[发明专利]一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统及控制方法

权利要求书

1.一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，其特征在于，包括燃料电池电堆及控制单元、氢气储存及管路单元、锂电池组及电池管理单元、后备锂电池组单元、车辆控制器和操作及显示单元；

所述燃料电池电堆及控制单元包括燃料电池、燃料电池控制器和燃料电池管理器，所述氢气储存及管路单元连接至燃料电池的氢气入口，所述燃料电池的供电端通过燃料电池管理器连接至车辆动力装置，所述后备锂电池组单元的供电端通过燃料电池控制器连接至燃料电池，所述燃料电池控制器与车辆控制器信号连接；

所述氢气储存及管路单元将高压氢气调节为燃料电池所需压力供给燃料电池；

所述锂电池组及电池管理单元包括动力锂电池组及其配套的动力锂电池管理器，动力锂电池组通过动力锂电池管理器连接至车辆动力装置，动力锂电池组用于提供在车辆运行中燃料电池响应不及的突变功率；动力锂电池管理器检测动力锂电池状态信息并将检测的信息传达给车辆控制器；

所述后备锂电池组单元包括后备锂电池及其配套的后备电池管理器，所述后备锂电池管理器分别连接燃料电池和后备锂电池，且所述后备锂电池连接至燃料电池控制器，所述后备锂电池管理器与车辆控制器信号连接；在动力锂电池组无法正常工作时，后备锂电池为燃料电池控制器提供电能维持燃料电池控制器驱动燃料电池的需求功率；同时由后备锂电池吸收燃料电池的多余能量；

所述车辆控制器接收车辆控制器、动力锂电池管理器和后备电池管理器传递的数据信息，并通过能量管理算法控制燃料电池输出功率；

所述操作及显示单元包括操作设备、车辆控制器和显示器，所述操作设备将操作信号送入车辆控制器，车辆控制器控制车辆运行，由显示器显示参数。

2.根据权利要求1所述的一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，其特征在于，使用后备锂电池组单元在动力锂电池组无法正常工作时，通过车辆控制器控制后备电池管理器由后备锂电池提供燃料电池运行所需电能。

3.根据权利要求2所述的一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，其特征在于，在燃料电池混合动力控制阶段，当系统出现短暂停机后又再次启动过程中，由燃料电池管理器控制燃料电池向后备锂电池以低输出功率运行。

4.根据权利要求3所述的一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，其特征在于，在非常规环境条件下，后备锂电池组单元为燃料电池提供启动所需功率，以改善环境条件的限制；所述非常规环境包括低温环境，在低温下通过后备锂电池组单元供电驱动加热器将环境温度提升至燃料电池启动温度。

5.根据权利要求1所述的一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，其特征在于，所述氢气储存及管路单元包括高压氢气储气罐和氢气管路，所述高压氢气储气罐通过氢气管路连通燃料电池氢气入口。

6.根据权利要求1所述的一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，其特征在于，所述动力锂电池管理器检测动力锂电池状态信息包括荷电状态信息、单片电压和故障信息，并将检测的信息传达给车辆控制器。

7.根据权利要求1所述的一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，其特征在于，所述操作设备将操作信号包括油门踏板和档位信号送入车辆控制器，所述车辆控制器控制车辆运行；由显示器显示参数包括显示电池剩余电量、剩余氢气压力、运行状态和故障状态。

8.一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：

S100，由车辆控制器检测车辆状态，由车辆控制器监测燃料电池、动力锂电池组及后备锂电池组单元的状态信息，获取检测数据；

S200，根据检测数据，判断混合动力系统的工作状态；

S300，根据所述工作状态，通过车辆控制器执行相应的能量管理策略控制燃料电池、动力锂电池组以及后备锂电池组单元的工况；在动力锂电池组无法正常工作时，通过车辆控制器控制后备电池管理器由后备锂电池提供燃料电池运行所需电能；同时由后备锂电池吸收燃料电池的多余能量。

9.根据权利要求8所述的一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统的控制方法，其特征在于，所述能量管理策略的工作状态包括五个工作状态：

状态一，纯锂电池工作状态：当车辆控制器接受车辆档位信息为纯电动档时进入此工作状态；当燃料电池控制器检测氢气储量不足或短时间使用时启动该此工作状态；

在纯锂电池工作状态下，不启动燃料电池，由动力锂电池组直接向车辆进行供电，当动力锂电池组剩余电量不足时向车辆控制器发出警报并显示；

状态二，锂电池-燃料电池混合动力工作状态：当车辆控制器接受车辆档位信息为混合动力档且动力锂电池组工作正常时进入此状态，此状态为车辆常态运行状态；

在混合动力工作状态中，燃料电池与动力锂电池组共同向车辆进行供电，燃料电池依据功率跟随运行在电机平均附近且缓慢变化，提供主要平均功率，动力锂电池组提供车辆功率剧变时的动态响应功率及回收制动时的回馈能量；由动力锂电池为燃料电池控制器进行供电，判断若后备锂电池电量低于设定值，车辆控制器开启后备电池管理器对后备锂电池进行充电；

状态三，纯燃料电池应急工作状态：当动力锂电池组电量不足或出现故障无法正常启动时，车辆控制器发出报警，进入燃料电池应急工作状态；

在燃料电池应急工作状态下，后备锂电池向燃料电池控制器进行供电，燃料电池正常启动后直接向车辆进行供电；

状态四，制动能量回收工作状态：在混合动力工作状态及纯电动工作状态下，当车辆减速时，车辆回馈制动能量；

在纯电动工作状态下，回馈的制动能量直接向动力锂电池进行充电，由动力锂电池管理器监控回馈电压电流并在异常时对动力锂电池进行保护；在混合动力工作状态下，燃料电池平缓将至最小输出功率，动力锂电池吸收燃料电池输出电流及车辆回馈制动电流；

状态五，低功率待机工作状态：当车辆控制器接受车辆档位信息为停止档时进入该状态，车辆暂时停止待机等待再次启动或关机；

当进入低功率待机状态时，动力锂电池组及车辆动力装置停止工作，车辆停止运行，燃料电池以最小功率运行，后备锂电池单元吸收燃料电池输出功率，并持续一段预设时间；在此时间段内，若车辆控制器接受档位信息为混合动力档启动后，开启动力锂电池组及车辆动力装置，停止对后备锂电池组单元进行充电并将燃料电池投入系统中；若在设定时间中没有接受再次启动信号，则关闭燃料电池，系统完全停机。