一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器，该制动能量捕捉器通过高压直流总线连接到整车的高压直流母线上，在车辆制动过程中，制动能量捕捉器能够择机利用高压直流母线上多余的制动回馈电能来为加热室中的加热元件提供电能，加热元件用来加热暖风供热管路中的循环水。通过本实用新型专利技术提出的“控制电流限制电压”，在保证锂离子动力电池不过充的前提下，通过有效回收利用整车的制动能量来为暖风加热装置供能，从而提高了整车的能效和燃料经济性，减少了氢燃料电池汽车的氢气消耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器


[0001]本技术属于汽车
，涉及氢燃料电池汽车空调暖通，具体涉及一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器。

技术介绍

[0002]氢燃料电池汽车因具有零排放、能量转换效率高、能量来源广泛、加氢速度快和低温适应好等优点，近年来在国内外日益受到重视，我国更把发展氢燃料电池汽车作为新能源汽车示范应用和推广的重要领域。尤其在北方高寒地区的冬季，氢燃料电池汽车比装用锂离子动力电池的纯电动汽车具有更好的环境适应性，自2018年6月起，在我国北方京津冀地区陆续有几百辆氢燃料电池公交车和商用车投入大规模商业化示范运营。
[0003]目前在京津冀地区示范运行的氢燃料电池汽车都采用氢
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电混合驱动的方式，即除了燃料电池系统外，整车还装备有一定电量的锂离子动力电池，这不仅有利于减小整车装备的燃料电池系统的功率，从而降低整车成本，而且也为通过制动能量回收来提高整车能效提供了可能。在冬季低温环境下，这些氢燃料电池汽车乘客舱的采暖主要采用电采暖方式，通常采暖所需电能主要靠燃料电池系统发电或锂离子动力电池来提供，这常常会导致燃料电池汽车的百公里氢气消耗显著增加。同时较低的气温往往导致锂离子动力电池的工作温度也偏低，引起锂离子动力电池的最大允许充电功率的下降，使得通过制动能量回收来提高整车能效的效果大打折扣。一方面整车由于使用电采暖而消耗大量的电能，另一方面制动能量回收又因锂离子动力电池充电能力下降而受到限制，上述因素叠加在一起，使得改善在北方地区冬季运行的氢燃料电池汽车的能效变得非常困难，而采用制动能量捕捉器是解决上述问题的一个有效途径。
[0004]对常规的氢燃料电池电动汽车来说，在制动能量回收时，其驱动电机的制动回馈发电功率主要取决于锂离子动力电池的最大允许充电功率，当锂离子动力电池因低温导致最大允许充电功率下降时，驱动电机的制动回馈发电功率也随之下降，以防止锂离子动力电池过充，从而导致制动能量回收的效果变差。而在采用制动能量捕捉器后，在制动过程中，就可以使驱动电机在制动回馈发电时发出更大的电功率，这些电功率除了被锂离子动力电池和高压附件吸收一部分外，剩余的电功率可以用来加热暖风供热管路中的循环水，这就在一定程度上避免了电采暖直接消耗燃料电池或锂离子动力电池的电能，从而提高了整车的能效，降低了整车的氢气消耗量。
[0005]但采用制动能量捕捉器的一个难点是如何避免锂离子动力电池过充的问题，在冬季低温条件下，锂离子动力电池过充不仅会影响电池的寿命，还容易导致电芯内部产生锂枝晶，引发电芯内部短路和热失控，严重的会导致氢燃料电池汽车发生火灾事故和人身财产损失。
[0006]综上，如何提供一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器，在确保锂离子动力电池不过充的前提下尽可能多的利用制动能量回收来改善乘客舱的供暖效果并提高整车的能效，已经成为亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本技术的目的在于针对上述问题，提供一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器，包括控制器2、加热室3和加热驱动器6，其特征在于，
[0008]所述控制器2的外部和内部均设有信号；
[0009]所述加热室3串联在暖风供热管路上；
[0010]所述加热驱动器6通过高压直流总线连接到高压直流母线14上。
[0011]优选的，所述控制器2的外部模拟输入信号有24VDC供电、除霜开关、暖风开关以及制动开关。
[0012]优选的，所述控制器2的内部输入输出信号有加热室温度传感器4的信号，加热驱动器温度传感器11的信号，加热驱动器电流传感器9的信号I
c
，加热驱动器电压传感器10的信号V
c
，以及加热驱动器电力电子开关7的栅极控制信号G。
[0013]优选的，所述高压直流母线14上还连接有燃料电池DC
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DC变换器17、锂离子动力电池16、高压附件控制器15和电机控制器13。
[0014]优选的，所述控制器2通过CAN总线或其它通讯总线与燃料电池系统控制器18、燃料电池DC
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DC变换器17、锂离子动力电池16的管理系统、高压附件控制器15、电机控制器13、整车控制器19和空调控制器20连接。
[0015]优选的，所述加热室3的内部设有高压加热元件5，用于加热供热管路中的循环水。
[0016]优选的，所述加热驱动器6内部设有滤波平滑电容8，用于消除高压直流总线上的毛刺信号。
[0017]与现有技术相比，本技术具备以下有益效果：
[0018]1)本技术的捕捉器，其控制器按照本技术提出的控制算法，分析计算得到制动回馈需求功率、制动能量捕捉器加热功率、高压直流母线控制电压和制动能量捕捉器加热电流等控制变量，再通过本技术提出的“控制电流限制电压”控制方法，在保证锂离子动力电池不过充的前提下，通过有效回收利用整车的制动能量来为暖风加热装置供能，从而提高了整车的能效和燃料经济性，减少了氢燃料电池汽车的氢气消耗；
[0019]2)本技术突破了传统氢燃料电池汽车根据锂离子动力电池最大允许充电功率来确定制动回馈功率的限制，在确保锂离子动力电池不过充的前提下，能够在制动过程中使整车产生更大的制动回馈功率，并利用多余的制动回馈功率来为电热暖风系统供能，该方法尤其适合于在北方寒冷地区运行的各类氢燃料电池汽车，对改善和提高氢燃料电池汽车的燃料经济性和乘坐舒适性具有重要的工程实际应用价值。
[0020]3)本技术提出了利用内置温度传感器信号来对制动能量捕捉器的工作过程进行安全保护的方法，确保了制动能量捕捉器的安全工作；
[0021]4)本技术提出了一种根据锂离子动力电池最大允许充电功率、燃料电池怠速功率、高压附件功率、暖风加热需求功率和整车最大允许制动回馈功率来确定制动能量捕捉器捕捉加热功率大小的方法；
[0022]5)本技术提出了一种基于锂离子动力电池最大允许充电功率、开路电压、充放电内阻和捕捉加热功率来确定高压直流母线控制电压和制动能量捕捉器工作电流的方法。
附图说明
[0023]图1为本技术的一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器的控制方法原理图。
[0024]图中附图标记为：
[0025]1‑
制动能量捕捉器，2
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控制器，3
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加热室，4
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加热室温度传感器，5
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高压加热元件，6
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加热驱动器，7
‑
加热驱动器电力电子开关，8
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滤波平滑电容，9
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加热驱动器电流传感器，10
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加热驱动器电压传感器，11
‑
加热驱动器温度传感器，12
‑
驱动电机，13
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电机控制器，14
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高压直流母线，15
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器，包括控制器(2)、加热室(3)和加热驱动器(6)，其特征在于，所述控制器(2)的外部和内部均设有信号；所述加热室(3)串联在暖风供热管路上；所述加热驱动器(6)通过高压直流总线连接到高压直流母线(14)上。2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器，其特征在于，所述控制器(2)的外部模拟输入信号有24VDC供电、除霜开关、暖风开关以及制动开关。3.根据权利要求1或2所述的一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器，其特征在于，所述控制器(2)的内部输入输出信号有加热室温度传感器(4)的信号，加热驱动器温度传感器(11)的信号，加热驱动器电流传感器(9)的信号I
c
，加热驱动器电压传感器(10)的信号V
c
，以及加热驱动器电力电子开关(7)的栅极控制信号G。4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇斌，刘亚辉，季学武，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：