燃料电池车辆及燃料电池车辆的控制方法与流程

本发明涉及车辆驱动，尤其是涉及具有燃料电池、蓄电池和电机的混合动力车辆。

背景技术：

1、专利文献1：cn113085588a公开了一种搭载有燃料电池的燃料电池车辆(以下，将燃料电池称为“fc(fuel cell)”，将燃料电池车辆称为“fcv(fuel cell vehicle)”。)。该fcv具备fc系统；蓄电装置，作为剩余电力的储存器、再生制动时的再生能量储存器、与车辆的加速或减速相伴的负荷波动时的能量缓冲器(energy buffer)发挥功能；驱动装置，从fc系统和蓄电装置中的至少一方接受电力来产生行驶功率；以及控制装置，控制fc系统的输出，使得从fc系统向驱动装置供给电力，并且蓄电装置的soc(荷电状态(soc：state ofcharge))被调整为目标soc。控制装置还控制fc系统的输出，使得蓄电装置的输出不超过蓄电装置的输出上限。蓄电装置的输出上限被设定为在soc低于阈值的情况下该蓄电装置的输出上限随着soc降低而降低。并且，目标soc高于上述的阈值。

2、上述专利文献1所记载的技术基于系统输出上限来计算目标soc；进一步，根据目标soc计算蓄电装置充放电请求；进一步，根据蓄电装置充放电请求计算fc系统输出。由于系统输出上限是跟随fcv不同工况而变化的，进而fc系统输出功率会跟随fcv运行工况的切换频繁变化，增加了fc系统控制难度，同时fc使用寿命会降低。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明目的在于提供一种能减少fc系统频繁升降功率，延长fc使用寿命及提升燃料利用率的燃料电池车辆及燃料电池车辆的控制方法。其实施方案如下：

2、本专利的fcv具备：fc，是使用蓄存于罐的燃料(如氢气，附图未显示)和氧化剂(如空气，附图未显示)进行电化学反应的膜发电装置；第一蓄电装置；第二蓄电装置；fc辅机，是支撑fc系统正常运转所需的装置；功率控制单元(以下，将功率控制单元称为“pcu(powercontrol unit)”)，控制fcv在不同运行模式下的功率分配；电机(以下，将电机称为“mg(motor generator)”)，作为动力马达从第一蓄电装置或第二蓄电装置中的至少一方接收电力来驱动fcv行驶，或作为发电机获取fcv制动力为第一蓄电装置或第二蓄电装置充电；控制单元(以下，将控制单元称为“vcu(vehicle control unit)”)，fcv动力系统总成控制器；充电口，构成为第一蓄电装置和第二蓄电装置能外接充电桩外延电缆的连接器。

3、根据本发明的一些实施例，上述fc辅机包括：空气压机，为fc供应氧化剂(空气)；燃料循环泵，使fc中参与反应的燃料循环使用，并带出废气和水；冷却泵，为fc的冷却剂循环提供动力。

4、根据本发明的一些实施例，上述pcu包括：fc转换器，设置于fc与第三继电器和第四继电器之间，构成为控制fc的电力输出，并构成为将来自fc的电力升压并向第一蓄电装置或第二蓄电装置进行充电，且电力只能完成由fc向第一蓄电装置转换器或第二蓄电装置转换器单向转换；第一蓄电装置转换器，设置于第一蓄电装置与第一继电器和第三继电器之间，构成为将来自第一蓄电装置的电力升压并向电机逆变器输出，并构成为将来自电机逆变器产生的再生电力或fc发出的电力降压而用于第一蓄电装置的充电；第二蓄电装置转换器，设置于第二蓄电器与第二继电器和第四继电器之间，构成为将来自第二蓄电装置的电力升压并向电机逆变器输出，并构成为将来自电机逆变器产生的再生电力或fc发出的电力降压而用于第二蓄电装置的充电；第一继电器，设置于第一蓄电装置转换器与电机逆变器之间，切换将第一蓄电装置转换器与电机逆变器电气连接的连接状态和将第一蓄电装置转换器与电机逆变器电气切断的断开状态；第二继电器；设置于第二蓄电装置转换器与电机逆变器之间，切换将第二蓄电装置转换器与电机逆变器电气连接的连接状态和将第二蓄电装置转换器与电机逆变器电气切断的断开状态；第三继电器，设置于fc转换器与第一蓄电装置转换器和第一继电器之间，切换将fc转换器与第一蓄电装置转换器电气连接的连接状态和将fc转换器与第一蓄电装置转换器电气切断的断开状态；第四继电器，设置于fc转换器与第二蓄电装置转换器和第二继电器之间，切换将fc转换器与第二蓄电装置转换器电气连接的连接状态和将fc转换器与第二蓄电装置转换器电气切断的断开状态。

5、根据本发明的一些实施例，上述vcu包括：燃料电池控制器(以下，将燃料电池控制器称为“fcu(fuel cell control unit)”)，负责fc系统整体过程控制；蓄电装置控制器(以下，将蓄电装置控制器称为“bms(battery management system)”)，监测第一蓄电装置和第二蓄电装置soc状态，防止出现过充电和过放电，延长使用寿命；电机控制器(以下，将电机控制器称为“mcu(motor control unit)”)，控制mg逆变器使电机作为动力马达驱动fcv行驶，或获取fcv制动力而作为发电机产生再生电力为第一蓄电装置或第二蓄电装置充电。

6、根据本发明的一些实施例，第一蓄电装置设置有第一蓄电装置目标soc1和第一蓄电装置阈值s1，当第一蓄电装置实时soc高于上述阈值s1时，第一蓄电装置处于带载状态，当第一蓄电装置实时soc低于上述阈值s1时，将fc转换器输出电力设置为第一蓄电装置目标soc1，对第一蓄电装置进行充电。第二蓄电装置设置有第二蓄电装置目标soc2和第二蓄电装置阈值s2，当第二蓄电装置实时soc高于上述阈值s2时，第二蓄电装置处于带载状态，当第二蓄电装置实时soc低于上述阈值s2时，将fc转换器输出电力设置为第二蓄电装置目标soc2，对第二蓄电装置进行充电。上述阈值s1和阈值s2被设定为第一蓄电装置和第二蓄电装置亏电荷电状态，蓄电装置处在亏电荷电状态下对外输出能力将下降，且持续处于亏电荷电状态会影响蓄电装置使用寿命。上述第一蓄电装置目标soc1高于上述阈值s1，上述第二蓄电装置目标soc2高于上述阈值s2。

技术特征：

1.一种燃料电池车辆，其特征在于，具备：

2.如权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述第一蓄电装置和所述第二蓄电装置，构成为能充放电力的蓄电装置，可配置为锂离子电池、镍氢电池、固态电池、超级电容或钠离子电池中的一种或两种。

3.如权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述第一蓄电装置设置有第一蓄电装置目标soc1和阈值s1，所述第二蓄电装置设置有第二蓄电装置目标soc2和阈值s2，构成为所述第一蓄电装置目标soc1高于所述阈值s1，所述第二蓄电装置目标soc2高于所述阈值s2。

4.如权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述功率控制单元包括：燃料电池用转换器、第一蓄电装置转换器、第二蓄电装置转换器、第一继电器、第二继电器、第三继电器及第四继电器。

5.如权利要求1-4所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述燃料电池转换器，设置于所述燃料电池与所述第三继电器和所述第四继电器之间；所述第一蓄电装置转换器，设置于所述第一蓄电装置与所述第一继电器和所述第三继电器之间；所述第二蓄电装置转换器，设置于所述第二蓄电装置与所述第二继电器和所述第四继电器之间。

6.如权利要求1-5所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述第一继电器，设置于所述第一蓄电装置转换器与所述电机逆变器之间；所述第二继电器；设置于所述第二蓄电装置转换器与所述电机逆变器之间；所述第三继电器，设置于所述燃料电池转换器与所述第一蓄电装置之间；所述第四继电器，设置于所述燃料电池转换器与所述第二蓄电装置之间。

7.如权利要求4所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器及所述第四继电器，具有断开状态或连接状态，可配置为电磁继电器或固态继电器。

8.如权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，所述燃料电池车辆具备所述充电口，该充电口可通过外部充电桩对所述第一蓄电装置和所述第二蓄电装置进行充电。

技术总结
本发发明公开了一种燃料电池车辆及燃料电池车辆的控制方法，所述FCV100包括：FC10，是使用燃料和氧化剂进行电化学反应的膜发电装置；第一蓄电装置20；第二蓄电装置30；FC辅机70，是支撑FC10正常运转所需的装置；PCU40，控制FCV100在不同运行模式下的功率分配；MG60，作为动力马达从第一蓄电装置20或第二蓄电装置30中的至少一方接收电力来驱动FCV100行驶，或作为发电机获取FCV100制动力为第一蓄电装置20或第二蓄电装置30充电；VCU80，FCV100动力系统总成控制器；充电口50，构成为第一蓄电装置20和第二蓄电装置30与外部充电桩延长线的连接器。根据本发明实施的FCV100能减少FC10系统频繁升降功率，延长FC10使用寿命及提升燃料利用率。

技术研发人员：李伟,龚兴军,胡玉凤,李鑫杰
受保护的技术使用者：张家口市氢能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15