一种燃料电池氢能汽车电源系统及其管理方法

技术领域

本发明涉及燃料电池氢能汽车领域，尤其涉及一种燃料电池氢能汽车电源系统及其管理方法。

背景技术

目前燃料电池输出特性比较疲软，瞬时输出功率不高，因此现有的燃料电池氢能汽车(以下简称氢能汽车)的电源系统出燃料电池外还会搭载一个辅助能源作为补充，以提高其瞬时功率，传统的辅助能源通常为一可充电的化学电池，化学电池在作为辅助能源和电能回收时需要反复快速的进行充放电过程，现有化学电池放电过程中会产生化学反应，充放电次数过多会导致化学电池的电容量会大大降低，因此充电的化学电池作为燃料电池氢能汽车的辅助能源时，寿命较短，需要频繁更换。因此为提高氢能汽车的加速性能和耐用性，需要一种能具有提高燃料电池瞬时功率且具有较长寿命的电源系统。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种燃料电池氢能汽车电源系统，包括中央控制单元、燃料电池、超级电容、驱动电机以及分别控制燃料电池、超级电容、驱动电机的燃料电池控制模块、超级电容控制模块和驱动电机控制模块，燃料电池和驱动电机通过通电导线相连构成一闭合回路，超级电容与燃料电池并联，料电池控制模块、超级电容控制模块和驱动电机控制模块分别通过控制导线与燃料电池、超级电容、驱动电机相连，且中央控制单元同时与燃料电池控制模块、超级电容控制模块和驱动电机控制模块通过控制导线相连，超级电容用于辅助燃料电池对驱动电机进行供电，和回收驱动电机减速时产生的电能。

进一步地，电源系统还包括一加减速传感器，加减速传感器与中央控制单元通过相连，加减速传感器用于感测氢能汽车的加速踏板以及刹车踏板的行程状态，并将行程状态的信号传输至中央控制单元。

进一步地，所述中央控制单元根据加减速传感器传输的行程状态的信号判断汽车所需的加减速状态，若并通过控制燃料电池控制模块、超级电容控制模块和驱动电机控制模块对燃料电池、超级电容、驱动电机的转态进行控制，从而实现对氢能汽车的加减速控制以及能量的回收。

本发明还提供一种基于上述燃料电池氢能汽车电源系统的管理方法，包括如下步骤：

S1:加减速传感器感测氢能汽车的加速踏板以及刹车踏板的行程状态，并将感测到的行程状态信号传递至中央控制单元；

S2：中央控制单元实时检测加减速传感器传递的行程状态信号，判断氢能汽车所需的加减速状态，若中央控制单元氢能汽车处于加速状态，则执行步骤S21，若中央控制单元氢能汽车处于减速状态，则执行步骤S22，若中央控制单元氢能汽车处于保持原速行驶，则执行步骤S23；

S21：中央控制单元检测级电容的电量状态，若超级电容电量大于最低限度值，则中央控制单元控制燃料电池和超级电容同时对驱动电机进行供电，且提升制燃料电池的输出功率，使氢能汽车快速提速，直至中央控制单元判断不处于加速状态；若超级电容电量小于或等于最低限度值，则中央控制单元仅控制燃料电池提高输出功率，使氢能汽车提速，直至中央控制单元判断不处于加速状态；

S22：中央控制单元检测级电容的电量状态，若超级电容电量小于最高限度值，则中央控制单元控制燃料电池停止对驱动电机进行供电，使氢能汽车通过行驶阻力自然减速，同时中央控制单元控制超级电容处于电能回收状态，回收驱动电机减速产生的电能，直至中央控制单元判断不处于减速状态；若超级电容电量大于最高限度值，则中央控制单元控制燃料电池和超级电容同时从闭合电路中断开，使氢能汽车仅通过行驶阻力自然减速，直至中央控制单元判断不处于减速状态；

S23：中央控制单元检测级电容的电量状态，若超级电容电量大于最高限度值，则中央控制单元控制燃料电池减小输出功率，并使超级电容对驱动电机供电，直至超级电容电量低于最高限度值；若超级电容电量小于最低限度值，则中央控制单元控制燃料电池增加输出功率，使燃料电池在对驱动电机供电的同时对超级电容进行充电，直至其电量达到最佳电量值；若超级电容电量处于最低限度值和最低限度值之间时，则中央控制单元控制电源系统处于原状态。

进一步地，超级电容电量的最低限度值为位于其总容量的20％-40％之间的一个定值，超级电容电量的最高限度值为其总容量的85％-98％之间的一个定值，超级电容的最佳电量值其总容量的55％-65％之间的一个定值。

进一步地，在步骤S23中，中央控制单元保持驱动电机总的输入总功率保持不变。

本发明一种燃料电池氢能汽车电源系统及其管理方法的有益效果为:该电源系统包括一超级电容，该超级电容可在氢能汽车加速时，辅助燃料电池供电，提高氢能汽车的瞬时功率，从而能提高氢能汽车的加速性能，且该电源系统可在氢能汽车减速时，将氢能汽车的动能转化会电能，并通过超级电容回收，从而可提高氢能汽车的能源利用率；采用该管理方法可使该电源系统中的超级电容长时间处于适宜的电量范围内，从而可使该电源系统中的超级电容在氢能汽车行驶过程中随时处于可工作的状态。

附图说明

图1是本发明一种燃料电池氢能汽车电源系统的连接结构图。

图中：1-中央控制单元，11-加减速传感器，2-驱动电机，21-驱动电机控制模块，3-超级电容，31-超级电容控制模块，4-燃料电池，41-燃料电池控制模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的一种燃料电池氢能汽车电源系统，包括中央控制单元1、燃料电池4、超级电容3、驱动电机2以及分别控制燃料电池4、超级电容3、驱动电机2的燃料电池控制模块41、超级电容控制模块31和驱动电机控制模块21。

其中燃料电池4和驱动电机2通过通电导线构成一闭合回路，超级电容3也通过通电导线连接于该闭合回路3中，且超级电容3与燃料电池4并联，燃料电池4用于对驱动电机2进行供电以及对超级电容3进行充电，以使驱动电机能驱动氢能汽车运动，且这里驱动电机2的数量可为一个或多个，超级电容3又称电化学电容、双电层电容器，超级电容能快速充电、放电，且其充电、放电过程并不发生化学反应，因此超级电容3的充放电过程是可逆的，且其可反复充放电数十万次，使用寿命长，所述超级电容3在该闭合回路中用做燃料电池3的辅助电源和电能回收装置，即在氢能汽车需要加速时，超级电容3和燃料电池4同时对驱动电机2供电，以快提高驱动电机2的瞬时功率，使氢能汽车快速提速，在氢能汽车需要减速时，超级电容2作为一个储能装置，回收驱动电机减速2时产生的电能。

具体地，燃料电池控制模块41、超级电容控制模块31和驱动电机控制模块21分别通过控制导线与燃料电池4、超级电容3、驱动电机2相连，且中央控制单元1同时与燃料电池控制模块41、超级电容控制模块42和驱动电机控制模块41通过控制导线相连，本发明的电源系统还包括一加减速传感器11，加减速传感器11也与中央控制单元1通过控制导线相连，加减速传感器11用于感测氢能汽车的加速踏板以及刹车踏板的行程状态，并将行程状态的信号传输至中央控制单元1，中央控制单元1根据行程状态的信号判断汽车所需的加减速状态，若并通过控制燃料电池控制模块41、超级电容控制模块31和驱动电机控制模块21对燃料电池4、超级电容3、驱动电机2的转态进行控制，从而实现对氢能汽车的加减速控制以及能量的回收。

进一步地，超级电容控制模块31内设置有电量检测单元，电量检测单元用于检测超级电容3的电量状态，从而中央控制单元能通过超级电容控制模块31获取超级电容3的电量状态信息。

本发明的一种基于上述燃料电池氢能汽车电源系统的管理方法包括如下步骤：

S1:加减速传感器11感测氢能汽车的加速踏板以及刹车踏板的行程状态，并将感测到的行程状态信号传递至中央控制单元1；

S2：中央控制单元1实时检测加减速传感器11传递的信号，中央控制单元1根据检测到的行程状态信号，判断氢能汽车所需的加减速状态，若氢能汽车需加速则执行步骤S21，若氢能汽车需减速则执行步骤S22，若氢能汽车需保持原速行驶则，则执行步骤S23；

S21：中央控制单元1通过超级电容控制模块31检测级电容3的电量状态，若超级电容电量大于最低限度值，则中央控制单元1控制燃料电池4和超级电容3同时对驱动电机2进行供电，且提升制燃料电池4的输出功率，使氢能汽车快速提速，直至中央控制单元1判断氢能汽车不处于加速状态，氢能汽车达到驾驶者所需的速度；若超级电容电量小于或等于最低限度值，则中央控制单元仅控制燃料电池4提高输出功率，使氢能汽车提速，直至中央控制单元1判断氢能汽车不处于加速状态。

S22：中央控制单元1通过超级电容控制模块31检测级电容3的电量状态，若超级电容电量小于最高限度值，则中央控制单元1控制燃料电池4从闭合电路中断开，停止对驱动电机2进行供电，使氢能汽车通过行驶阻力自然减速，同时中央控制单元1控制超级电容3处于电能回收状态，此时驱动电机2对超级电容3充电，超级电容3回收驱动电机2减速产生的电能，且超级电容3会增加驱动电机2的旋转阻力，加快氢能汽车减速进程，中央控制单元1判断氢能汽车不处于减速状态；若超级电容电量大于最高限度值，则中央控制单元1控制燃料电池4和超级电容3同时从闭合电路中断开，使氢能汽车仅通过行驶阻力自然减速，直至中央控制单元1判断氢能汽车不处于减速状态。

S23：中央控制单元1通过超级电容控制模块31检测超级电容3的电量状态，若超级电容3电量大于最高限度值，则中央控制单元1控制燃料电池2减小输出功率，并使超级电容3对驱动电机供电，直至超级电容3电量低于最高限度值；若超级电容电量小于最低限度值，则中央控制单元1控制燃料电池4增加输出功率，使燃料电池4在对驱动电机2供电的同时对超级电容3进行充电，直至其电量达到最佳电量值；若超级电容电量处于最低限度值和最低限度值之间时，则中央控制单元控制电源系统处于原状态，且在整个步骤S23过程中，中央控制单元1保持驱动电机2总的输入功率保持不变，以使氢能汽车保持原行驶状态。

上述步骤中，超级电容3电量的最低限度值为位于其总容量的20％-40％之间的一个定值，超级电容3电量的最高限度值为其总容量的85％-98％之间的一个定值，超级电容3的最佳电量值其总容量的55％-65％之间的一个定值。

本发明一种燃料电池氢能汽车电源系统及其管理方法的有益效果为:该电源系统包括一超级电容3，该超级电容3可在氢能汽车加速时，辅助燃料电池2供电，提高氢能汽车的瞬时功率，从而能提高氢能汽车的加速性能，且该电源系统可在氢能汽车减速时，将氢能汽车的动能转化会电能，并通过超级电容3回收，从而可提高氢能汽车的能源利用率；采用该管理方法可使该电源系统中的超级电容3长时间处于适宜的电量范围内，从而可使该电源系统中的超级电容3在氢能汽车行驶过程中随时处于可工作的状态。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。