一种氢燃料超锂混合动力系统的制作方法

1.本发明涉及新能源混合动力系统技术领域，尤其涉及一种氢燃料超锂混合动力系统。


背景技术：

2.新能源被越来越多的应用到各种动力系统中，如车辆和船舶。
3.新能源有多种储存形式，每种储存形式各有其优缺点。例如，当前应用广泛的锂电池储能系统，其能量密度高，但是其功率密度和温度性能稍差，充电时间长也是其一个缺点；又例如，近期被越来越重视的燃料电池系统，其能量密度高，但是其动态响应速度、寿命和成本是劣势；再例如，超级电容储能系统具有功率密度高、循环使用寿命长、温度性能好等优点，但是其能量密度相对较低。
4.由此可见，使用单一储能形式的动力系统无法克服储能形式自身引起的缺陷。因此，需要混合使用多种储能形式，发挥多种储能形式的优势，以此来提高动力系统的综合性能。
5.为此，本技术人经过有益的探索和研究，找到了解决上述问题的方法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于：针对现有的单一储能形式的动力系统存在的不足而提供一种提高综合性能的氢燃料超锂混合动力系统。
7.本发明所要解决的技术问题可以采用如下技术方案来实现：
8.一种氢燃料超锂混合动力系统，包括燃料电池系统、超级电容储能系统、锂电池储能系统、热管理系统、母线系统、电动机系统以及主控制器，所述燃料电池系统通过可控dc/dc转换模块与所述母线系统连接，所述超级电容储能系统一方面通过第一双向可控dc/dc转换模块连接至所述母线系统上，另一方面通过第二双向可控dc/dc转换模块与所述锂电池储能系统连接，热管理系统通过第一dc/dc转换模块连接至所述母线系统上，所述电动机系统的电流输入端连接至所述母线系统上，所述主控制器分别与所述燃料电池系统、超级电容储能系统、锂电池储能系统、热管理系统、电动机系统、可控 dc/dc转换模块、第一双向可控dc/dc转换模块和第二双向可控dc/dc转换模块连接，其用于根据所述电动机系统的运行状态对所述燃料电池系统、超级电容储能系统、锂电池储能系统和热管理系统的工作模式进行调度控制。
9.在本发明的一个优选实施例中，所述燃料电池系统包括燃料电池管理系统和燃料电池电堆，所述燃料电池管理系统一方面与所述燃料电池电堆连接，另一方面与所述主控制器连接，所述燃料电池电堆通过所述可控dc/dc转换模块连接至所述母线系统上。
10.在本发明的一个优选实施例中，所述超级电容储能系统包括超级电容管理系统和超级电容模组，所述超级电容管理系统一方面与所述超级电容模组连接，另一方面与所述
主控制器连接，所述超级电容模组一方面通过所述第一双向可控dc/dc转换模块连接至所述母线系统上，另一方面通过所述第二双向可控dc/dc转换模块与所述锂电池储能系统连接。
11.在本发明的一个优选实施例中，所述锂电池储能系统包括锂电池管理系统和锂电池模组，所述锂电池管理系统一方面与所述锂电池模组连接，另一方面与所述主控制器连接，所述锂电池模组通过所述第二双向可控dc/dc转换模块与所述超级电容储能系统连接。
12.在本发明的一个优选实施例中，所述电动机系统包括电动机、电动机驱动器和变流器，所述电动机驱动器用于驱动所述电动机进行动作，其电流输入端与所述变流器的电流输出端连接，其信号端与所述主控制器连接，所述变流器的电流输入端连接至所述母线系统上，其信号端与所述主控制器连接。
13.在本发明的一个优选实施例中，还包括低压蓄电池模块，所述低压蓄电池模组一方面分别与所述主控制器、燃料电池系统、超级电容储能系统、锂电池储能系统和热管理系统连接，另一方面通过第二dc/dc转换模块连接至母线系统上。
14.在本发明的一个优选实施例中，所述氢燃料超锂混合动力系统的能源控制策略如下：
15.当所述电动机系统处于平稳运行状态时，优先使用所述锂电池储能系统向所述母线系统输出能量，当所述锂电池储能系统不足时，使用所述燃料电池系统向所述母线系统输出能量；
16.当所述电动机系统处于加速状态且能量需求高于一定阈值时，所述主控制器调度所述超级电容储能系统向所述母线系统输出能量；
17.当所述电动机系统处于减速状态且能量回馈高于一定阈值时，优先使用所述超级电容储能系统吸收所述母线系统输出的能量，当所述超级电容储能系统充满后，使用所述锂电池储能系统吸收所述母线系统输出的能量；
18.当系统温度低于一定阈值时，优先使用所述超级电容储能系统为所述热管理系统提供能量，当系统温度高于一定阈值时，优先使用所述燃料电池系统为所述热管理系统提供能量。
19.由于采用了如上技术方案，本发明的有益效果在于：本发明充分发挥了氢燃料电池、锂电池储能系统和超级电容储能系统的优势，使得动力系统在续航能力、动态响应能力、使用寿命和综合成本方面均有改善，极大地提高了动力系统的综合性能。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明的氢燃料超锂混合动力系统的结构示意图。
具体实施方式
22.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结
合具体图示，进一步阐述本发明。
23.参见图1，图中给出的是一种氢燃料超锂混合动力系统，包括燃料电池系统100、超级电容储能系统200、锂电池储能系统300、热管理系统400、母线系统500、电动机系统600以及主控制器700。
24.燃料电池系统100通过可控dc/dc转换模块810与母线系统500连接。具体地，燃料电池系统100包括燃料电池管理系统(图中未示出)和燃料电池电堆(图中未示出)。燃料电池管理系统一方面与燃料电池电堆连接，用于对燃料电池电堆进行充放电管理，另一方面与主控制器700连接，用于接收主控器700下发的控制指令，并根据控制指令进行工作模式的切换。燃料电池电堆通过可控dc/dc转换模块810连接至母线系统400上，用于将其储存的能量释放输送至母线系统400上。在本实施例中，可控dc/dc转换模块810 实现直流电压的变换，并且具有can通信接口，可接受主控制器700下发的控制指令，实现工作模式的切换。
25.超级电容储能系统200一方面通过双向可控dc/dc转换模块820连接至母线系统500上，用于向母线系统500输送能量或者从母线系统500反馈的能量，另一方面通过双向可控dc/dc转换模块830与锂电池储能系统300连接，用于接收锂电池储能系统300释放的能量或者向锂电池储能系统300输送母线系统500反馈的能量。在本实施例中，双向可控dc/dc转换模块820、 830实现电压的变换，并且具有can通信接口，可以接受主控制器700下发的控制指令，实现工作模式的切换。
26.具体地，超级电容储能系统200包括超级电容管理系统(图中未示出) 和超级电容模组(图中未示出)。超级电容管理系统一方面与超级电容模组连接，用于对超级电容模组内的单体超级电容进行充放电管理，另一方面与主控制器700连接，用于接收主控制器700下发的控制指令，并根据控制指令进行工作状态的切换。超级电容模组一方面通过双向可控dc/dc转换模块820连接至母线系统500上，用于将其储存的能量释放输送至母线系统500 上或者获取母线系统500反馈的能量，另一方面通过双向可控dc/dc转换模块830与锂电池储能系统300连接，用于接收锂电池储能系统300释放输出的能量或者向锂电池储能系统300输送母线系统反馈的能量。在本实施例中，超级电容模组中的单体超级电容优选地采用锂离子超级电容。
27.锂电池储能系统300包括锂电池管理系统(图中未示出)和锂电池模组 (图中未示出)。锂电池管理系统一方面与锂电池模组连接，用于对锂电池模组内的单体锂电池进行充放电管理，另一方面与主控制器700连接，用于接收主控制器700下发的控制指令，并根据控制指令进行工作模式的切换。锂电池模组通过双向可控dc/dc转换模块830与超级电容储能系统200连接，用于接收超级电容储能系统200输送的由母线系统500反馈的能量或者向超级电容储能系统200输送能量。在本实施例中，锂电池模组中的单体锂电池优选地采用能量密度高的三元锂电池。
28.热管理系统400通过dc/dc转换模块840连接至母线系统500上，其用母线系统500上获取其所需的能量。热管理系统400根据所监测的温度，对整个系统进行制冷或加热处理。在本实施例中，dc/dc转换模块840实现电压的变换，并且具有can通信接口，可接受主控制器500下发的控制指令，实现工作模式的切换。
29.电动机系统600的电流输入端连接至母线系统500上，其从母线系统500 上获取电能或者将能量回馈至母线系统500上。具体地，电动机系统600包括电动机(图中未示出)、电
动机驱动器(图中未示出)和变流器(图中未示出)。电动机驱动器用于驱动电动机进行动作，其电流输入端与变流器的电流输出端连接，其信号端与主控制器700连接，变流器的电流输入端连接至母线系统500上，其信号端与主控制器700连接。在本实施例中，变流器可实现dc/ac的双向转换；电动机优选地采用交流电动机。
30.主控制器700分别与燃料电池系统100、超级电容储能系统200、热管理系统300、电动机系统600、可控dc/dc转换模块810、双向可控dc/dc转换模块820和双向可控dc/dc转换模块830连接，其用于根据电动机系统600 的运行状态对燃料电池系统100、超级电容储能系统200、锂电池储能系统300 和热管理系统400的工作模式进行调度控制。主控制器700负责整个系统的控制和调度，其主要由高性能cpu和通信接口构成，通信接口负责连接系统中的其他部件，实现数据交互。在本实施例中，通信接口优选地采用can通讯接口。
31.本发明的氢燃料超锂混合动力系统还包括低压蓄电池模块900，低压蓄电池模块900一方面分别与主控制器700、燃料电池系统100、超级电容储能系统200、锂电池储能系统300和热管理系统400连接，其受控于主控制器700，用于在应急情况下为燃料电池系统100、超级电容储能系统200、锂电池储能系统300和热管理系统400提供应急电源。低压蓄电池模块900另一方面通过dc/dc转换模块850连接至母线系统500上，当低压蓄电池模组900需要充电时，低压蓄电池模组900从母线系统500上获取能量进行充电。
32.本发明的氢燃料超锂混合动力系统的能源控制策略如下：
33.当电动机系统600处于平稳运行状态时，优先使用锂电池储能系统300 向母线系统500输出能量；当锂电池储能系统500不足时，使用燃料电池系统100向母线系统500输出能量。
34.当电动机系统600处于加速状态且能量需求高于一定阈值时，主控制器 700调度超级电容储能系统200向母线系统500输出能量。
35.当电动机系统600处于减速状态且能量回馈高于一定阈值时，优先使用超级电容储能系统200吸收母线系统500输出的能量；当超级电容储能系统 200充满后，使用锂电池储能系统300吸收母线系统500输出的能量。
36.当系统温度低于一定阈值时，优先使用超级电容储能系统200为热管理系统400提供能量；当系统温度高于一定阈值时，优先使用燃料电池系统100 为热管理系统400提供能量。
37.本发明充分发挥了氢燃料电池、锂电池储能系统和超级电容储能系统的优势，使得动力系统在续航能力、动态响应能力、使用寿命和综合成本方面均有改善，极大地提高了动力系统的综合性能，在实现能量回收的同时，有效地延长了锂电池的使用寿命。
38.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。