模块化燃料电池系统架构和将电力分配到模块的控制系统的制作方法

本公开总体上涉及车辆中的燃料电池系统，并且特别地，一些实施方式可以涉及模块化燃料电池系统架构，其允许大规模生产用于广泛应用或用途的燃料电池动力系统。各种实施例涉及用于将电力分配到系统的模块的控制系统。

背景技术：

1、燃料电池可以以其中燃料电池电连通以便为系统供电的方式堆叠。燃料电池可用于为车辆供电。有时使用装配线来帮助批量生产。当电池和内燃机一起用于混合动力车辆时，内燃机有时对电池再充电。

技术实现思路

1、根据所公开的技术的各种实施例，提供了一种车辆的模块化系统，该模块化系统包括：轴；以及彼此电隔离的多个并联系统，所述多个并联系统包括：用于使所述轴旋转的第一并联系统，所述第一并联系统包括第一电机和第一并联系统发电模块，所述第一电机耦接到所述轴以使所述轴旋转，所述第一并联系统发电模块耦接到所述电机以驱动所述第一电机；以及用于使所述轴旋转的第二并联系统，所述第二并联系统包括第二电机和第二并联系统发电模块，所述第二电机耦接到所述轴以使所述轴旋转，所述第二并联系统发电模块耦接到所述第二电机以驱动所述第二电机。

2、模块化系统的实施例可包括以下特征中的一个或多个。所述模块化系统还包括电气控制系统，所述电气控制系统接收指示请求所述模块化系统产生的扭矩量的输入；以及在多个并联系统之间分配生成的电力量，其中基于多个并联系统中的各个并联系统的各个状态来执行分配；并且其中所述电气控制单元包括其中所述第一并联系统提供与所述第二并联系统不同的扭矩量的状态。模块化系统还包括：电气控制单元，其包括从所述多个并联系统中的不同并联系统请求总电力的不同百分比的状态，其中所述总电力是驱动所述车辆所请求的总电力。

3、根据所公开的技术的各种实施例，提供了一种车辆的模块化系统，该模块化系统包括：轴；控制系统；以及多个并联系统，所述多个并联系统包括：用于使所述轴旋转的第一并联系统，所述第一并联系统包括第一电机和第一并联系统发电模块，所述第一电机耦接到所述轴以使所述轴旋转，所述第一并联系统发电模块耦接到所述电机以驱动所述第一电机；以及用于使所述轴旋转的第二并联系统，所述第二并联系统包括第二电机和第二并联系统发电模块，所述第二电机耦接到所述轴以使所述轴旋转，所述第二并联系统发电模块耦接到所述第二电机以驱动所述第二电机；其中，当所述控制系统被激活时，所述控制系统执行包括以下的操作：接收指示请求所述模块化系统产生的扭矩量的输入；以及在多个并联系统之间分配生成的电力量；其中所述分配至少取决于所述多个并联系统中的各个并联系统的各个状态；并且其中，所述电气控制系统包括在正常操作期间出现的、其中所述第一并联系统被请求提供与所述第二并联系统不同的扭矩量的状态。

4、模块化系统的实施例可包括以下特征中的一个或多个。第一并联系统还包括：第一类型的第一并联系统能量模块，其向所述第一电机供应电力；以及第二类型的第一并联系统能量模块，其向第一电机供应电力。第一类型的第一并联系统能量模块包括燃料电池；并且第二类型的第一并联系统能量模块包括能够驱动第一电机的电池。所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便将所述多个并联系统的电池的当前充电状态保持在阈值之上。所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便将从所述多个并联系统中的给定并联系统请求的给定电力保持在上阈值以下，所述上阈值基于经由所述给定并联系统可用于驱动所述模块化系统的最大可用电力。该分配被确定为在多个并联系统之间分配电力，以便将从多个并联系统中的给定并联系统请求的给定电力保持在下阈值以上。所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便使从每个并联系统的每个电池系统汲取的电力相对于彼此均衡，从而延长电池寿命。所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便当所述电池系统未被充电时，保持从每个并联系统的每个电池系统恒定汲取电力，以便延长电池寿命。所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便使从每个并联系统的每个电池汲取的电荷相对于彼此均衡。该分配被确定为在多个并联系统之间分配电力，以便实现比没有分配时更高的燃料效率。所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便维持所述模块化系统的耐久性比没有所述分配更好。所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便将在开启所述多个并联系统中的给定并联系统与关闭所述给定系统之间的循环的量保持为小于阈值。该分配被确定为在多个并联系统之间分配电力，以便维持指定的驾驶性能要求。驾驶性能要求包括保持振动小于预定阈值。该分配包括将电力从具有扭矩降低的并联系统转移到不具有扭矩降低的系统，以便满足请求的扭矩。该分配包括从具有在比模块系统的其它电机更高的温度下运行的电机的并联系统转移电力。该分配被确定为在多个并联系统之间分配电力，以便在包括模块化系统的共振频率的指定频带之外旋转轴。

5、根据结合附图的以下详细描述，所公开的技术的其他特征和方面将变得清楚，附图通过示例的方式示出了根据所公开的技术的实施例的特征。该
技术实现要素：
不是要限制这里描述的任何发明的范围，这些发明仅由所附权利要求限定。

技术特征：

1.一种车辆的模块化系统，包括：

2.根据权利要求1所述的模块化系统，还包括：

3.一种车辆的模块化系统，包括：

4.根据权利要求3所述的模块化系统，其中所述第一并联系统还包括：

5.根据权利要求4所述的模块化系统，其中：

6.根据权利要求3所述的模块化系统，所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便进行以下中的至少一者：

7.根据权利要求3所述的模块化系统，所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便使来自每个并联系统的每个电池的电荷的汲取相对于彼此均衡。

8.根据权利要求3所述的模块化系统，所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便实现比没有所述分配时更高的燃料效率。

9.根据权利要求3所述的模块化系统，所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便维持所述模块化系统的耐久性比没有所述分配的情况更好。

10.根据权利要求3所述的模块化系统，所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便将打开所述多个并联系统中的给定并联系统与关闭所述给定系统之间的循环的量保持为小于阈值。

11.根据权利要求3所述的模块化系统，所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便维持指定的驾驶性能要求。

12.根据权利要求3所述的模块化系统，其中所述驾驶性能要求包括保持振动小于预定阈值。

13.根据权利要求3所述的模块化系统，其中所述分配包括将电力从具有扭矩降低的并联系统转移到不具有扭矩降低的系统，以便满足请求的扭矩。

14.根据权利要求3所述的模块化系统，其中所述分配包括从具有在比所述模块化系统的其他电机更高的温度下运行的电机的并联系统转移电力。

15.根据权利要求3所述的模块化系统，所述分配被确定为在所述多个并联系统之间分配电力，以便在包括所述模块化系统的共振频率的指定频带之外旋转所述轴。

技术总结
本公开涉及模块化燃料电池系统架构和将电力分配到模块的控制系统。提供了用于使系统模块化的系统和方法。具有电隔离的高压系统的并联电力系统促进了模块化。提供一种控制系统，其优化电力需求和/或扭矩请求的分配，以便将系统的效率、耐久性、驾驶性能和/或安全性保持在最佳范围内。在一些情况下，电力的分配是不均匀的，以便延长电池寿命，而在其他情况下，电池系统上的电力汲取保持相等和恒定，以便适当地管理并联电力系统的充电状态。在其它情况下，所选择的电力分配将电力需求和/或扭矩请求保持在最小和最大水平/容量之间，并且电力分配避免了单个电力系统的开/关。

技术研发人员：C·M·布尔皮特,D·C·福里克,J·法恩斯沃斯,A·萨塔,A·C·艾茨,L·E·鲍尔,D·K·林,J·J·桑德,L·A·里佩尔迈耶,S·A·弗里德曼,横尾将士
受保护的技术使用者：丰田自动车工程及制造北美公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13