CN221272581U - 氢电混合动力系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种氢电混合动力系统及车辆，氢电混合动力系统包括氢燃料系统、动力电池系统、驱动系统以及主供电线路，所述氢燃料系统、所述动力电池系统以及所述驱动系统均与所述主供电线路连接；所述氢燃料系统包括氢燃料电堆以及为氢燃料电堆提供氢燃料的储氢装置，所述动力电池系统包括功率型电池与能量型电池，所述氢燃料电堆位于所述动力电池系统的一侧，所述储氢装置位于所述动力电池系统的另一侧；所述储氢装置设置有加氢口，所述动力电池系统设置有直流充电口及交流充电口。本申请的氢电混合动力系统及车辆具备多种补能功能，且性能得到提升。

Description

氢电混合动力系统及车辆

技术领域

本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及一种氢电混合动力系统及车辆。

背景技术

氢能作为未来净零排放的重要能源，越来越受到各个领域的重视。氢燃料汽车具备能量密度高、净零排放等明显优势，但由于现有的氢电混合动力系统仅有加氢口，无法实现多种场景的补能形式，且需采用特殊配方的高倍率充电的电芯或依赖大功率的氢堆保证动力系统在馈电工况下的大功率充放电需求，成本高、规模化效益低，导致氢燃料汽车普及困难。

因此，有必要提供一种改进的氢电混合动力系统及车辆以解决上述问题。

实用新型内容

本申请提供了一种具备多种补能功能、性能提升的氢电混合动力系统及车辆。

本申请公开了一种氢电混合动力系统，包括氢燃料系统、动力电池系统、驱动系统以及主供电线路，所述氢燃料系统、所述动力电池系统以及所述驱动系统均与所述主供电线路连接；所述氢燃料系统包括氢燃料电堆以及为氢燃料电堆提供氢燃料的储氢装置，所述动力电池系统包括功率型电池与能量型电池，所述氢燃料电堆位于所述动力电池系统的一侧，所述储氢装置位于所述动力电池系统的另一侧；所述储氢装置设置有加氢口，所述动力电池系统设置有直流充电口及交流充电口。

进一步地，所述动力电池系统还包括车载充电机，所述车载充电机连接所述动力电池系统与所述交流充电口。

进一步地，所述直流充电口与所述交流充电口设置于所述动力电池系统的同一侧，所述加氢口设置于与所述直流充电口及所述交流充电口相对的一侧。

进一步地，所述驱动系统包括前驱电机与后驱电机中的至少一者，所述前驱电机靠近所述氢燃料电池堆设置，所述后驱电机靠近所述储氢装置设置。

进一步地，所述功率型电池的功率大于等于100kW，所述功率型电池与所述能量型电池的总电池容量小于等于20kWh。

进一步地，所述氢燃料电堆的功率小于60kW。

进一步地，还包括DCF模块，所述DCF模块连接所述氢燃料电堆与所述主供电线路，所述DCF模块设置在所述氢燃料电堆的下方。

进一步地，还包括控制单元，当有大功率输出时，所述控制单元控制所述动力电池系统向所述驱动单元供电；当所述动力电池系统的剩余电量或放电功率低于预设值时，所述控制单元控制所述氢燃料电堆向所述驱动单元供电。

进一步地，当有小功率输出时，所述控制单元控制所述氢燃料电堆向所述驱动单元供电。

本申请还公开了一种车辆，包括如上所述的氢电混合动力系统。

本申请的氢电混合动力系统及车辆通过在储氢装置设置加氢口，在动力电池系统设置直流充电口及交流充电口，使氢电混合动力系统同时具备了氢燃料系统的加氢、动力电池系统的快充及慢充功能，同时提升了对补能设备的兼容性，以满足用户的不同补能场景需求，提升了氢电混合动力系统运行的稳定性与可靠性。动力电池系统包括能量型电池与功率型电池，可以使动力电池系统同时具备高能量密度与高功率密度，使氢电混合动力系统的性能大幅提升。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。

图1是本申请氢电混合动力系统的示意图。

图2是本申请氢电混合动力系统的结构示意图。

图3是本申请氢电混合动力系统的连接示意图。

附图标号说明：10、氢燃料系统；11、氢燃料电堆；12、储氢装置；121、加氢口；20、动力电池系统；201、直流充电口；202、交流充电口；203、车载充电机；24、功率型电池；25、能量型电池；30、驱动系统；31、前驱电机；32、后驱电机；40、主供电线路；50、控制系统；60、DFC模块；70、前轮轴。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本说明书使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内设有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

在本说明书使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

接下来对本申请的实施例进行详细说明。

如图1及图2所示，本申请提供了一种氢电混合动力系统，包括氢燃料系统10、动力电池系统20、驱动系统30、主供电线路40及控制系统50。氢燃料系统10、动力电池系统20以及驱动系统30均与主供电线路40连接，控制系统50控制氢燃料系统10、动力电池系统20与驱动系统30。

氢燃料系统10包括氢燃料电堆11与储氢装置12。氢燃料电堆11并联至主供电线路40，氢燃料电堆11内发生电化学反应产生电能，并可通过主供电线路40将电能传输至其他系统。储氢装置12与氢燃料电堆11连接并为氢燃料电堆11提供氢燃料。氢燃料电堆11位于动力电池系统20的一侧，储氢装置12位于动力电池系统20的另一侧。

氢燃料系统10具有优异的能量利用率和热效率，整体能源利用率高，并且运行平稳无噪声、低温使用性强、对空气质量和环境的影响小，是氢电混合动力系统输出功率的主要动力源之一。

储氢装置12设置有加氢口121，使本申请的氢电混合动力系统具备了加氢功能。通过设置加氢口121，使得氢电混合动力系统可以更加方便高效地从外界获取氢气能源并储存至储氢装置12中。氢气的填充速度较快，使得加氢过程可以快速完成，提升了用户使用的效率与便捷性。

具体地，本申请中，储氢装置12为氢罐，具有较高的能量密度。氢罐的数量为多个，具有较大的储存容量，可以充分满足用户对续航里程的要求。并且，通过将氢气分散储存在多个氢罐中，可以降低整体风险，保障了氢电混合动力系统运行的安全性和可用性。本申请中，多个氢罐并排设置，使整体结构更加紧凑，降低了管路连接的复杂性。一些情况下，多个氢罐也可以根据整体的布局和空间要求进行分散布置，以提升系统设计的灵活性。

动力电池系统20可以进行电能的储存与释放，是氢电混合动力系统输出功率的另一主要动力源。本申请中，动力电池系统20设置有直流充电口201及交流充电口202，可以配合外界充电设备，为动力电池系统20提供电能。直流充电口201通过直接将电流传输到电池中，以较高的电流进行充电，可以实现动力电池系统20的快充，适合长途旅行或急需充电等情况。交流充电口202需要将交流电转化为直流电后再传输到电池中，可以实现动力电池系统20的慢充，适合日常使用或停车时间较长等情况。

具体地，直流充电口201与交流充电口202设置于动力电池系统20的同一侧，加氢口121设置于与直流充电口201及交流充电口202相对的一侧。将加氢口121与充电口设置在动力电池系统20的两侧可以分散能源输入，有助于均衡氢电混合动力系统的重量分布，有效提升操控性和稳定性。同时，用户可以更加方便地接入充电设备或加氢设备，提高了使用的便利性和灵活性。

通过设置直流充电口201及交流充电口202，使得本申请的氢电混合动力系统具备了动力电池系统20的快充和慢充功能，满足了不同使用情况下对于充电效率及充电设备的多样化需求，同时提升了对补能设备的兼容性，使氢电混合动力系统整体的性能得到提升。

可以理解的是，本申请的动力电池系统20除了可以通过直流充电口201及交流充电口202外接充电设备进行充电外，也可以通过接收来自氢燃料系统10的电量进行充电。如此设置，可以保证当氢电混合动力系统处于长期无法进行外部充电的情况时，动力电池系统20也可以通过氢燃料系统10的充电而正常运行并向外放电。

如图3所示，动力电池系统20包括功率型电池24、能量型电池25与车载充电机203。功率型电池24与能量型电池25并联至主供电线路40，可通过主供电线路40与其他系统电连接。直流充电口201与动力电池系统20连接，将直流电直接输送至功率型电池24与能量型电池25。车载充电机203连接动力电池系统20与交流充电口202，将来自交流充电口202的交流电转化为直流电输送至功率型电池24与能量型电池25。

功率型电池24具有较低的内阻和较高的电导率，能够快速地释放储存的能量，在加速、启动以及需要瞬时高能量输出的应用中表现出色。能量型电池25可以提供较高的能量密度，能够长时间存储能量并持续输出较低功率。

在本实施例中，氢燃料电堆11的体积与功率相对较小，便于在氢电混合动力系统中进行灵活布置，实现了轻量化设计的同时保证了较高的续航里程。功率型电池24与能量型电池25相互配合，满足了氢电混合动力系统的高功率输出，又保证了长时间的能量存储与功率的持续输出，同时降低了对氢燃料电堆11功率跟随的要求。

具体地，氢燃料电堆11的功率小于60kW，功率型电池24的功率大于等于100kW，功率型电池24与能量型电池25的总电池容量小于等于20kWh。氢燃料电堆11、功率型电池24与能量型电池25的各项参数也可根据实际需要进行其他灵活设计。

氢燃料电堆11、功率型电池24与能量型电池25在能量供给与功率输出方面相互配合、相互作用。当有大功率输出时，控制系统50控制动力电池系统20向驱动系统30供电。在动力电池系统20的剩余电量或放电功率低于预设值时，控制系统50控制氢燃料系统10向驱动系统30供电。当有小功率输出时，控制系统50控制氢燃料系统10向驱动系统30供电。

驱动系统30包括前驱电机31与后驱电机32中的至少一者。前驱电机31靠近氢燃料电堆11设置，用于实现前车轮的驱动。后驱电机32靠近储氢装置12设置，用于实现后车轮的驱动。

本申请中，控制系统50包括燃料电池系统控制器与整车控制器。燃料电池系统控制器与氢燃料系统10连接，用于控制氢燃料系统10。整车控制器与动力电池系统20及驱动系统30连接，用于控制动力电池系统20与驱动系统30。一些情况下，燃料电池系统控制器与整车控制器也可集成设置，以降低零部件开发成本。

进一步地，本申请的氢电混合动力系统还包括DCF模块60。DCF模块60连接氢燃料电堆11与主供电线路40，氢燃料电堆11通过DCF模块60进行升压，DCF模块60将升压后的电能传输至主供电线路40。具体地，DCF模块60设置在氢燃料电堆11的下方。

本申请还提供了一种车辆，包括如上所述的氢电混合动力系统。氢燃料电堆11与动力电池系统20均靠近前机舱设置，氢燃料电堆11位于动力电池系统20的前侧。储氢装置12靠近后机舱设置。氢燃料电堆11位于车辆前轮轴70的后方。

本申请的氢电混合动力系统与车辆通过同时设置氢燃料系统10与动力电池系统20，使得氢电混合动力系统同时具备了两种动力系统的优点，既可以实现大功率的输出，也具有较高的续航里程。短途行驶时可以纯电代步，远距离行驶时可以加氢增程。同时，通过功率型电池24与能量型电池25的组合形式，可以降低对于氢燃料电堆11的要求，满足车辆在不同工况下功率跟随的要求。

通过在储氢装置12设置加氢口121，在动力电池系统20设置直流充电口201及交流充电口202，使氢电混合动力系统同时具备了氢燃料系统10的加氢、动力电池系统20的快充及慢充功能，同时提升了对补能设备的兼容性，以满足用户的不同补能场景需求，提升了氢电混合动力系统运行的稳定性与可靠性。同时，通过动力电池系统20的不同组合形式，可以降低对于氢燃料电堆11的要求，满足车辆在不同工况下的功率跟随。

以上所述仅是本申请的较佳实施方式而已，并非对本申请做任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施方式揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种氢电混合动力系统，其特征在于，包括氢燃料系统、动力电池系统、驱动系统以及主供电线路，所述氢燃料系统、所述动力电池系统以及所述驱动系统均与所述主供电线路连接；所述氢燃料系统包括氢燃料电堆以及为氢燃料电堆提供氢燃料的储氢装置，所述动力电池系统包括功率型电池与能量型电池，所述氢燃料电堆位于所述动力电池系统的一侧，所述储氢装置位于所述动力电池系统的另一侧；所述储氢装置设置有加氢口，所述动力电池系统设置有直流充电口及交流充电口。

2.根据权利要求1所述的氢电混合动力系统，其特征在于，所述动力电池系统还包括车载充电机，所述车载充电机连接所述动力电池系统与所述交流充电口。

3.根据权利要求1所述的氢电混合动力系统，其特征在于，所述直流充电口与所述交流充电口设置于所述动力电池系统的同一侧，所述加氢口设置于与所述直流充电口及所述交流充电口相对的一侧。

4.根据权利要求1所述的氢电混合动力系统，其特征在于，所述驱动系统包括前驱电机与后驱电机中的至少一者，所述前驱电机靠近所述氢燃料电堆设置，所述后驱电机靠近所述储氢装置设置。

5.根据权利要求1所述的氢电混合动力系统，其特征在于，所述功率型电池的功率大于等于100kW，所述功率型电池与所述能量型电池的总电池容量小于等于20kWh。

6.根据权利要求1所述的氢电混合动力系统，其特征在于，所述氢燃料电堆的功率小于60kW。

7.根据权利要求1所述的氢电混合动力系统，其特征在于，还包括DCF模块，所述DCF模块连接所述氢燃料电堆与所述主供电线路，所述DCF模块设置在所述氢燃料电堆的下方。

8.根据权利要求1所述的氢电混合动力系统，其特征在于，还包括控制系统，当有大功率输出时，所述控制系统控制所述动力电池系统向所述驱动系统供电；当所述动力电池系统的剩余电量或放电功率低于预设值时，所述控制系统控制所述氢燃料电堆向所述驱动系统供电。

9.根据权利要求8所述的氢电混合动力系统，其特征在于，当有小功率输出时，所述控制系统控制所述氢燃料电堆向所述驱动系统供电。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的混合动力系统。