重型商用车的双燃料电池系统及控制方法与流程

本发明涉及燃料电池整车，具体地涉及重型商用车的双燃料电池系统及控制方法。

背景技术：

1、采用了燃料电池的重型商用车为满足续驶里程和高速运行工况需求，必须采用大功率的燃料电池系统。

2、但是，受目前燃料电池技术发展的限制，大功率，即额定功率＞150kw，的燃料电池系统技术还不成熟，故需要采用多燃料电池系统的方案。

3、现有技术的的多燃料电池系统方案，为了简化系统控制，采用独立的布置和控制方案。对于燃料电池系统，功率输出单独控制，分别采用2套独立的散热系统、进排气系统以及供氢系统等。

4、现有技术的缺陷在于：

5、1.由于现有技术采用了双散热器方案，从而造成整车集成度低，整车布局设计难度大、占用空间大；

6、2.由于现有技术的双散热器方案的双散热器管路设计更加复杂，从而进一步增加了整车的设计难度，同时也增加了后续的维护难度和成本；

7、3.由于现有技术的燃料电池系统独立控制和工作，而双系统由于天然的缺陷，其一致性差，从而影响双燃料电池系统整体的性能，且不能充分发挥双系统的最优特性。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提供重型商用车的双燃料电池系统及控制方法，其目的在于对双燃料电池系统进行实时功率分配；使一套散热系统同时满足2套燃料电池系统的散热需求；极大减少整车布置空间要求；简化了散热管路设计难度。

2、为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

3、如图1所示，一种重型商用车的双燃料电池系统，包含散热器总成、散热风扇控制器、整车控制器、第一fcu、第一燃料电池系统、第二燃料电池系统、第二fcu、电子三通阀；其中：

4、所述散热器总成包含水泵、散热风扇、冷却管路、冷却液；所述散热器总成的冷却液出口与所述电子三通阀的冷却液入口连通；

5、所述散热风扇控制器用于控制所述散热风扇的风扇转速，与所述散热风扇电信号耦接；

6、所述电子三通阀的一个冷却液出口与所述第一燃料电池系统的冷却液入口连通，另一个冷却液出口与所述第二燃料电池系统的冷却液入口连通；

7、所述第一fcu分别与所述整车控制器、所述第二fcu电信号耦接；

8、所述第一燃料电池系统的冷却液出口与所述散热器总成的冷却液入口连通；

9、所述第二燃料电池系统的冷却液出口与所述散热器总成的冷却液入口连通。

10、优选地，所述散热风扇控制器还与所述第一fcu电信号耦接；

11、所述电子三通阀还与所述第一fcu电信号耦接。

12、优选地，所述第一燃料电池系统的冷却液出口和所述第二燃料电池系统的冷却液出口通过一个三通，同时与所述散热器总成的冷却液入口连通，形成冷却液回路。

13、一种利用了所述的重型商用车的双燃料电池系统的重型商用车的双燃料电池控制方法，包含以下步骤：

14、s100.整车上电，经初始化流程后，以怠速状态运行；

15、s200.同时执行sa300和sb300；

16、sa300.执行燃料电池功率管理子流程；

17、sb300.执行燃料电池温度管理子流程。

18、优选地，s100具体包含以下步骤：

19、s110.实时监测整车是否上电；然后根据监测结果，做出如下操作：

20、如果监测结果为整车未通过钥匙上电，则回到并再次执行s110；

21、如果监测结果为整车已通过钥匙上电，则执行s120；

22、s120.获取当前整车状态；然后由所述整车控制器判断所述当前整车状态是否符合人工预设的燃料电池起动条件；然后根据判断结果，做出如下操作：

23、如果判断结果为所述当前整车状态不符合所述燃料电池起动条件，则回到并再次执行s120；

24、如果判断结果为所述当前整车状态符合所述燃料电池起动条件，则执行s130；

25、s130.由所述整车控制器向所述第一fcu发出燃料电池起动指令；

26、s140.所述第一fcu收到所述燃料电池起动指令后，同时转发给所述第一燃料电池系统和所述第二fcu；所述第二fcu收到所述燃料电池起动指令后，转发给所述第二燃料电池系统；

27、s150.所述第一燃料电池系统、所述第二燃料电池系统收到所述燃料电池起动指令后，各自起动；

28、s160.所述第一燃料电池系统、所述第二燃料电池系统以怠速状态运行。

29、优选地，s120中所述当前整车状态具体包含整车低压上电状态、整车高压上电状态、整车故障状态、整车运行状态；

30、s120中所述燃料电池起动条件具体包含燃料电池系统故障状态、氢气供给状态、动力电池soc状态、电堆散热系统状态；其中：所述动力电池soc状态包含动力电池soc值；所述电堆散热系统状态包含冷却液液位正常标志位、通讯正常标志位；

31、s120中判断所述当前整车状态是否符合所述燃料电池起动条件，具体包含以下步骤：

32、s121.根据所述整车低压上电状态、所述整车高压上电状态，判断整车是否为高压上电；然后根据判断结果，做出如下操作：

33、如果判断结果为整车不为高压上电，则判定s120的判断结果为不符合所述燃料电池起动条件；

34、如果判断结果为整车为高压上电，则执行s122；

35、s122.根据所述整车故障状态，判断整车是否具有严重故障；然后根据判断结果，做出如下操作：

36、如果判断结果为整车具有严重故障，则判定s120的判断结果为不符合所述燃料电池起动条件；

37、如果判断结果为整车不具有严重故障，则执行s123；

38、s123.读取所述动力电池soc状态中的所述动力电池soc值；然后将所述动力电池soc值与人工预设的允许燃料电池工作区间进行比较；然后根据比较结果，做出如下操作：

39、如果比较结果为所述动力电池soc值未落在所述允许燃料电池工作区间之中，则判定s120的判断结果为不符合所述燃料电池起动条件；

40、如果比较结果为所述动力电池soc值落在所述允许燃料电池工作区间之中，则执行s124；

41、s124.所述第一fcu实时监测供氢系统发送的故障状态信息，然后根据所述供氢系统的故障状态信息，做出如下操作：

42、如果所述供氢系统的故障状态信息为供氢系统故障，则判定s120的判断结果为不符合所述燃料电池起动条件；

43、如果所述供氢系统的故障状态信息为供氢系统无故障，则执行s125；

44、s125.所述第一fcu实时监测所述散热风扇控制器发送的故障状态信息，然后根据所述散热风扇控制器的故障状态信息，做出如下操作：

45、如果所述散热风扇控制器的故障状态信息为散热系统故障，则判定s120的判断结果为不符合所述燃料电池起动条件；

46、如果所述散热风扇控制器的故障状态信息为散热系统无故障，则执行s126；

47、s126.所述第一fcu实时监测所述第二fcu发送的故障状态信息，然后根据所述第二fcu的故障状态信息，做出如下操作：

48、如果所述第二fcu的故障状态信息为第二燃料系统故障，则判定s120的判断结果为不符合所述燃料电池起动条件；

49、如果所述第二fcu的故障状态信息为第二燃料系统无故障，则执行s127；

50、s127.所述第一fcu对所述第一燃料电池系统进行检查，然后根据检查结果做出如下操作：

51、如果所述第一fcu对所述第一燃料电池系统的检查结果为第一燃料系统故障，则判定s120的判断结果为不符合所述燃料电池起动条件；

52、如果所述第一fcu对所述第一燃料电池系统的检查结果为第一燃料系统无故障，则判定s120的判断结果为符合所述燃料电池起动条件。

53、优选地，所述燃料电池功率管理子流程具体包含以下步骤：

54、sa310.实时获取单个燃料电池系统额定功率、整车需求功率；

55、sa320.比较所述单个燃料电池系统额定功率、所述整车需求功率之间的关系；然后根据比较结果，做出如下操作：

56、如果所述单个燃料电池系统额定功率、所述整车需求功率之间的关系为0＜pd≤pe，则执行sa330；其中：pe为所述单个燃料电池系统额定功率，为固定值；pd为所述整车需求功率，为根据整车系统需求实时调整的变化值；

57、如果所述单个燃料电池系统额定功率、所述整车需求功率之间的关系为pe＜pd≤1.5pe，则执行sa340；

58、如果所述单个燃料电池系统额定功率、所述整车需求功率之间的关系为1.5pe＜pd≤2pe，则执行sa350；

59、sa330.所述第一燃料电池系统与所述第二燃料电池系统同时运行，且所述第一燃料电池系统的运行功率设为所述整车需求功率的一半，表示为且所述第二燃料电池系统的运行功率设为所述整车需求功率的一半，表示为然后执行sa360；

60、sa340.所述第一燃料电池系统与所述第二燃料电池系统同时运行，且所述第一燃料电池系统的运行功率固定设为所述单个燃料电池系统额定功率的一半，表示为且所述第二燃料电池系统以变载模式运行；在所述变载模式下，所述第二燃料电池系统的运行功率按下式表达：

61、

62、其中：p2为在所述变载模式下，所述第二燃料电池系统的运行功率；

63、然后执行sa360；

64、sa350.所述第一燃料电池系统与所述第二燃料电池系统同时运行，且所述第二燃料电池系统的运行功率固定设为所述单个燃料电池系统额定功率，且所述第一燃料电池系统以变载模式运行；在所述变载模式下，所述第一燃料电池系统的运行功率按下式表达：

65、p1＝pd-pe

66、其中：p1为在所述变载模式下，所述第一燃料电池系统的运行功率；

67、然后执行sa360；

68、sa360.监测整车是否通电；然后根据监测结果，做出如下操作：

69、如果监测结果为整车依然通电，则回到并再次执行sa310；

70、如果监测结果为整车已经断电，则结束本次双燃料电池控制方法的全部流程。

71、优选地，所述燃料电池温度管理子流程具体包含以下步骤：

72、sb310.实时获取当前所述第一燃料电池系统的运行功率、当前所述第二燃料电池系统的运行功率；

73、sb320.比较当前所述第一燃料电池系统的运行功率与当前所述第二燃料电池系统的运行功率之间的大小关系；然后根据比较结果，做出如下操作：

74、如果比较结果为当前所述第一燃料电池系统的运行功率等于当前所述第二燃料电池系统的运行功率相同，则执行sb330；

75、如果比较结果为当前所述第一燃料电池系统的运行功率大于当前所述第二燃料电池系统的运行功率不相同，则执行sb340；

76、如果比较结果为当前所述第一燃料电池系统的运行功率小于当前所述第二燃料电池系统的运行功率不相同，则执行sb350；

77、sb330.由所述第一fcu控制所述电子三通阀居中，使所述第一燃料电池系统和所述第二燃料电池系统获得的散热功率一致；

78、sb340.执行第一燃料电池系统散热优先策略；

79、sb350.执行第二燃料电池系统散热优先策略；

80、sb360.监测整车是否通电；然后根据监测结果，做出如下操作：

81、如果监测结果为整车依然通电，则回到并再次执行sb310；

82、如果监测结果为整车已经断电，则结束本次双燃料电池控制方法的全部流程。

83、优选地，sb340中所述第一燃料电池系统散热优先策略具体包含以下步骤：

84、sb341.所述第一fcu计算得到所述第一燃料电池系统的散热风扇需求转速；

85、sb342.所述第一fcu将所述第一燃料电池系统的散热风扇需求转速发送给所述散热风扇控制器；

86、sb343.所述散热风扇控制器按照获得的所述第一燃料电池系统的散热风扇需求转速执行当前散热风扇转速；

87、sb344.所述第一fcu调整所述电子三通阀的开度，直至所述冷却液的流量分配同时满足所述第一燃料电池系统、所述第二燃料电池系统的散热需求；

88、sb350中所述第二燃料电池系统散热优先策略具体包含以下步骤：

89、sb351.由所述第一fcu向所述第二fcu发起询问；所述第二fcu计算得到所述第二燃料电池系统的散热风扇需求转速；然后将所述第二燃料电池系统的散热风扇需求转速发送给所述第一fcu；

90、sb352.所述第一fcu将所述第二燃料电池系统的散热风扇需求转速发送给所述散热风扇控制器；

91、sb353.所述散热风扇控制器按照获得的所述第二燃料电池系统的散热风扇需求转速执行当前散热风扇转速；

92、sb354.所述第一fcu调整所述电子三通阀的开度，直至所述冷却液的流量分配同时满足所述第一燃料电池系统、所述第二燃料电池系统的散热需求。

93、优选地，所述电子三通阀的开度由所述第一fcu和所述第二fcu根据所述电子三通阀处的进水温度、当前散热风扇转速、所述第一燃料电池系统的功率输出状态、所述第二燃料电池系统的功率输出状态计算得到，并由所述第一fcu控制调整；

94、所述第一fcu根据所述电子三通阀的开度、所述第一燃料电池系统的散热需求，控制所述第一燃料电池系统内部水泵的水泵转速、节温器的节温器开度；

95、所述第二fcu根据所述电子三通阀的开度、所述第二燃料电池系统的散热需求，控制所述第二燃料电池系统内部水泵的水泵转速、节温器的节温器开度。

96、本发明与现有技术对比，具有以下优点：

97、1.由于本发明采用了现有技术未公开的根据需求功率以及燃料电池系统的状态的双燃料电池系统功率输出控制策略，从而实现了对双燃料电池系统进行实时功率分配；

98、2.由于本发明采用了现有技术未公开的根据需求功率以及燃料电池系统的状态的双燃料电池系统温度管理策略，从而实现了使一套散热系统同时满足2套燃料电池系统的散热需求；

99、3.由于本发明只用一套散热系统同时满足2套燃料电池系统的散热需求，从而极大减少了整车布置空间要求，且进一步简化了散热管路设计难度。

技术特征：

1.一种重型商用车的双燃料电池系统，其特征在于：包含散热器总成(1)、散热风扇控制器(2)、整车控制器(3)、第二燃料电池系统(4)、第二fcu(5)、第一fcu(6)、第一燃料电池系统(7)、电子三通阀(8)；其中：

2.根据权利要求1所述的重型商用车的双燃料电池系统，其特征在于：所述散热风扇控制器(2)还与所述第一fcu(6)电信号耦接；

3.根据权利要求2所述的重型商用车的双燃料电池系统，其特征在于：所述第一燃料电池系统(7)的冷却液出口和所述第二燃料电池系统(4)的冷却液出口通过一个三通，同时与所述散热器总成(1)的冷却液入口连通，形成冷却液回路。

4.一种利用了权利要求3所述的重型商用车的双燃料电池系统的重型商用车的双燃料电池控制方法，其特征在于：包含以下步骤：

5.根据权利要求4所述的重型商用车的双燃料电池控制方法，其特征在于：s100具体包含以下步骤：

6.根据权利要求5所述的重型商用车的双燃料电池控制方法，其特征在于：s120中所述当前整车状态具体包含整车低压上电状态、整车高压上电状态、整车故障状态、整车运行状态；

7.根据权利要求6所述的重型商用车的双燃料电池控制方法，其特征在于：所述燃料电池功率管理子流程具体包含以下步骤：

8.根据权利要求7所述的重型商用车的双燃料电池控制方法，其特征在于：所述燃料电池温度管理子流程具体包含以下步骤：

9.根据权利要求8所述的重型商用车的双燃料电池控制方法，其特征在于：sb340中所述第一燃料电池系统(7)散热优先策略具体包含以下步骤：

10.根据权利要求9所述的重型商用车的双燃料电池控制方法，其特征在于：所述电子三通阀(8)的开度由所述第一fcu(6)和所述第二fcu(5)根据所述电子三通阀(8)处的进水温度、当前散热风扇转速、所述第一燃料电池系统(7)的功率输出状态、所述第二燃料电池系统(4)的功率输出状态计算得到，并由所述第一fcu(6)控制调整；

技术总结
本发明涉及重型商用车的双燃料电池系统，包含散热器总成、散热风扇控制器、整车控制器、第一FCU、第一燃料电池系统、第二燃料电池系统、第二FCU、电子三通阀；本发明还涉及重型商用车的双燃料电池控制方法，包含步骤：整车上电，经初始化流程后，以怠速状态运行；同时执行燃料电池功率管理子流程和燃料电池温度管理子流程。本发明对双燃料电池系统进行实时功率分配；使一套散热系统同时满足2套燃料电池系统的散热需求；极大减少整车布置空间要求；简化了散热管路设计难度。

技术研发人员：王兵杰,邓光荣,叶云帆,吴汉军,邢俊逸
受保护的技术使用者：东风商用车有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23