部设置换热管路，所述换热管路与换热器的支路二连接。
2.根据权利要求1所述的车载燃料电池发动机控制装置，其特征在于，还包括DC-DC升压器；其中，
所述DC-DC升压器的低压输入端与燃料电池发动机的供电端连接，高压输出端一与燃料电池发动机中BOP的供电端连接，高压输出端二分别与双向DC-DC变压器的一个端口、钛酸锂电池的供电端连接。
3.根据权利要求1或2所述的车载燃料电池发动机控制装置，其特征在于，还包括控制器；
发动机启动时，所述控制器控制钛酸锂电池、双向DC-DC变压器、燃料电池发动机方向支路导通，以使钛酸锂电池通过双向DC-DC变压器向燃料电池发动机中的BOP供电；
发动机启动后，所述控制器控制换热器启动，以使燃料电池发动机产生的热量传输至磷酸铁锂动力电池；
在怠速工况下，所述控制器控制燃料电池发动机、双向DC-DC变压器、钛酸锂电池方向支路导通，以使燃料电池发动机通过双向DC-DC变压器对钛酸锂电池充电。
4.根据权利要求3所述的车载燃料电池发动机控制装置，其特征在于，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。
5.根据权利要求4所述的车载燃料电池发动机控制装置，其特征在于，所述数据采集单元进一步包括电流、电压或功率传感器中的至少一种，以及，温度传感器；其中，
所述电流、电压或功率传感器，设于燃料电池发动机的供电端；
所述温度传感器，设于钛酸锂电池的换热管路内壁上。
6.根据权利要求1-2、4-5任意一项所述的车载燃料电池发动机控制装置，其特征在于，所述磷酸铁锂动力电池的容量大于所述钛酸锂电池的容量。
7.根据权利要求6所述的车载燃料电池发动机控制装置，其特征在于，所述燃料电池发动机包括氢燃料电池发动机、固体氧化物燃料电池、甲醇燃料电池中的至少一种。
8.根据权利要求4或5所述的车载燃料电池发动机控制装置，其特征在于，发动机启动后，当磷酸铁锂动力电池中换热管路内温度高于设定值时，数据处理与控制单元控制燃料电池发动机、磷酸铁锂动力电池、整车负载方向支路导通，以使燃料电池发动机向磷酸铁锂动力电池供电使其充电，并以使燃料电池发动机和磷酸铁锂动力电池分别向整车负载供电；
在怠速工况下，当磷酸铁锂动力电池中换热管路内温度大于等于设定值时，数据处理与控制单元控制燃料电池发动机、磷酸铁锂动力电池方向支路导通，以使燃料电池发动机向磷酸铁锂动力电池供电使其充电；当磷酸铁锂动力电池中换热管路内温度低于设定值时，数据处理与控制单元控制燃料电池发动机、双向DC-DC变压器、钛酸锂电池方向支路导通，以使燃料电池发动机通过双向DC-DC变压器给钛酸锂电池充电。
9.根据权利要求8所述的车载燃料电池发动机控制装置，其特征在于，还包括共振器；其中，
所述共振器的输出端连接于燃料电池发动机中的电堆，控制端连接于控制器的输出端。
10.根据权利要求1-2、4-5、7、9任意一项所述的车载燃料电池发动机控制装置，其特征在于，所述燃料电池发动机中电堆的空气尾排口处设有空气尾排阀集成消声器。
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