一種電動汽車電能供給系統及其控制方法與流程
2023-09-14 06:25:35 2
本發明涉及電動汽車技術領域，尤其涉及一種電動汽車電能供給系統及其控制方法。
背景技術：
世界範圍內的電能危機和環境汙染問題日趨嚴重，多年來的實踐證明，節能和減排是汽車技術發展的主要方向，電力驅動車輛是解決車輛電能危機與尾氣汙染的一個重要途徑。因此，電力驅動車輛的電能供給系統開發就顯得尤為重要。在電力驅動車輛的電能供給系統方面，儘管單純使用儲能動力電池的電力驅動車輛具有零排放、低噪音和高效率的優點，但由於受到儲能電池能量密度低的局限，導致純動力電池提供能量供給的車輛不但製造成本高，而且續航裡程短和充電時間長。在儲能電池的能量密度得到突破性進展前，目前的電能供給系統尚不能滿足人們對電力驅動車輛的使用需求。
而目前採用增程式車輛的電能供給驅動車輛是一種介於傳統車輛和純動力電池提供電能驅動車輛之間的過渡型車輛，兼有兩者的一些優點，如低排放、高效率和續航裡程長等。目前市場上採用增程式的電能驅動車輛主要有兩種方式：採用單一內燃機發電和單一動力電池聯合提供電能供給；採用儲氫形式的質子交換膜燃料電池和單一動力電池聯合提供電能供給。第一種形式雖然它是電力驅動，但也不是零排放的。內燃機發電也會有排放汙染。第二種形式雖然零排放，但是車載儲氫具有加氫難、危險係數高、技術難度大等諸多局限性。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有電動汽車電能供給系統採用儲氫罐儲存氫氣向燃料電池提供氫氣，存在加氫難、危險係數高的技術問題，提供了一種電動汽車電能供給系統及其控制方法，其可採用甲醇、乙醇、天然氣等清潔燃料作為能源，解決了加氫難、危險係數高的技術問題。
為了解決上述問題，本發明採用以下技術方案予以實現：
本發明的一種電動汽車電能供給系統，包括燃料罐、燃料重整反應堆、燃料電池發電機、DC/DC轉換器、配電單元、電池系統和電能管理控制器，所述燃料罐、燃料重整反應堆和燃料電池發電機依次通過連接管路連接，所述DC/DC轉換器的輸入端與燃料電池發電機電連接，所述配電單元分別與電池系統、電動汽車的電機系統和DC/DC轉換器的輸出端電連接，所述電能管理控制器分別與燃料電池發電機的控制端、電池系統的控制端、配電單元的控制端和整車控制器電連接。
在本技術方案中，燃料罐存儲甲醇、乙醇或天然氣等清潔燃料。燃料罐中的燃料輸送到燃料重整反應堆中後，燃料重整反應堆中的燃料在氧氣不足的環境下在高溫或催化劑作用下發生氧化還原反應，生成一氧化碳和氫氣。燃料重整反應堆輸送到燃料電池發電機中的一氧化碳和氫氣在600℃～800℃下直接和氧化劑反應，產生電能。DC/DC轉換器將燃料電池發電機輸出的電壓轉換為電動汽車需要的電壓。配電單元用於控制電池系統、電動汽車的電機系統和DC/DC轉換器之間的電路連通或斷開。
電能管理控制器控制燃料電池發電機和配電單元工作，與電池系統通信獲取電動汽車電池的信息。電能管理控制器還與整車控制器通信獲取整車信息，反饋電能供給系統信息到整車控制器。電動汽車啟動時，整車控制器發送信息給電能管理控制器，電能管理控制器控制燃料電池發電機工作發電。
作為優選，所述一種電動汽車電能供給系統還包括熱能回收裝置，所述熱能回收裝置包括熱交換器、風機、進風管路和出風管路，所述熱交換器的熱媒進口、熱媒出口分別與燃料電池發電機的排熱系統連接，所述熱交換器的冷媒進口通過進風管路與風機連接，所述熱交換器的冷媒出口與出風管路連接，所述出風管路上設有第一出風口，所述第一出風口通過通氣管路與電池系統的進風口連接，所述第一出風口上設有第一電磁閥，所述電能管理控制器分別與風機和第一電磁閥電連接。
電動汽車運行過程中，電能管理控制器與電池系統通信獲取電池溫度信息，當電池溫度較低時，電能管理控制器控制第一電磁閥打開，控制風機工作，風機吹入的冷風通過熱交換器加熱後成為熱風吹入電池系統，給電池加熱，保證電池在較好的充放電性能溫度區間。
作為優選，所述出風管路上還設有第二出風口，所述第二出風口通過通氣管路與電動汽車駕駛室內的出氣口連接，所述第二出風口上設有第二電磁閥，所述第二電磁閥與電能管理控制器電連接。電動汽車運行過程中，用戶可通過整車控制器向電能管理控制器發送控制信號，電能管理控制器控制第二電磁閥打開，控制風機工作，風機吹入的冷風通過熱交換器加熱後成為熱風吹入電動汽車駕駛室，給電動汽車駕駛室提供暖風。
作為優選，所述燃料罐用於存儲燃料，所述燃料為甲醇、乙醇或天然氣。
作為優選，所述燃料罐輸送到燃料重整反應堆中的燃料在氧氣不足的環境下在高溫或催化劑作用下發生氧化還原反應，生成一氧化碳和氫氣。
作為優選，所述燃料重整反應堆輸送到燃料電池發電機中的一氧化碳和氫氣在600℃～800℃下直接和氧化劑反應，產生電能。
作為優選，所述電池系統包括鋰離子電池和電池管理控制模塊。
作為優選，所述一種電動汽車電能供給系統還包括檢測燃料電池發電機輸出電壓電流的電壓電流檢測模塊，所述電壓電流檢測模塊與電能管理控制器電連接。電能管理控制器將檢測的燃料電池發電機輸出電壓、電流數據發送到整車控制器。
作為優選，所述配電單元與電池系統之間設有第一接觸器和第一保險絲，所述配電單元與DC/DC轉換器之間設有第二接觸器和第二保險絲，所述電能管理控制器分別與第一接觸器的控制端和第二接觸器的控制端電連接。當電池系統輸出的電壓或電流過高時，電能管理控制器控制第一接觸器斷開，當燃料電池發電機輸出的電壓或電流過高時，電能管理控制器控制第二接觸器斷開。
本發明的一種電動汽車電能供給系統的控制方法，用於上述的一種電動汽車電能供給系統，包括以下步驟：當電動汽車啟動時，電能管理控制器控制燃料電池發電機工作發電，通過配電單元控制電池系統與電動汽車的電機系統電連接，電池系統給電動汽車的電機系統供電；當電動汽車啟動N秒後，電能管理控制器控制燃料電池發電機與電動汽車的電機系統電連接，控制電池系統與電動汽車的電機系統斷開連接，燃料電池發電機單獨給電動汽車的電機系統供電。
燃料電池發電機由於工作溫度較高，所以啟動時間較慢，啟動時需要由電池系統給電動汽車的電機系統供電。
作為優選，在燃料電池發電機單獨給電動汽車的電機系統供電的過程中，當燃料電池發電機所發電量不能滿足電動汽車需求時，電能管理控制器通過配電單元控制電池系統與電動汽車的電機系統電連接，燃料電池發電機和電池系統都給電動汽車的電機系統供電。
本發明的有益效果是：可採用甲醇、乙醇、天然氣等清潔燃料作為能源，解決了加氫難、危險係數高的技術問題，根據車輛行駛的不同工況，提供一個最優的供電模式。
附圖說明
圖1是本發明的一種結構示意圖；
圖2是本發明的一種電路原理連接框圖；
圖3是熱能回收裝置的結構示意圖。
圖中：1、燃料罐，2、燃料重整反應堆，3、燃料電池發電機，4、DC/DC轉換器，5、配電單元，6、電池系統，7、電能管理控制器，8、電機系統，9、整車控制器，10、熱交換器，11、風機，12、進風管路，13、出風管路，14、第一電磁閥，15、第二電磁閥，16、電壓電流檢測模塊，17、報警模塊，18、第一出風口，19、第二出風口，20、無線通信模塊。
具體實施方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
實施例1：本實施例的一種電動汽車電能供給系統，如圖1、圖2所示，包括燃料罐1、燃料重整反應堆2、燃料電池發電機3、DC/DC轉換器4、配電單元5、電池系統6和電能管理控制器7，燃料罐1、燃料重整反應堆2和燃料電池發電機3依次通過連接管路連接，DC/DC轉換器4的輸入端與燃料電池發電機3電連接，配電單元5分別與電池系統6、電動汽車的電機系統8和DC/DC轉換器4的輸出端電連接，電能管理控制器7分別與燃料電池發電機3的控制端、電池系統6的控制端、配電單元5的控制端和整車控制器9電連接。
燃料罐用於存儲燃料，所述燃料為甲醇、乙醇或天然氣。燃料罐中的燃料輸送到燃料重整反應堆中後，燃料重整反應堆中的燃料在氧氣不足的環境下在高溫或催化劑作用下發生氧化還原反應，生成一氧化碳和氫氣。燃料重整反應堆輸送到燃料電池發電機中的一氧化碳和氫氣在600℃～800℃下直接和氧化劑反應，產生電能。DC/DC轉換器將燃料電池發電機輸出的電壓轉換為電動汽車需要的電壓。配電單元用於控制電池系統、電動汽車的電機系統和DC/DC轉換器之間的電路連通或斷開。電池系統包括功率型鋰離子電池和電池管理控制模塊，功率型鋰離子電池主要起到「削峰填谷」的作用。
電能管理控制器控制燃料電池發電機和配電單元工作，與電池系統通信獲取電動汽車電池的信息。電能管理控制器還與整車控制器通信獲取整車信息，反饋電能供給系統信息到整車控制器。電動汽車啟動時，整車控制器發送信息給電能管理控制器，電能管理控制器控制燃料電池發電機工作發電。
如圖3所示，電能供給系統還包括熱能回收裝置，熱能回收裝置包括熱交換器10、風機11、進風管路12和出風管路13，熱交換器10的熱媒進口、熱媒出口分別與燃料電池發電機3的排熱系統連接，熱交換器10的冷媒進口通過進風管路12與風機11連接，熱交換器10的冷媒出口與出風管路13連接，出風管路13上設有第一出風口18，第一出風口18通過通氣管路與電池系統6的進風口連接，第一出風口18上設有第一電磁閥14，電能管理控制器7分別與風機11和第一電磁閥14電連接，出風管路13上還設有第二出風口19，第二出風口19通過通氣管路與電動汽車駕駛室內的出氣口連接，第二出風口19上設有第二電磁閥15，第二電磁閥15與電能管理控制器7電連接。
電動汽車運行過程中，電能管理控制器與電池系統通信獲取電池溫度信息，當電池溫度較低時，電能管理控制器控制第一電磁閥打開，控制風機工作，風機吹入的冷風通過熱交換器加熱後成為熱風吹入電池系統，給電池加熱，保證電池在較好的充放電性能溫度區間。
電動汽車運行過程中，用戶可通過整車控制器向電能管理控制器發送控制信號，電能管理控制器控制第二電磁閥打開，控制風機工作，風機吹入的冷風通過熱交換器加熱後成為熱風吹入電動汽車駕駛室，給電動汽車駕駛室提供暖風。
電動汽車電能供給系統還包括檢測燃料電池發電機輸出電壓、電流的電壓電流檢測模塊16和設置在電動汽車駕駛室內的報警模塊17，電能管理控制器7分別與電壓電流檢測模塊16和報警模塊17電連接。
電能管理控制器將檢測的燃料電池發電機輸出電壓、電流數據發送到整車控制器。當燃料電池發電機輸出的電壓或電流過高時，報警模塊發出報警。
電動汽車電能供給系統還包括無線通信模塊20，無線通信模塊20與電能管理控制器7電連接。電能管理控制器能通過無線通信模塊與其他設備進行無線通信，用戶可通過智慧型手機等終端與電能供給系統通信，獲取數據，修改參數，升級系統等。
本實施例的一種電動汽車電能供給系統的控制方法，用於上述的一種電動汽車電能供給系統，包括以下步驟：當電動汽車啟動時，電能管理控制器控制燃料電池發電機工作發電，通過配電單元控制電池系統與電動汽車的電機系統電連接，電池系統給電動汽車的電機系統供電；當電動汽車啟動N秒後，電能管理控制器控制燃料電池發電機與電動汽車的電機系統電連接，控制電池系統與電動汽車的電機系統斷開連接，燃料電池發電機單獨給電動汽車的電機系統供電。
燃料電池發電機由於工作溫度較高，所以啟動時間較慢，啟動時需要由電池系統給電動汽車的電機系統供電。
在燃料電池發電機單獨給電動汽車的電機系統供電的過程中，當燃料電池發電機所發電量不能滿足電動汽車需求時，電能管理控制器通過配電單元控制電池系統與電動汽車的電機系統電連接，燃料電池發電機和電池系統都給電動汽車的電機系統供電，當電池系統內的電池電量不足時，電能管理控制器通過配電單元控制電池系統與燃料電池發電機電連接，燃料電池發電機給電池系統充電。
實施例2：本實施例的一種電動汽車電能供給系統，配電單元5與電池系統6之間設有第一接觸器和第一保險絲，配電單元5與DC/DC轉換器4之間設有第二接觸器和第二保險絲，電能管理控制器7分別與第一接觸器的控制端和第二接觸器的控制端電連接，其餘結構與實施例1相同。
當電池系統輸出的電壓或電流過高時，電能管理控制器控制第一接觸器斷開，當燃料電池發電機輸出的電壓或電流過高時，電能管理控制器控制第二接觸器斷開。