电动汽车燃料电池的热电联供系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电动汽车燃料电池的热电联供系统，电动汽车包括燃料电池系统、动力电池系统、驱动电机；燃料电池系统采用氢燃料电池；氢燃料电池及动力电池系统中的动力电池并联后，再通过逆变器向驱动电机供电。本发明专利技术还公开该联供系统的控制方法。采用上述技术方案，有效解决了电动车续航问题，在SOC低于一定值后，燃料电池会持续为整车动力电池充电；在满足为整车提供电能的同时，在低温条件下，燃料电池还会持续为乘员舱和动力电池系统持续不断供热；由于采用氢氧燃料电池作为反应装置，清洁环保、无污染；氢气储量丰富，来源广；燃料电池噪声小、耗能低。

Cogeneration system and control method of fuel cell in electric vehicle

The invention discloses a combined heat and power supply system of an electric vehicle fuel cell, which comprises a fuel cell system, a power cell system and a driving motor; the fuel cell system adopts a hydrogen fuel cell; after the hydrogen fuel cell and the power cell in the power cell system are connected in parallel, the power is supplied to the driving motor through an inverter. The invention also discloses a control method of the combined supply system. With the above technical scheme, the problem of electric vehicle endurance is effectively solved. When the SOC is lower than a certain value, the fuel cell will continue to charge the whole vehicle's power battery; when the electric energy is provided for the whole vehicle, the fuel cell will continue to heat the passenger compartment and power pool system under low temperature conditions; because the hydrogen oxygen fuel cell is used as the reaction device, it is clean and environmental friendly No pollution, abundant hydrogen resources, low noise and low energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
电动汽车燃料电池的热电联供系统及其控制方法
本专利技术属于新能源燃料电池的
，具体涉及一种燃料电池用作电动汽车供电、乘员舱供暖以及动力电池系统低温加热的热电联供系统。另外，本专利技术还涉及该热电联供系统的控制方法。
技术介绍
目前，电动汽车存在以下一些问题：电池在低温时的充放电性能较差；冬季制热模式会降低续航里程；理论上，燃料电池的发电效率可达到85％～90％，但由于工作时各种极化的限制，目前燃料电池的发电效率约为40％～60％。人类社会高速发展，对化石能源需求日益增加，人们正在面临着资源枯竭以及环境问题的挑战。燃料电池是将化学能通过电化学反应直接转换为电能和热能的装置，其具有效率高、功率大、供电时间长、寿命长、可靠性高、噪声低及不产生有害排放物等特点，在交通运输领域有着巨大应用潜力。国内大多数电动汽车都只是采用锂离子电池作为动力源，但是受困于能量密度等一系列因素，锂离子电池如磷酸铁锂、锰酸锂和钴酸锂电池等作为电动汽车主要储能装置，已经不能满足电动汽车日常的用电要求。目前，国内燃料电池汽车主要采用FC+B(燃料电池+锂离子动力电池)系统为整车提供能量。在该系统中，温度对锂离子动力电池系统的充放电性能有很大的影响，尤其是在低温情况下对动力电池系统充电会出现从正极迁移过来的Li+来不及嵌入到负极的碳层层格中，在负极端形成锂金属结晶，结晶逐渐增大可能会造成隔膜穿透导致短路，对锂离子电池造成不可逆转的损伤；同时，低温情况下放电，由于电池在低温情况下内阻较高，会导致电池在达到放电截止电压时不能将电量完全放出，对整车的功率输出有很大影响。另外，绝大多数电动汽车开启空调为乘员舱加热会消耗大量的电量，大大缩短电动汽车的续航里程。纯电动车一般采用PTC加热作为全车取暖，长时间取暖，电量消耗巨大，同时车辆长时间处于低温环境中会导致电池系统内部温度比较低，低温对电池系统的充放电性能有极大地影响。面对上述难题以及对电动汽车需求量大量增长，而且对电动汽车的性能需求越来越高，一般都需要长距离续航和短时间补电，同时在寒冷的环境之下乘员舱供暖也必不可少。
技术实现思路
本专利技术提供一种电动汽车燃料电池的热电联供系统，其目的是实现热电联供，即燃料电池为动力电池供电，提高续航能力；低温时为动力电池及乘员舱供暖。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：本专利技术的电动汽车燃料电池的热电联供系统，所述的电动汽车包括整车控制单元、电池管理系统、燃料电池系统、动力电池系统、驱动电机；所述的燃料电池系统采用氢燃料电池；所述的氢燃料电池及动力电池系统中的动力电池并联后，再通过逆变器向所述的驱动电机供电。所述的热电联供系统设有冷却器，所述的动力电池系统通过水泵与冷却器连接；所述的燃料电池系统通过电磁阀与冷却器连接。所述的电磁阀与加热器连接；所述的加热器通过鼓风机机将其热量送至乘员舱。所述的燃料电池系统设有燃料电池控制器、空气供应装置、氢供应装置、水热管理装置及DC/DC转换器。所述的氢燃料电池通过控制电路与燃料电池控制器连接；所述的燃料电池控制器通过控制电路与整车控制单元连接；所述的动力电池通过控制电路与电池管理系统连接；所述的电池管理系统通过控制电路与整车控制单元连接；所述的整车控制单元通过控制电路分别与逆变器及驱动电机连接。所述的空气供应装置包括空气过滤器、空压机、中冷器、加湿器、电磁阀、背压阀、空气压力传感器及空气温度传感器。所述的氢供应装置包括高压储氢瓶、氢气中压电磁阀、压力控制器、氢气循环泵、气水分离器、排气电磁阀、排水电磁阀、氢气温度传感器及氢气压力传感器。所述的水热管理装置包括氢气中压电磁阀、压力控制器、氢气循环泵、气水分离器、排气电磁阀、排水电磁阀、电池温度传感器及电池压力传感器。为了实现与上述技术方案相同的专利技术目的，本专利技术还提供以上所述的电动汽车燃料电池的热电联供系统的控制方法，其技术方案是该控制方法包括以下步骤：步骤1、车载的高压储氢瓶储存的高压氢气输向燃料电池系统；在燃料电池系统内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应，产生电能输出；与此同时，该电化学反应过程中产生大量的热量，需要通过冷却系统的循环冷却水带走这些热量；步骤2、当乘员舱温度较低时，电磁阀开启，步骤1中产生的大流量的高温循环冷却水流经加热器，此时加热器中持续有大流量高温循环冷却水流通过，室外或者车内低温空气与加热器换热，使得冷空气温度上升，可为全车乘员舱供暖；只要燃料电池系统持续工作，即可持续为整车输入电能和持续供给暖气；步骤3、当动力电池系统温度较低时，电磁阀开启，步骤1中产生的大流量的高温循环冷却水流经冷却器中，同时动力电池系统中低温冷却水通过电子水泵泵入冷却器中与燃料电池系统中流出的高温循环冷却水进行热交换，将低温冷却水加热到一定温度，再流入动力电池系统中，对动力电池4进行加热。在所述的步骤2中，车内的空气温度传感器实时监测车内环境温度，并将该温度信息反馈给整车控制单元，整车控制单元通过鼓风机调整外界空气的送入量，以控制车内环境温度在20～25℃范围内；在所述的步骤3中，所述的动力电池系统内的电池温度传感器实时监测动力电池温度，并将该温度信息反馈给电池管理系统；电池管理系统通过调节电子水泵转速和电磁阀的开度大小，进而调整流入冷却器的热水输入量，以控制动力电池的温度范围在20～30℃内。本专利技术采用上述技术方案，首先，有效解决电动车续航问题，在SOC低于一定值后，燃料电池会持续为整车动力电池充电，在保证储存氢气燃料的供应下，可以长时间持续供电；其次，在满足为整车提供电能的同时，在低温条件下，燃料电池还会持续释放出同等功率的热量，通过加热装置，为乘员舱和动力电池系统持续不断供热；其三、由于采用氢氧燃料电池作为反应装置，清洁环保、无污染；氢气储量丰富，来源广；燃料电池噪声小、耗能低。附图说明附图所示内容及图中的标记简要说明如下：图1为本专利技术的电动汽车驱动结构及电气原理示意图；图2为本专利技术的加热原理示意图。图中标记为：1、氢燃料电池，2、燃料电池控制器，3、升压DC/DC转换器，4、动力电池，5、电池管理系统，6、逆变器，7、驱动电机，8、离合器，9、弹性储能机构，10、变速器，11、整车控制单元，12、差速器，13、燃料电池系统，14、冷却器(chiller)，15、动力电池系统，16、水泵，17、电磁阀，18、乘员舱，19、加热器，20、鼓风机。具体实施方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。如图1、图2所表达的本专利技术的结构，为一种电动汽车燃料电池的热电联供系统，所述的电动汽车包括整车控制单元11、电池管理系统5、燃料电池系统13、动力电池系统15、驱动电机7。本专利技术提供燃料电池用作电动汽车供电、乘员舱的供暖以及动力电池系统低温加热的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电动汽车燃料电池的热电联供系统，所述的电动汽车包括整车控制单元(11)、电池管理系统(5)、燃料电池系统(13)、动力电池系统(15)、驱动电机(7)；其特征在于：所述的燃料电池系统(13)采用氢燃料电池(1)；所述的氢燃料电池(1)及动力电池系统(15)中的动力电池(4)并联后，再通过逆变器(6)向所述的驱动电机(7)供电。/n

【技术特征摘要】
1.电动汽车燃料电池的热电联供系统，所述的电动汽车包括整车控制单元(11)、电池管理系统(5)、燃料电池系统(13)、动力电池系统(15)、驱动电机(7)；其特征在于：所述的燃料电池系统(13)采用氢燃料电池(1)；所述的氢燃料电池(1)及动力电池系统(15)中的动力电池(4)并联后，再通过逆变器(6)向所述的驱动电机(7)供电。


2.按照权利要求1所述的电动汽车燃料电池的热电联供系统，其特征在于：所述的热电联供系统设有冷却器(14)，所述的动力电池系统(15)通过水泵(16)与冷却器(14)连接；所述的燃料电池系统(13)通过电磁阀(17)与冷却器(14)连接。


3.按照权利要求2所述的电动汽车燃料电池的热电联供系统，其特征在于：所述的电磁阀(17)与加热器(19)连接；所述的加热器(19)通过鼓风机(20)机将其热量送至乘员舱(18)。


4.按照权利要求1所述的电动汽车燃料电池的热电联供系统，其特征在于：所述的燃料电池系统(13)设有燃料电池控制器(2)、空气供应装置、氢供应装置、水热管理装置及DC/DC转换器(3)。


5.按照权利要求4所述的电动汽车燃料电池的热电联供系统，其特征在于：所述的氢燃料电池(1)通过控制电路与燃料电池控制器(2)连接；所述的燃料电池控制器(2)通过控制电路与整车控制单元(11)连接；所述的动力电池(4)通过控制电路与电池管理系统(5)连接；所述的电池管理系统(5)通过控制电路与整车控制单元(11)连接；所述的整车控制单元(11)通过控制电路分别与逆变器(6)及驱动电机(7)连接。


6.按照权利要求4所述的电动汽车燃料电池的热电联供系统，其特征在于：所述的空气供应装置包括空气过滤器、空压机、中冷器、加湿器、电磁阀、背压阀、空气压力传感器及空气温度传感器。


7.按照权利要求4所述的电动汽车燃料电池的热电联供系统，其特征在于：所述的氢供应装置包括高压储氢瓶、氢气中压电磁阀、压力控制器、氢气循环泵、气水分离器、排气电磁阀、排水电磁阀、氢气温度传感器及氢气压力传感器。


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【专利技术属性】
技术研发人员：刘海洋，赵国华，袁中，潘立升，柴业鹏，吴磊，朱凯，陈铖，
申请(专利权)人：奇瑞商用车安徽有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34