阅读说明：本技术 一种氢燃料汽车能量调节系统 (Energy regulating system of hydrogen fuel automobile ) 是由 王成尧 王志伟 王涛 吕冠枭 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氢燃料汽车能量调节系统,包括整车控制器、BMS、动力电池、燃料电池系统、DCDC升压变换器、电机控制器、CAN总线、主驱电机和氢燃料启停开关；本发明公开的技术方案可以解决燃料电池的效率和使用寿命不能同时兼顾,使得燃料电池不能尽可能地工作在最优的功率输出范围,以及动力电池出现过充和过放的现象,使得燃料电池和动力电池达不能达到最优化的使用状态的缺陷。(The invention discloses a hydrogen fuel automobile energy regulating system, which comprises a whole automobile controller, a BMS (battery management system), a power battery, a fuel cell system, a DCDC (direct current-direct current) boost converter, a motor controller, a CAN (controller area network) bus, a main drive motor and a hydrogen fuel start-stop switch; the technical scheme disclosed by the invention can solve the defects that the efficiency and the service life of the fuel cell cannot be simultaneously considered, so that the fuel cell cannot work in an optimal power output range as far as possible, and the power cell has the phenomena of overcharge and overdischarge, so that the fuel cell and the power cell cannot reach the optimal use state.)

一种氢燃料汽车能量调节系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车能量管理技术领域，具体涉及一种氢燃料汽车能量调节系统。

背景技术

近些年来，随着不可再生能源的短缺和环境保护的需要，纯电动汽车的发展迅速，但纯电动汽车续驶里程较短且充电时间长、充电困难，氢燃料汽车的出现规避了纯电动汽车的上述短板。氢燃料电池的控制方式决定了动力电池的性能、燃料电池的性能和寿命，进而决定了氢燃料汽车的性能。

现有的氢燃料汽车存在一定的缺陷：燃料电池的效率和使用寿命不能同时兼顾，使得燃料电池不能尽可能地工作在最优的功率输出范围；动力电池出现过充和过放的现象，使得燃料电池和动力电池达不能达到最优化的使用状态。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的就在于为了解决氢燃料汽车在保证整车动力性的同时，要兼顾燃料电池的效率和使用寿命，使燃料电池尽可能地工作在最优的功率输出范围。此外，还要确保动力电池不会出现过充和过放的现象，让燃料电池和动力电池达到最优化的使用状态。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种氢燃料汽车能量调节系统，包括整车控制器、BMS、动力电池、燃料电池系统、DCDC升压变换器、电机控制器、CAN总线、主驱电机和氢燃料启停开关；该调节系统的具体步骤包括：

步骤一：车辆运行过程中需要启动燃料电池系统时，开启氢燃料启停开关，整车控制器接收到氢燃料启停开关开启的信号后，在检测到动力电池的SOC不大于SOC_ST时，使得燃料电池系统启动运行；

步骤二：整车控制器判断满足燃料电池系统启动条件后，整车控制器控制接触器KM1、KM2依次闭合，利用CAN总线发送燃料电池系统开启命令，根据动力电池中的SOC调整燃料电池系统的需求功率并发送至燃料电池系统；

步骤三：燃料电池系统启动后，整车控制器根据BMS发送动力电池的SOC的变化，对燃料电池系统进行功率调节控制，使燃料电池系统的功率和动力电池的SOC稳定在最优范围内；

所述整车控制器、BMS、燃料电池系统和电机控制器均通过CAN总线连接，且所述整车控制器的输入端连接有氢燃料启停开关，用于控制氢燃料的启停和整车功率分配；

所述BMS用于监测动力电池状态，并将监测状态实时发送的CAN总线上；

所述动力电池用于为整车提供能量来源并进行能量回收；

所述燃料电池系统用于将氢气与空气中的氧气进行电化学反应生成电能和水，为整车提供能量来源；

所述DCDC升压变换器用于将燃料电池系统输出的电能经过升压后为动力电池和电机控制器提供电能；

所述电机控制器用于接收整车控制器命令并控制主驱电机驱动；

所述主驱电机用于为整车行驶提供动力；

所述氢燃料启停开关用于驾驶员选择氢燃料系统的启停；

所述CAN总线用于整车的CAN通讯。

作为本发明进一步的方案：所述通过动力电池的SOC调整燃料电池系统的需求功率并发送至燃料电池系统包括：

若所述动力电池的SOC为SOC_ST，则利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为PST；

若所述动力电池的SOC≤SOCmin，则利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为Pmax；

若所述动力电池的SOC在SOC_ST和SOCmin之间时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调节为PST和Pmax之间呈线性关系；

其中，所述SOC_ST为燃料电池系统允许启动时所对应的最高动力电池的SOC，所述SOCmin为燃料电池系统以最大功率启动时所对应的动力电池的SOC，所述PST为燃料电池系统的最小启动功率，所述Pmax为燃料电池系统的最大功率。

作为本发明进一步的方案：所述对燃料电池系统进行功率调节控制，使燃料电池系统的功率和动力电池的SOC稳定在最优范围内包括：

当动力电池的SOC≤SOCmin时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为Pmax；当SOCmin≤SOC≤SOC1时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调节为Pmax和P1之间呈线性关系；当SOC1≤SOC≤SOC2时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调节为P1和P2之间呈线性关系；当SOC2≤SOC≤SOCmax时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为怠速功率P2；当SOC≥SOCmax时，利用所述整车控制器请求燃料电池系统停机；

其中，所述SOC1和SOC2为整车控制器发送燃料电池系统的需求功率的变化切换点，当SOCmin≤SOC≤SOC1时，燃料电池系统的需求功率变化较缓；

当SOC1≤SOC≤SOC2时，燃料电池系统的需求功率变化较快，所述SOCmax为燃料电池系统停机对应动力电池的SOC，所述Pmax为燃料电池系统最大功率，所述P1和P2均为燃料电池系统的需求功率变化的斜率切换点。

作为本发明进一步的方案：所述燃料电池与DCDC升压变换器的正极连接线缆上分别设置有接触器KM1、接触器KM2、熔断器FU1与预充电阻R1；其中，接触器KM2和熔断器FU1为氢燃料主正电路，接触器KM1与预充电阻R1为氢燃料主正预充电路。

作为本发明进一步的方案：所述动力电池、DCDC升压变换器和电机控制器的正极连接线缆上分别设置有接触器KM3、接触器KM4、熔断器FU2、预充电阻R2、接触器KM5、接触器KM6、熔断器FU3、预充电阻R3；其中，接触器KM4和熔断器FU2为驱动主正电路，接触器KM3与预充电阻R2为驱动主正预充电路，接触器KM6和熔断器FU3为电池主正电路，接触器KM5与预充电阻R3为电池主正预充电路。

作为本发明进一步的方案：所述电机控制器与主驱电机通过高压线缆连接，用于控制主驱电机的驱动。

作为本发明进一步的方案：所述氢燃料启停开关通过硬线与整车控制器连接，用于驾驶员人为选择是否需要启停燃料电池系统。

本发明的有益效果：

(1)本发明实施例公开的一方面，通过设计的氢燃料启停开关使得驾驶人员决定本次车辆运行过程中是否需要开启或停止燃料电池系统，由于燃料电池系统不能频繁启停，驾驶人员可在短时使用车辆时关闭氢燃料启停开关，避免动力电池的SOC过低时燃料电池系统启动，延长燃料电池系统寿命，此外，在燃料电池系统关机时需要进行吹扫，此过程需要一定时间，驾驶人员可在决定不使用车辆时提前关闭氢燃料启停开关，让燃料电池系统进行吹扫操作，缩短了停车后的等待时间；

(2)本发明实施例公开的另一方面，在驾驶人员决定本次车辆运行过程中需要启动燃料电池系统时，开启氢燃料启停开关，在整车控制器接收到氢燃料启停开关开启后，且检测到动力电池的SOC不大于SOC_ST时，进入燃料电池系统启动运行逻辑，整车控制器控制接触器KM1、KM2依次闭合，利用CAN总线发送燃料电池系统开启命令，根据动力电池的SOC调整燃料电池系统的需求功率并发送至燃料电池系统，可以达到让燃料电池和动力电池达到最优化的使用状态的目的；

(3)本发明实施例公开的其它方面，在燃料电池系统启动后，整车控制器根据BMS发送动力电池的变化，对燃料电池系统进行功率调节控制，使燃料电池系统的功率和动力电池的SOC稳定在一最优范围内，可以有效兼顾燃料电池的效率和使用寿命，达到使燃料电池尽可能地工作在最优的功率输出范围的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种氢燃料汽车能量调节系统中的流程结构图；

图2是本发明一种氢燃料汽车能量调节系统中的电路原理图；

图3是本发明的燃料电池系统启动功率曲线图；

图4是本发明的燃料电池系统运行功率曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-4所示，本实施例为一种氢燃料汽车能量调节系统，包括整车控制器、BMS、动力电池、燃料电池系统、DCDC升压变换器、电机控制器、CAN总线、主驱电机和氢燃料启停开关；该调节系统的具体步骤包括：

步骤一：车辆运行过程中需要启动燃料电池系统时，开启氢燃料启停开关，整车控制器接收到氢燃料启停开关开启的信号后，在检测到动力电池的SOC不大于SOCST时，使得燃料电池系统启动运行；

步骤二：整车控制器判断满足燃料电池系统启动条件后，整车控制器控制接触器KM1、KM2依次闭合，利用CAN总线发送燃料电池系统开启命令，根据动力电池的SOC调整燃料电池系统的需求功率并发送至燃料电池系统；

步骤三：燃料电池系统启动后，整车控制器根据BMS发送动力电池的SOC的变化，对燃料电池系统进行功率调节控制，使燃料电池系统的功率和动力电池的SOC稳定在最优范围内；

所述整车控制器、BMS、燃料电池系统和电机控制器均通过CAN总线连接，且所述整车控制器的输入端连接有氢燃料启停开关，用于控制氢燃料的启停和整车功率分配；

所述BMS用于监测动力电池状态，并将监测状态实时发送的CAN总线上；

所述动力电池用于为整车提供能量来源并进行能量回收；

所述燃料电池系统用于将氢气与空气中的氧气进行电化学反应生成电能和水，为整车提供能量来源；

所述DCDC升压变换器用于将燃料电池系统输出的电能经过升压后为动力电池和电机控制器提供电能；

所述电机控制器用于接收整车控制器命令并控制主驱电机驱动；

所述主驱电机用于为整车行驶提供动力；

所述氢燃料启停开关用于驾驶员选择氢燃料系统的启停；

所述CAN总线用于整车的CAN通讯。

所述通过动力电池的SOC调整燃料电池系统的需求功率并发送至燃料电池系统包括：

若所述动力电池的SOC为SOC_ST，则利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为PST；

若所述动力电池的SOC≤SOCmin，则利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为Pmax；

若所述动力电池的SOC在SOC_ST和SOCmin之间时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调节为PST和Pmax之间呈线性关系；

其中，所述SOC_ST为燃料电池系统允许启动时所对应的最高动力电池的SOC，所述SOCmin为燃料电池系统以最大功率启动时所对应的动力电池的SOC，所述PST为燃料电池系统的最小启动功率，所述Pmax为燃料电池系统的最大功率。

所述对燃料电池系统进行功率调节控制，使燃料电池系统的功率和动力电池的SOC稳定在最优范围内包括：

当动力电池的SOC≤SOCmin时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为Pmax；当SOCmin≤SOC≤SOC1时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调节为Pmax和P1之间呈线性关系；当SOC1≤SOC≤SOC2时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调节为P1和P2之间呈线性关系；当SOC2≤SOC≤SOCmax时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为怠速功率P2；当SOC≥SOCmax时，利用所述整车控制器请求燃料电池系统停机；

其中，所述SOC1和SOC2为整车控制器发送燃料电池系统的需求功率的变化切换点，当SOCmin≤SOC≤SOC1时，燃料电池系统的需求功率变化较缓；

当SOC1≤SOC≤SOC2时，燃料电池系统的需求功率变化较快，所述SOCmax为燃料电池系统停机对应动力电池的SOC，所述Pmax为燃料电池系统最大功率，所述P1和P2均为燃料电池系统的需求功率变化的斜率切换点。

所述燃料电池与DCDC升压变换器的正极连接线缆上分别设置有接触器KM1、接触器KM2、熔断器FU1与预充电阻R1；其中，接触器KM2和熔断器FU1为氢燃料主正电路，接触器KM1与预充电阻R1为氢燃料主正预充电路。

所述动力电池、DCDC升压变换器和电机控制器的正极连接线缆上分别设置有接触器KM3、接触器KM4、熔断器FU2、预充电阻R2、接触器KM5、接触器KM6、熔断器FU3、预充电阻R3；其中，接触器KM4和熔断器FU2为驱动主正电路，接触器KM3与预充电阻R2为驱动主正预充电路，接触器KM6和熔断器FU3为电池主正电路，接触器KM5与预充电阻R3为电池主正预充电路。

所述电机控制器与主驱电机通过高压线缆连接，用于控制主驱电机的驱动。

所述氢燃料启停开关通过硬线与整车控制器连接，用于驾驶员人为选择是否需要启停燃料电池系统。

本发明实施例公开的工作原理：车辆运行过程中需要启动燃料电池系统时，开启氢燃料启停开关，整车控制器接收到氢燃料启停开关开启的信号后，在检测到动力电池的SOC不大于SOC_ST时，使得燃料电池系统启动运行；其中，SOC表示为动力电池中电池电量的百分比数值；

整车控制器判断满足燃料电池系统启动条件后，整车控制器控制接触器KM1、KM2依次闭合，利用CAN总线发送燃料电池系统开启命令，根据动力电池中的SOC调整燃料电池系统的需求功率并发送至燃料电池系统；其中，燃料电池系统启动条件为氢燃料启停开关开启并且动力电池的SOC低于SOC_ST；

若所述动力电池的SOC为SOC_ST，则利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为PST；

若所述动力电池的SOC≤SOCmin，则利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为Pmax；

若所述动力电池的SOC在SOC_ST和SOCmin之间时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调节为PST和Pmax之间呈线性关系；

其中，所述SOC_ST为燃料电池系统允许启动时所对应的最高动力电池的SOC，所述SOCmin为燃料电池系统以最大功率启动时所对应的动力电池的SOC，所述PST为燃料电池系统的最小启动功率，所述Pmax为燃料电池系统的最大功率；并且SOCmin＜SOC_ST，PST＜Pmax，具体的数值以所用车辆的动力电池和燃料电池系统参数进行预设；

燃料电池系统启动后，整车控制器根据BMS发送动力电池信号的变化，对燃料电池系统进行功率调节控制，使燃料电池系统的功率和动力电池的SOC稳定在最优范围内，当SOC≤SOCmin时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为Pmax；当SOCmin≤SOC≤SOC1时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调节为Pmax和P1之间呈线性关系；当SOC1≤SOC≤SOC2时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调节为P1和P2之间呈线性关系；当SOC2≤SOC≤SOCmax时，利用所述整车控制器将燃料电池系统的需求功率调整为怠速功率P2；当SOC≥SOCmax时，利用所述整车控制器发送停机信号请求燃料电池系统停机；

其中，所述SOC1和SOC2为整车控制器发送燃料电池系统的需求功率的变化切换点，当SOCmin≤SOC≤SOC1时，燃料电池系统的需求功率变化较缓；

当SOC1≤SOC≤SOC2时，燃料电池系统的需求功率变化较快，所述SOCmax为燃料电池系统停机对应动力电池的SOC，所述Pmax为燃料电池系统最大功率，所述P1和P2均为燃料电池系统的需求功率变化的斜率切换点；并且SOCmin＜SOC1＜SOC2＜SOCmax，P2＜P1＜Pmax，具体的数值以所用车辆的动力电池和燃料电池系统参数进行预设；

所述燃料电池与DCDC升压变换器的正极连接线缆上分别设置有接触器KM1、接触器KM2、熔断器FU1与预充电阻R1，所述预充电阻R1与所述接触器KM1串联，所述接触器KM2均与预充电阻R1和接触器KM1并联，所述熔断器FU1与接触器KM2、预充电阻R1和接触器KM1并联；其中，所述接触器KM2和熔断器FU1为氢燃料主正电路，所述接触器KM1与预充电阻R1为氢燃料主正预充电路；

所述动力电池、DCDC升压变换器和电机控制器的正极连接线缆上分别设置有接触器KM3、接触器KM4、熔断器FU2、预充电阻R2、接触器KM5、接触器KM6、熔断器FU3、预充电阻R3；所述预充电阻R2与接触器KM3串联，所述接触器KM4均与预充电阻R2和接触器KM3并联，所述熔断器FU2与接触器KM4、预充电阻R2和接触器KM3串联；所述预充电阻R3与接触器KM5串联，所述接触器KM6与预充电阻R3和接触器KM5并联，所述熔断器FU3与接触器KM6与预充电阻R3和接触器KM5串联；其中，所述接触器KM4和熔断器FU2为驱动主正电路，所述接触器KM3与预充电阻R2为驱动主正预充电路，所述接触器KM6和熔断器FU3为电池主正电路，所述接触器KM5与预充电阻R3为电池主正预充电路。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。