[发明专利]一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器及其控制方法，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。通过本发明提出的“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。

技术领域

本发明属于汽车技术领域，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及其控制方法。

背景技术

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。

目前在京津冀地区示范运行的氢燃料电池汽车都采用氢-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。

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。

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。

综上，如何提供一种氢燃料电池汽车用制动能量捕捉器的控制方法，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。

发明内容