一种电动汽车电能供给系统及其控制方法与流程

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车电能供给系统及其控制方法。

背景技术：

世界范围内的电能危机和环境污染问题日趋严重，多年来的实践证明，节能和减排是汽车技术发展的主要方向，电力驱动车辆是解决车辆电能危机与尾气污染的一个重要途径。因此，电力驱动车辆的电能供给系统开发就显得尤为重要。在电力驱动车辆的电能供给系统方面，尽管单纯使用储能动力电池的电力驱动车辆具有零排放、低噪音和高效率的优点，但由于受到储能电池能量密度低的局限，导致纯动力电池提供能量供给的车辆不但制造成本高，而且续航里程短和充电时间长。在储能电池的能量密度得到突破性进展前，目前的电能供给系统尚不能满足人们对电力驱动车辆的使用需求。

而目前采用增程式车辆的电能供给驱动车辆是一种介于传统车辆和纯动力电池提供电能驱动车辆之间的过渡型车辆，兼有两者的一些优点，如低排放、高效率和续航里程长等。目前市场上采用增程式的电能驱动车辆主要有两种方式：采用单一内燃机发电和单一动力电池联合提供电能供给；采用储氢形式的质子交换膜燃料电池和单一动力电池联合提供电能供给。第一种形式虽然它是电力驱动，但也不是零排放的。内燃机发电也会有排放污染。第二种形式虽然零排放，但是车载储氢具有加氢难、危险系数高、技术难度大等诸多局限性。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有电动汽车电能供给系统采用储氢罐储存氢气向燃料电池提供氢气，存在加氢难、危险系数高的技术问题，提供了一种电动汽车电能供给系统及其控制方法，其可采用甲醇、乙醇、天然气等清洁燃料作为能源，解决了加氢难、危险系数高的技术问题。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种电动汽车电能供给系统，包括燃料罐、燃料重整反应堆、燃料电池发电机、DC/DC转换器、配电单元、电池系统和电能管理控制器，所述燃料罐、燃料重整反应堆和燃料电池发电机依次通过连接管路连接，所述DC/DC转换器的输入端与燃料电池发电机电连接，所述配电单元分别与电池系统、电动汽车的电机系统和DC/DC转换器的输出端电连接，所述电能管理控制器分别与燃料电池发电机的控制端、电池系统的控制端、配电单元的控制端和整车控制器电连接。

在本技术方案中，燃料罐存储甲醇、乙醇或天然气等清洁燃料。燃料罐中的燃料输送到燃料重整反应堆中后，燃料重整反应堆中的燃料在氧气不足的环境下在高温或催化剂作用下发生氧化还原反应，生成一氧化碳和氢气。燃料重整反应堆输送到燃料电池发电机中的一氧化碳和氢气在600℃～800℃下直接和氧化剂反应，产生电能。DC/DC转换器将燃料电池发电机输出的电压转换为电动汽车需要的电压。配电单元用于控制电池系统、电动汽车的电机系统和DC/DC转换器之间的电路连通或断开。

电能管理控制器控制燃料电池发电机和配电单元工作，与电池系统通信获取电动汽车电池的信息。电能管理控制器还与整车控制器通信获取整车信息，反馈电能供给系统信息到整车控制器。电动汽车启动时，整车控制器发送信息给电能管理控制器，电能管理控制器控制燃料电池发电机工作发电。

作为优选，所述一种电动汽车电能供给系统还包括热能回收装置，所述热能回收装置包括热交换器、风机、进风管路和出风管路，所述热交换器的热媒进口、热媒出口分别与燃料电池发电机的排热系统连接，所述热交换器的冷媒进口通过进风管路与风机连接，所述热交换器的冷媒出口与出风管路连接，所述出风管路上设有第一出风口，所述第一出风口通过通气管路与电池系统的进风口连接，所述第一出风口上设有第一电磁阀，所述电能管理控制器分别与风机和第一电磁阀电连接。

电动汽车运行过程中，电能管理控制器与电池系统通信获取电池温度信息，当电池温度较低时，电能管理控制器控制第一电磁阀打开，控制风机工作，风机吹入的冷风通过热交换器加热后成为热风吹入电池系统，给电池加热，保证电池在较好的充放电性能温度区间。

作为优选，所述出风管路上还设有第二出风口，所述第二出风口通过通气管路与电动汽车驾驶室内的出气口连接，所述第二出风口上设有第二电磁阀，所述第二电磁阀与电能管理控制器电连接。电动汽车运行过程中，用户可通过整车控制器向电能管理控制器发送控制信号，电能管理控制器控制第二电磁阀打开，控制风机工作，风机吹入的冷风通过热交换器加热后成为热风吹入电动汽车驾驶室，给电动汽车驾驶室提供暖风。

作为优选，所述燃料罐用于存储燃料，所述燃料为甲醇、乙醇或天然气。

作为优选，所述燃料罐输送到燃料重整反应堆中的燃料在氧气不足的环境下在高温或催化剂作用下发生氧化还原反应，生成一氧化碳和氢气。

作为优选，所述燃料重整反应堆输送到燃料电池发电机中的一氧化碳和氢气在600℃～800℃下直接和氧化剂反应，产生电能。

作为优选，所述电池系统包括锂离子电池和电池管理控制模块。

作为优选，所述一种电动汽车电能供给系统还包括检测燃料电池发电机输出电压电流的电压电流检测模块，所述电压电流检测模块与电能管理控制器电连接。电能管理控制器将检测的燃料电池发电机输出电压、电流数据发送到整车控制器。

作为优选，所述配电单元与电池系统之间设有第一接触器和第一保险丝，所述配电单元与DC/DC转换器之间设有第二接触器和第二保险丝，所述电能管理控制器分别与第一接触器的控制端和第二接触器的控制端电连接。当电池系统输出的电压或电流过高时，电能管理控制器控制第一接触器断开，当燃料电池发电机输出的电压或电流过高时，电能管理控制器控制第二接触器断开。

本发明的一种电动汽车电能供给系统的控制方法，用于上述的一种电动汽车电能供给系统，包括以下步骤：当电动汽车启动时，电能管理控制器控制燃料电池发电机工作发电，通过配电单元控制电池系统与电动汽车的电机系统电连接，电池系统给电动汽车的电机系统供电；当电动汽车启动N秒后，电能管理控制器控制燃料电池发电机与电动汽车的电机系统电连接，控制电池系统与电动汽车的电机系统断开连接，燃料电池发电机单独给电动汽车的电机系统供电。

燃料电池发电机由于工作温度较高，所以启动时间较慢，启动时需要由电池系统给电动汽车的电机系统供电。

作为优选，在燃料电池发电机单独给电动汽车的电机系统供电的过程中，当燃料电池发电机所发电量不能满足电动汽车需求时，电能管理控制器通过配电单元控制电池系统与电动汽车的电机系统电连接，燃料电池发电机和电池系统都给电动汽车的电机系统供电。

本发明的有益效果是：可采用甲醇、乙醇、天然气等清洁燃料作为能源，解决了加氢难、危险系数高的技术问题，根据车辆行驶的不同工况，提供一个最优的供电模式。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的一种电路原理连接框图；

图3是热能回收装置的结构示意图。

图中：1、燃料罐，2、燃料重整反应堆，3、燃料电池发电机，4、DC/DC转换器，5、配电单元，6、电池系统，7、电能管理控制器，8、电机系统，9、整车控制器，10、热交换器，11、风机，12、进风管路，13、出风管路，14、第一电磁阀，15、第二电磁阀，16、电压电流检测模块，17、报警模块，18、第一出风口，19、第二出风口，20、无线通信模块。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的一种电动汽车电能供给系统，如图1、图2所示，包括燃料罐1、燃料重整反应堆2、燃料电池发电机3、DC/DC转换器4、配电单元5、电池系统6和电能管理控制器7，燃料罐1、燃料重整反应堆2和燃料电池发电机3依次通过连接管路连接，DC/DC转换器4的输入端与燃料电池发电机3电连接，配电单元5分别与电池系统6、电动汽车的电机系统8和DC/DC转换器4的输出端电连接，电能管理控制器7分别与燃料电池发电机3的控制端、电池系统6的控制端、配电单元5的控制端和整车控制器9电连接。

燃料罐用于存储燃料，所述燃料为甲醇、乙醇或天然气。燃料罐中的燃料输送到燃料重整反应堆中后，燃料重整反应堆中的燃料在氧气不足的环境下在高温或催化剂作用下发生氧化还原反应，生成一氧化碳和氢气。燃料重整反应堆输送到燃料电池发电机中的一氧化碳和氢气在600℃～800℃下直接和氧化剂反应，产生电能。DC/DC转换器将燃料电池发电机输出的电压转换为电动汽车需要的电压。配电单元用于控制电池系统、电动汽车的电机系统和DC/DC转换器之间的电路连通或断开。电池系统包括功率型锂离子电池和电池管理控制模块，功率型锂离子电池主要起到“削峰填谷”的作用。

电能管理控制器控制燃料电池发电机和配电单元工作，与电池系统通信获取电动汽车电池的信息。电能管理控制器还与整车控制器通信获取整车信息，反馈电能供给系统信息到整车控制器。电动汽车启动时，整车控制器发送信息给电能管理控制器，电能管理控制器控制燃料电池发电机工作发电。

如图3所示，电能供给系统还包括热能回收装置，热能回收装置包括热交换器10、风机11、进风管路12和出风管路13，热交换器10的热媒进口、热媒出口分别与燃料电池发电机3的排热系统连接，热交换器10的冷媒进口通过进风管路12与风机11连接，热交换器10的冷媒出口与出风管路13连接，出风管路13上设有第一出风口18，第一出风口18通过通气管路与电池系统6的进风口连接，第一出风口18上设有第一电磁阀14，电能管理控制器7分别与风机11和第一电磁阀14电连接，出风管路13上还设有第二出风口19，第二出风口19通过通气管路与电动汽车驾驶室内的出气口连接，第二出风口19上设有第二电磁阀15，第二电磁阀15与电能管理控制器7电连接。

电动汽车运行过程中，电能管理控制器与电池系统通信获取电池温度信息，当电池温度较低时，电能管理控制器控制第一电磁阀打开，控制风机工作，风机吹入的冷风通过热交换器加热后成为热风吹入电池系统，给电池加热，保证电池在较好的充放电性能温度区间。

电动汽车运行过程中，用户可通过整车控制器向电能管理控制器发送控制信号，电能管理控制器控制第二电磁阀打开，控制风机工作，风机吹入的冷风通过热交换器加热后成为热风吹入电动汽车驾驶室，给电动汽车驾驶室提供暖风。

电动汽车电能供给系统还包括检测燃料电池发电机输出电压、电流的电压电流检测模块16和设置在电动汽车驾驶室内的报警模块17，电能管理控制器7分别与电压电流检测模块16和报警模块17电连接。

电能管理控制器将检测的燃料电池发电机输出电压、电流数据发送到整车控制器。当燃料电池发电机输出的电压或电流过高时，报警模块发出报警。

电动汽车电能供给系统还包括无线通信模块20，无线通信模块20与电能管理控制器7电连接。电能管理控制器能通过无线通信模块与其他设备进行无线通信，用户可通过智能手机等终端与电能供给系统通信，获取数据，修改参数，升级系统等。

本实施例的一种电动汽车电能供给系统的控制方法，用于上述的一种电动汽车电能供给系统，包括以下步骤：当电动汽车启动时，电能管理控制器控制燃料电池发电机工作发电，通过配电单元控制电池系统与电动汽车的电机系统电连接，电池系统给电动汽车的电机系统供电；当电动汽车启动N秒后，电能管理控制器控制燃料电池发电机与电动汽车的电机系统电连接，控制电池系统与电动汽车的电机系统断开连接，燃料电池发电机单独给电动汽车的电机系统供电。

燃料电池发电机由于工作温度较高，所以启动时间较慢，启动时需要由电池系统给电动汽车的电机系统供电。

在燃料电池发电机单独给电动汽车的电机系统供电的过程中，当燃料电池发电机所发电量不能满足电动汽车需求时，电能管理控制器通过配电单元控制电池系统与电动汽车的电机系统电连接，燃料电池发电机和电池系统都给电动汽车的电机系统供电，当电池系统内的电池电量不足时，电能管理控制器通过配电单元控制电池系统与燃料电池发电机电连接，燃料电池发电机给电池系统充电。

实施例2：本实施例的一种电动汽车电能供给系统，配电单元5与电池系统6之间设有第一接触器和第一保险丝，配电单元5与DC/DC转换器4之间设有第二接触器和第二保险丝，电能管理控制器7分别与第一接触器的控制端和第二接触器的控制端电连接，其余结构与实施例1相同。

当电池系统输出的电压或电流过高时，电能管理控制器控制第一接触器断开，当燃料电池发电机输出的电压或电流过高时，电能管理控制器控制第二接触器断开。