CN207631011U - 一种车载甲醇燃料电池管理*** - Google Patents

一种车载甲醇燃料电池管理*** Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种车载甲醇燃料电池管理***，包括燃料电池连接DC‑DC，将燃料的化学能转化为电能；DC‑DC连接负载，用于将燃料电池输出的电压转化为负载所需的电压；DC‑DC连接二次电池充电；二次电池连接负载，用于为负载供电；电能控制模块连接二次电池、燃料电池和DC‑DC；电能控制模块连接通讯模块，通过通讯模块与汽车终端通信；空气供给装置将过滤后的空气送入燃料电池；甲醇供给装置将过滤后的甲醇与水按比例混合后送入燃料电池。本实用新型通过比较车辆位置以及道路情况确定最大时速，通过学***均功率，根据锂电池剩余容量以及锂电池性能确定需要为锂电池充电功率，实现对燃料电池***运行功率预测。

Description

一种车载甲醇燃料电池管理***
技术领域
本实用新型涉及燃料电池领域，具体地说是一种车载甲醇燃料电池管理***。
背景技术
以往的车载燃料电池管理***仅仅是维持燃料电池运行，并不涉及燃料电池(组)运行的智能管理，无法对需求功率进行预测，也无法根据负载及锂电池使用情况确定燃料电池(组)运行策略，在一定程度上缩短了燃料电池的使用寿命，降低燃料使用效率。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种车载甲醇燃料电池管理***，基于车辆位置信息、用户驾驶习惯、锂电池使用情况的燃料电池需求功率计算算法，并针对各个燃料电池已经使用的时间、燃料电池内部零部件已使用的时间以及燃料电池自身的工作情况等合理分配燃料电池工作状态，提高燃料电池 (组)整体寿命及燃料利用效率、何时应该对燃料电池***进行保养维修。
本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种车载甲醇燃料电池管理***，其特征在于：包括
燃料电池，连接DC-DC，用于将燃料的化学能转化为电能，输送至DC-DC；
DC-DC，连接负载，用于将燃料电池输出的电压转化为负载所需的电压，输送至负载；DC-DC连接二次电池，为二次电池充电；
二次电池，连接负载，用于为负载供电，同时当汽车能量回收(减速、下坡、刹车)时，吸收回收的电能；
电能控制模块，连接二次电池、燃料电池和DC-DC，用于控制其工作；电能控制模块连接通讯模块，通过通讯模块与汽车终端通信；
空气供给装置，连接燃料电池，将空气送入燃料电池；
甲醇供给装置，连接燃料电池，将甲醇与水按比例混合后送入燃料电池。
所述汽车能量回收时通常为减速、下坡、刹车时。
所述负载包括高压负载、低压负载和电机；其中
高压负载，通过高压DC-DC将燃料电池和二次电池的输出电压转换为高压负载所需电压；
低压负载，通过低压DC-DC将燃料电池和二次电池的输出电压转换为低压负载所需电压；
电机，通过电机驱动器提供驱动电压，当汽车能量回收(减速、下坡、刹车)时，将机械能转化为电能，通过电机驱动为二次电池充电。
所述二次电池为锂离子二次电池、锂聚合物电池、镍氢电池、镍镉电池、铅蓄电池中的一种。
所述空气供给装置包括空气过滤器，将要进入燃料电池的空气进行过滤；空气供给模块，将过滤后的空气送入燃料电池；
所述甲醇供给装置包括甲醇箱，用于储存甲醇；甲醇过滤器，用于过滤甲醇中的杂质；
甲醇供给模块，用于将过滤后的甲醇与水按比例混合后送入燃料电池。
所述的车载甲醇燃料电池管理***还包括水热管理***，用于处理燃料电池排出的尾气和余热，包括
水回收装置，用于将部分尾气冷却过滤后送入甲醇供给模块；
废气排出装置，用于将多余的废气通过管路排出；
暖气回收装置，用于利用燃料电池的余热为车内提供热空气；
吸收式制冷装置，用于利用燃料电池的余热为车内提供冷空气；
散热器，用于将燃料电池多余的热量散发到空气中。
所述燃料电池包括若干组，且每组燃料电池对应一组DC-DC。
所述***的车载甲醇燃料电池管理方法，包括以下步骤：
步骤1：获取车辆状态信息，输入电能控制模块中的数据模型中；
步骤2：根据车辆行驶位置和目的地信息判断当前车辆的预计行驶状态，如果为高速行驶状态，则将燃料电池的目标功率设置为大功率输出，如果为低速行驶状态，则将燃料电池的目标功率设置为小功率输出；
步骤3：如果当前二次电池的剩余电量大于设定阈值电量，则将燃料电池组的目标功率设置为小功率输出，否则设置为大功率输出。
步骤2和/或3中采用燃料电池对外输出是，应先对燃料电池状态评价指标进行评价，如果燃料电池状态指标符合要求则按照对燃料电池进行使用，否则不使用，并提示燃料电池需要保养或维修。
燃料电池状态评价指标评价方法为通过冒泡法对燃料电池按指标从高至低进行优先级排序。
所述评价指标包括燃料电池已使用时间、放电性能和燃料电池内部零部件运行保养情况。
所述高速行驶状态为车速≥80km/h时车辆的行驶状态；
所述低速行驶状态为车速＜80km/h时车辆的行驶状态。
本实用新型具有以下有益效果及优点：
1.通过比较车辆位置以及道路情况确定最大时速，通过学***均功率，根据二次电池剩余容量以及二次电池性能确定需要为二次电池充电功率，实现对燃料电池***运行功率预测；
2.通过对需求功率的预测安排满足功率需求数量的燃料电池工作，避免开启全部燃料电池造成的寿命以及燃料的浪费；
3.通过对***内各个燃料电池已运行时间，各个燃料电池运行情况，各个燃料电池内部零部件使用情况进行计算，提高***整体寿命，保证***运行的可靠性，提示车主何时应对燃料电池***进行保养、维修；
4.通过学***时用车情况对燃料电池进行预启动，保证驾驶员进入汽车时燃料电池已处于工作状态，缩短驾驶员等待燃料电池启动的时间；
5.通过合理利用燃料电池工作余热为汽车车内人员提供热空气及冷空气，提高燃料利用效率。
附图说明
图1是本实用新型的***结构图；
图2是本实用新型的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
图1是本实用新型的***结构图。
包括燃料电池，用于将燃料的化学能转化为电能；DCDC用于将燃料电池输出的电压转化为负载所需的电压，并控制燃料电池的输出功率；二次电池为锂离子电池，锂电池用于向负载供电，以及被接有DCDC的燃料电池充电；电能控制模块用于控制燃料电池、DCDC、锂电池的工作，并通过通讯模块与汽车通讯；通讯模块用于电能控制模块与汽车之间交换数据；空气过滤负责将要进入燃料电池的空气进行过滤；空气供给模块将过滤后的空气送入燃料电池；甲醇箱用于储存甲醇；甲醇过滤负责将甲醇中的杂质过滤掉；甲醇供给模块负责将过滤后的甲醇与水按一定比例混合后送入燃料电池。
水热管理负责处理燃料电池排出的尾气以及余热；水回收部分将部分尾气冷却过滤后送入甲醇供给模块；废气排出负责将多余的废气通过管路排出；暖气利用燃料电池运行多余的余热为车内乘客提供热空气；吸收式制冷利用燃料电池运行多余的余热为车内乘客提供冷空气；散热器用于将燃料电池多余的热量散发到空气中；高压DCDC将燃料电池与锂电池的输出电压转换为高压负载所需要得电压；电机驱动为电机提供电源；低压DCDC将燃料电池与锂电池的输出电压转换为低压负载所需要得电压。本实用新型使用了电能控制模块及相应算法，通过地理信息及用户习惯、锂电池容量、各燃料电池使用时间等合理分配燃料电池的运行，以提高燃料电池的寿命与能源利用效率、缩短燃料电池启动时间。
针对所述甲醇燃料电池运行温度高的特点，提出利用燃料电池运行的余热向车内提供热空气或者利用吸收式制冷方式向车内提供冷空气，进一步提高燃料利用效率。
实施例：
***包括燃料电池(10kW高温甲醇燃料电池)***n个，用于将燃料的化学能转化为电能；与燃料电池一一对应的n个DCDC用于将燃料电池输出的电压(100～150V)转化为负载所需的电压(300～380V)，并控制燃料电池的输出功率；1组锂电池用于向负载供电，以及被接有DCDC的燃料电池充电；电能控制模块用于采集数据形成燃料电池控制策略以n个控制燃料电池、n个DCDC、锂电池的工作，并通过通讯模块与汽车通讯；通讯模块用于电能控制模块与汽车之间交换数据；空气过滤负责将要进入燃料电池的空气进行过滤；空气供给模块将过滤后的空气送入燃料电池；甲醇箱(60L)用于储存甲醇；甲醇过滤负责将甲醇中的杂质过滤掉；甲醇供给模块负责将过滤后的甲醇与水按一定比例混合后送入燃料电池；水热管理负责处理燃料电池排出的尾气以及余热；水回收部分将部分尾气冷却过滤后送入甲醇供给模块；废气排出负责将多余的废气通过管路排出；暖气利用燃料电池运行多余的余热为车内乘客提供热空气；吸收式制冷利用燃料电池运行多余的余热为车内乘客提供冷空气；散热器用于将燃料电池多余的热量散发到空气中；高压DCDC将燃料电池与锂电池的输出电压转换为高压负载所需要得电压；电机驱动为电机提供电源；低压DCDC将燃料电池与锂电池的输出电压转换为低压负载所需要得电压。
如图2所示为本实用新型的方法流程图。
包括以下步骤：
步骤1：电能控制模块获取车辆位置信息、车辆导航信息等车辆信息。
步骤2：电能控制模块获取汽车负载功率信息。
步骤3：电能控制模块获取锂电池容量、工作情况信息。
步骤4：电能控制模块根据以上信息合并电能控制模块中已有的以前驾驶员车辆使用习惯信息，进行大数据学习。
步骤5：电能控制模块根据车辆位置是否处于高速路、当前道路通行状况、驾驶员目的地、道路限速情况等判断车辆是否需要长时间高速行驶，即长时间大功率运行。是则将燃料电池组目标功率设置为大功率输出，否则进入步骤6。
步骤6：电能控制模块根据锂电池容量、电池电压、使用时间、锂电池性能衰减等情况确定车辆锂电池剩余电量是否较多。是则将燃料电池组目标功率设置为小功率输出，否则设置为大功率输出。
步骤7：电能控制模块获取各个燃料电池已使用时间、健康状态等信息。
步骤8：电能控制模块依次判断燃料电池健康状态是否良好，是则进入步骤 9，否则将该燃料电池标记为避免使用的燃料电池，并提示驾驶员该燃料电池需要保养、维修。
步骤9：电能控制模块依次判断燃料电池使用时间长短，将使用时间短的燃料电池标记为优先使用，将使用时间较长的标记为次优先使用。
步骤10：电能控制模块开启优先使用的燃料电池。
步骤11：电能控制模块根据已开启的燃料电池的功率之和判断是否满足需求功率，若满足则进入步骤14，若不满足则进入步骤12。
步骤12：电能控制模块开启次优先使用的燃料电池。
步骤13：电能控制模块根据已开启的燃料电池的功率之和判断是否满足需求功率，若满足则进入步骤14，若不满足则开启避免使用的燃料电池。
步骤14：电能控制模块实时调节燃料电池的工作状态、DCDC输出功率。
步骤15：电能控制模块实时调节各个燃料电池空气、甲醇供给、水热管理，返回至步骤1。

Claims (6)

1.一种车载甲醇燃料电池管理***，其特征在于：包括
燃料电池，连接DC-DC，用于将燃料的化学能转化为电能，输送至DC-DC；
DC-DC，连接负载，用于将燃料电池输出的电压转化为负载所需的电压，输送至负载；DC-DC连接二次电池，为二次电池充电；
二次电池，连接负载，用于为负载供电，同时当汽车能量回收时，吸收回收的电能；
电能控制模块，连接二次电池、燃料电池和DC-DC，用于控制其工作；电能控制模块连接通讯模块，通过通讯模块与汽车终端通信；
空气供给装置，连接燃料电池，将空气送入燃料电池；
甲醇供给装置，连接燃料电池，将甲醇与水按比例混合后送入燃料电池。
2.根据权利要求1所述的车载甲醇燃料电池管理***，其特征在于：所述负载包括高压负载、低压负载和电机；其中
高压负载，通过高压DC-DC将燃料电池和二次电池的输出电压转换为高压负载所需电压；
低压负载，通过低压DC-DC将燃料电池和二次电池的输出电压转换为低压负载所需电压；
电机，通过电机驱动器提供驱动电压，当汽车能量回收时，将机械能转化为电能，通过电机驱动为二次电池充电。
3.根据权利要求1或2所述的车载甲醇燃料电池管理***，其特征在于：所述二次电池为锂离子二次电池、锂聚合物电池、镍氢电池、镍镉电池、铅蓄电池中的一种。
4.根据权利要求1所述的车载甲醇燃料电池管理***，其特征在于：所述空气供给装置包括
空气过滤器，将要进入燃料电池的空气进行过滤；
空气供给模块，将过滤后的空气送入燃料电池；
所述甲醇供给装置包括
甲醇箱，用于储存甲醇；
甲醇过滤器，用于过滤甲醇中的杂质；
甲醇供给模块，用于将过滤后的甲醇与水按比例混合后送入燃料电池。
5.根据权利要求1所述的车载甲醇燃料电池管理***，其特征在于：还包括水热管理***，用于处理燃料电池排出的尾气和余热，包括
水回收装置，用于将部分尾气冷却过滤后送入甲醇供给模块；
废气排出装置，用于将多余的废气通过管路排出；
暖气回收装置，用于利用燃料电池的余热为车内提供热空气；
吸收式制冷装置，用于利用燃料电池的余热为车内提供冷空气；
散热器，用于将燃料电池多余的热量散发到空气中。
6.根据权利要求1、2、4或5任一项所述的车载甲醇燃料电池管理***，其特征在于：所述燃料电池包括若干组，且每组燃料电池对应一组DC-DC。
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