一种甲醇氢燃料电池车供电控制系统及方法与流程

1.本发明涉及供电控制技术领域，具体涉及一种甲醇氢燃料电池车供电控制系统及方法。


背景技术：

2.目前，传统的甲醇燃料电池发电系统的工作原理都是需要从设备启动，系统从燃烧器开始加热，通过蒸发器将甲醇水溶液气化，再通过重整器将氢气和其它气体分离，将氢气送往氢堆进行发电，这个加热过程需要大约30分钟，这样的发电模块无法及时向电动汽车提供实时电量，也无法与电动汽车的控制逻辑和运行工况相互匹配。
3.传统的甲醇燃料电池发电系统在关闭使能后，还需要大约15-30分钟的降温过程，在系统温度降到40度左右时，系统才能进入待机状态，这时候才能通过人工方式关机，这种方式也无法满足电动汽车停车后，驾驶人员马上离开汽车，全车断电的关车的要求；
4.另外，现有的甲醇燃料电池发电系统输出功率是固定的，而电动汽车在行驶过程中，输出的功率的时刻在变化的，现有的甲醇燃料电池发电系统无法适应电动汽车的这种功率变化的要求。基于以上现有甲醇燃料电池发电系统的缺陷，都使得现有的甲醇燃料电池发电系统无法适应电动汽车的基本要求，而无法满足给电动汽车提供实时的电能需求并与电动汽车的控制策略和工况相匹配。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种甲醇氢燃料电池车供电控制系统及方法，解决了现有氢气燃料电池汽车由于采用高压气态氢气作为燃料带来的储存条件要求高、气体容易泄露造成安全风险高、以及氢气气体生产、储存、运输、保管、加注需要大规模基础设施投资一系列问题。本发明技术所形成的甲醇燃料电池汽车只需要使用常温常压的甲醇和水的混合溶液作为液体燃料，燃料的能量密度高，安全性高，生产、运输、储存便利、快捷，并可以完全利用现有的加油站基础设施，完全不需要新的投资，大大节省了采用这项技术所需要的社会再投资成本，方便该技术的普及和应用。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.根据本发明的第一方面，公开了一种甲醇氢燃料电池车供电控制系统，所述系统包括：
8.指令控制器、整车控制器、车辆动力电池管理模块和甲醇燃料电池发电模块；
9.所述指令控制器分别与整车控制器、车辆动力电池管理模块和甲醇燃料电池发电模块进行通信，并进行控制指令的发出和传递；
10.所述整车控制器根据指令控制器发出的信号对动力电池继电器进行控制；
11.所述车辆动力电池管理模块将动力电池的电量状态发送至指令控制器，指令控制器根据动力电池的电量状态控制甲醇燃料电池的启停；
12.所述甲醇燃料电池发电模块接收指令控制器的控制指令，通过对甲醇燃料处理后
进行发电。
13.进一步地，所述指令控制器包括：通讯模块、逻辑门电路、主控芯片和电源模块，所述电源模块包括芯片u1、电容c1、c2、c3、c4，所述通讯模块设置有五个通讯单元，所述逻辑门电路包括多个光电耦合器和多个芯片，所述主控芯片为u2。
14.进一步地，所述通讯模块包括：第一通讯单元、第二通讯单元、第三通讯单元、第四通讯单元、第五通讯单元，所述第一通讯单元包括芯片au1和电容ac1、ac2、ac3、电阻ar1、电感al1；所述第二通讯单元包括芯片bu1和电容bc1、bc2、bc3、电阻br1、电感bl1；所述第三通讯单元包括芯片cu1和电容cc1、cc2、cc3、电阻cr1、电感cl1；所述第四通讯单元包括芯片du1和电容dc1、dc2、dc3、电阻dr1、电感dl1；所述第五通讯单元包括芯片eu1和电容ec1、ec2、ec3、电阻er1、电感el1。
15.进一步地，所述逻辑门电路包括光电耦合器oc1、oc2、oc3、oc4、oc5、oc6，继电器k2、k3和芯片p4、p5、p6，逻辑门电路分别与主控芯片、整车控制器、甲醇燃料电池继电器和甲醇燃料电池发电模块连接。
16.进一步地，所述电源模块连接汽车的蓄电池，通过电源模块为指令控制器供电。
17.进一步地，所述整车控制器与指令控制器的逻辑门电路和电源模块连接，逻辑门电路与甲醇燃料电池继电器连接控制甲醇燃料电池继电器的启停，所述甲醇燃料电池继电器与甲醇燃料电池发电模块连接，向甲醇燃料电池发电模块供电。
18.进一步地，所述整车控制器与第一通讯单元连接，车辆动力电池管理模块与第四通讯单元连接，甲醇燃料电池发电模块与第二通讯单元连接，所述第一通讯单元、第二通讯单元和第四通讯单元均与主控芯片连接，接收控制指令。
19.根据本发明的第二方面，公开了一种甲醇氢燃料电池车供电控制方法，其特征在于，所述方法为：
20.甲醇燃料电池汽车启动电门通电on后，通过整车控制器接通指令控制器的逻辑门电路，接通甲醇燃料电池继电器，给甲醇燃料电池发电模块供电，并使得甲醇燃料电池发电模块通过第二通讯单元的芯片bu1，在控制器主芯片u2控制下启动；
21.甲醇燃料电池电动汽车在停驶，汽车启动电门关闭off后，甲醇燃料电池发电模块通过指令控制器的逻辑门电路使得车辆动力电池与甲醇燃料电池发电模块继续保持连接状态，使甲醇燃料电池发电模块和车辆动力电池继续保持双向供电状态；
22.车辆动力电池在在甲醇燃料电池发电模块充电下容量达到预定设置的饱和电量值时，车辆动力电池管理系统bms通过第四通讯单元du1传送的动力电池电量实时信息使得控制器主控芯片通过连接甲醇燃料电池发电模块的第二通讯单元bu1向甲醇燃料电池发电模块发送停机信号；
23.甲醇燃料电池发电模块在完全停止工作，进入待机状态，并将待机状态信号通过第二通讯单元bu1发送给主控芯片后，主控芯片通过第一通讯单元au1向整车控制器发送信号，通过逻辑门电路将甲醇燃料电池继电器断电，使得车辆恢复到行驶前全车断电的初始状态。
24.本发明具有如下优点：
25.本发明公开了一种甲醇氢燃料电池车供电控制系统及方法实现了对甲醇燃料电池发电模块和电动汽车动力电池统一的管理，克服了甲醇燃料电池发电模块在启动后开始
发电前需要30-40分钟时间预热，才能开始向电动汽车动力电池供电的不便，使得电动汽车的电池管理电量的供应和消耗和甲醇燃料电池发电模块的供电和发电完全匹配起来，使得甲醇燃料电池汽车可以进行完全的商业应用；
26.在电动汽车进入停驶状态全车断电后，可以在本控制系统的控制管理下，甲醇燃料电池发电模块继续给电动汽车的动力电池进行充电和供电，在动力电池电量soc达到饱和时，在控制器的控制和管理下，让甲醇燃料电池发电模块关闭发电使能模块，开始降温、直至进入到待机状态后，自动关闭甲醇燃料电池发电模块和电动汽车动力电池和全车的供电，是电动汽车完全关断电源，恢复到电动汽车行驶前的初始状态。
27.使甲醇燃料电池汽车的使用完全和传统燃油车一样，上车打开车门，接通车辆启动电门，下车关闭车辆启动电门、锁车，安装甲醇水溶液燃料剩余量添加液体燃料。这种完全不改变驾驶车辆使用习惯的方式，将会大大方面甲醇燃料电池汽车的应用。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
29.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
30.图1为本发明实施例提供的一种甲醇氢燃料电池车供电控制系统架构图；
31.图2为本发明实施例提供的指令控制器的电源模块电路图；
32.图3为本发明实施例提供的光电耦合器电路图；
33.图4为本发明实施例提供的芯片p4、p5、p6电路图；
34.图5为本发明实施例提供的通讯模块电路图；
35.图6为本发明实施例提供的主控芯片电路图。
具体实施方式
36.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.实施例1
38.参考图1，本实施例公开了一种甲醇氢燃料电池车供电控制系统，所述系统包括：
39.指令控制器、整车控制器、车辆动力电池管理模块和甲醇燃料电池发电模块；
40.所述指令控制器分别与整车控制器、车辆动力电池管理模块和甲醇燃料电池发电模块进行通信，并进行控制指令的发出和传递；
41.所述整车控制器根据指令控制器发出的信号对动力电池继电器进行控制；
42.所述车辆动力电池管理模块将动力电池的电量状态发送至指令控制器，指令控制器根据动力电池的电量状态控制甲醇燃料电池的启停；
43.所述甲醇燃料电池发电模块接收指令控制器的控制指令，通过对甲醇燃料处理后进行发电。
44.参考图2-图6，指令控制器包括：通讯模块、逻辑门电路、主控芯片和电源模块，所述电源模块包括芯片u1 b1205s、电容c1、c2、c3、c4，所述通讯模块设置有五个通讯单元，所述逻辑门电路包括多个光电耦合器和多个芯片，所述主控芯片为u2。
45.通讯模块包括：第一通讯单元、第二通讯单元、第三通讯单元、第四通讯单元、第五通讯单元，所述第一通讯单元包括芯片au1 tja1050和电容ac1、ac2、ac3、电阻ar1、电感al1；所述第二通讯单元包括芯片bu1 tja1050和电容bc1、bc2、bc3、电阻br1、电感bl1；所述第三通讯单元包括芯片cu1 tja1050和电容cc1、cc2、cc3、电阻cr1、电感cl1；所述第四通讯单元包括芯片du1 tja1050和电容dc1、dc2、dc3、电阻dr1、电感dl1；所述第五通讯单元包括芯片eu1 tja1050和电容ec1、ec2、ec3、电阻er1、电感el1。
46.逻辑门电路包括光电耦合器oc1 el357、oc2 el357、oc3 el357、oc4el357、oc5 el357、oc6 el357、继电器k2、k3和芯片p4 74la01、p5 74la02、p6 74la04，逻辑门电路分别与主控芯片、整车控制器、甲醇燃料电池继电器和甲醇燃料电池发电模块连接。指令控制器的主控芯片为u2 mc9s12xep。
47.在指令控制器中电源模块u1b1205s-2wr2的管脚2连接汽车的+12vdc蓄电池，管脚2接地，管脚3为控制器系统供电vcc，管脚4为控制器接地。
48.光电耦合器oc3el357管脚1和管脚2分别接入车辆电源，控制管脚4上的vcc输出给管脚3，通过逻辑门电路再连接继电器k1。
49.光电耦合器oc1el357的管脚1和管脚2分别接入燃料电池发电模块电源，控制管脚4上的vcc输出给管脚3，通过逻辑门电路连接继电器k1；另外，经p574ls01芯片经p6芯片和光耦oc2el357的管脚4连接整车vcu。
50.光电耦合器oc5el357的管脚1和管脚2分别整车电源，控制管脚4上vcc输出给管脚3，连接p674ls04芯片和p574ls01和p674l504芯片，通过逻辑门电路，联通车辆vcu。
51.主控芯片u2mc9s12xep100管脚41、管脚43、管脚81、管脚83、管脚107分别接入系统电压vcc。vcc经电阻r1和电容c4接入u2的管脚42的rst.vcc经电阻r2接u2芯片的管脚23的bdm。y1两端并联经电容c5、c6接地，同时并联电阻r3，经u2芯片管脚46和管脚47接入u2芯片。
52.电容c7、c8、c9、c10、c11两端分解接vcc和地线vss.电容c12、c13、c14各自一端并联接地vss，另一端分别接入u2芯片管脚65vdd、管脚13vddf、管脚48vddpll。
53.第一通讯单元au1tja1050的管脚1和管脚4分别接入u2mc9s12xep100的102管脚cntx1和103管脚cnrx1，管脚2和管脚3并联电容ac1，分别接地vss和电源vcc.管脚6和管脚7分别接车辆vcu的can总线canl和canh.管脚8经电阻ar1接地vss，管脚5悬空。
54.第二通讯单元bu1tja1050的管脚1和管脚4分别接入u2mc9s12xep100的102管脚cntx2和103管脚cnrx2，管脚2和管脚3并联电容bc1，分别接地vss和电源vcc.管脚6和管脚7分别接车辆vcu的can总线canl和canh.管脚8经电阻br1接地vss，管脚5悬空。
55.第四通讯单元du1tja1050的管脚1和管脚4分别接入u2mc9s12xep100的102管脚
cntx4和103管脚cnrx4，管脚2和管脚3并联电容dc1，分别接地vss和电源vcc.管脚6和管脚7分别接车辆vcu的can总线canl和canh.管脚8经电阻dr1接地vss，管脚5悬空。第三通讯单元和第五通讯单元备用。
56.整车控制器中电源和地线经指令控制器电源模块u1，与指令控制器逻辑门电路的oc3el357和oc5el357连接，整车控制器的canl和canh分别与第一通讯单元au1的管脚6和管脚7连接，经管脚1和管脚4与主控芯片u2的102管脚cntx1和103管脚cnrx1连接。甲醇燃料电池发电模块的canl和canh分别连接第二通讯单元bu1的管脚6和管脚7，经管脚1和管脚4与主芯片u2的100管脚cntx2和101管脚cnrx2连接。车辆动力电池管理模块的canl和canh分别连接通讯模块du1的管脚6和管脚7，经管脚1和管脚4与主控芯片u2的98管脚cntx4和99管脚cnrx4连接。
57.实现了燃料电池车的快速启动和快速停止，使得电动汽车的电池管理电量的供应和消耗和甲醇燃料电池发电模块的供电和发电完全匹配起来，使得甲醇燃料电池汽车可以进行完全的商业应用。
58.实施例2
59.本实施例公开了一种甲醇氢燃料电池车供电控制方法，所述方法为：
60.甲醇燃料电池汽车启动电门通电on后，通过整车控制器接通指令控制器电源模块u1，由电源模块给控制器供电，并通过光耦oc3连接逻辑门电路，接通甲醇燃料电池继电器，给甲醇燃料电池发电模块供电，并使得甲醇燃料电池发电模块通过第二通讯单元的芯片bu1，在控制器主芯片u2控制下启动；
61.甲醇燃料电池电动汽车在停驶，汽车启动电门关闭off后，甲醇燃料电池发电模块通过指令控制器的逻辑门电路，使得车辆动力电池与甲醇燃料电池发电模块继续保持连接状态，使甲醇燃料电池发电模块和车辆动力电池继续保持双向供电状态；
62.车辆动力电池在在甲醇燃料电池发电模块充电下容量达到预定设置的饱和电量值时，车辆动力电池管理系统bms通过第四通讯单元du1传送的动力电池电量实时信息使得控制器主控芯片通过连接甲醇燃料电池发电模块的第二通讯单元bu1向甲醇燃料电池发电模块发送停机信号；
63.甲醇燃料电池发电模块在完全停止工作，进入待机状态，并将待机状态信号通过第二通讯单元bu1发送给主控芯片后，主控芯片通过第一通讯单元au1向整车控制器发送信号，通过oc1将甲醇燃料电池继电器断电，使得车辆恢复到行驶前全车断电的初始状态。
64.本实施例公开的一种甲醇氢燃料电池车供电控制方法实现了对甲醇燃料电池发电模块和电动汽车动力电池统一的管理，克服了甲醇燃料电池发电模块在启动后开始发电前需要30-40分钟时间预热，才能开始向电动汽车动力电池供电的不便，使得电动汽车的电池管理电量的供应和消耗和甲醇燃料电池发电模块的供电和发电完全匹配起来，使得甲醇燃料电池汽车可以进行完全的商业应用；
65.在电动汽车进入停驶状态全车断电后，可以在本控制系统的控制管理下，继续给电动汽车的动力电池进行充电和供电，在动力电池电量soc达到饱和时，在控制器的控制和管理下，让甲醇燃料电池发电模块关闭发电使能模块，开始降温、直至进入到待机状态后，自动关闭甲醇燃料电池发电模块和电动汽车动力电池和全车的供电，是电动汽车完全关断电源，恢复到电动汽车行驶前的初始状态。
66.使甲醇燃料电池汽车的使用完全和传统燃油车一样，上车打开车门，接通车辆启动电门，下车关闭车辆启动电门、锁车，安装甲醇水溶液燃料剩余量添加液体燃料。这种完全不改变驾驶车辆使用习惯的方式，将会大大方面甲醇燃料电池汽车的应用。
67.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。