一种具有多功能制动电阻的燃料电池车辆的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种具有多功能制动电阻的燃料电池车辆。


背景技术：

2.燃料电池车辆由于相比燃油车辆清洁、无污染，且运行成本交底，越来越受到汽车行业的青睐。
3.在低温应用场景下，燃料电池车辆的动力电池性能会发生下降，充放电能力受温度限制，影响车辆的动力性能，冬季启动时间较长。同时，在长下坡的极限工况下，存在动力电池充满，制动力过小，车辆制动存在安全的问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，用以解决现有技术车辆冬季行驶时启动过慢以及长下坡时制动力过小的问题。
5.本发明实施例提供了一种具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，车辆上设有整车控制器、燃料电池发动机、动力电池、电源分配单元、制动电阻控制器、制动电阻、电机控制器、电机和整车附件；其中，
6.电源分配单元的端口一接燃料电池发动机，其端口二接动力电池，其端口三经制动电阻控制器接制动电阻，其端口四经电机控制器接电机，其端口五接整车附件；
7.制动电阻连接车辆驾驶室内的暖风装置、动力电池上的供暖装置；
8.整车控制器，用于识别冬季环境时，控制制动电阻发热，以供驾驶室取暖，同时加热动力电池；以及在车辆长下坡工况下，识别动力电池未充满时，启动内置的能量回收程序将车辆动能转化成电能存储至动力电池中，识别动力电池充满后，开启制动电阻并控制其功率，以为车辆提供额定的制动力。
9.上述技术方案的有益效果如下：在车辆的动力系统中，采用共用制动电阻方案，在冬季环境温度低时，采用制动电阻发热，给驾驶室采暖，同时加热动力电池。在车辆长下坡的工况下，尽可能采用能量回收模式，将动能回收存储在动力电池中，在动力电池充满的情况下，开启制动电阻并控制其功率，为车辆提供足够的制动力，以保证车辆的安全。
10.基于上述车辆的进一步改进，所述制动电阻包括刹车电阻。
11.进一步，所述刹车电阻设于燃料电池发动机的冷却液回路中；并且，
12.燃料电池发动机的冷却液回路上设有第一散热器、第一水泵、四通阀、换热器，并连通刹车电阻、车辆驾驶室内的暖风装置、动力电池上的供暖装置；其中，四通阀的端口一经第一散热器后流出的液体、四通阀的端口三经换热器的支路一后流出的液体、四通阀的端口二经车辆驾驶室内的暖风装置后流出的液体三者汇合成一路，再依次经第一水泵、刹车电阻流入四通阀的端口四；换热器的支路二连接动力电池。
13.进一步，燃料电池发动机的冷却液回路上还设有补水箱；并且，
14.该补水箱的输入端接第一散热器的输出端，其输出端接第一水泵的供水端，用于维持燃料电池发动机的冷却液回路内的液体始终处于设定量范围。
15.进一步，车辆上还设有水冷机组，且该水冷机组也连通燃料电池发动机的冷却液回路：并且，
16.水冷机组，用于为燃料电池发动机、电机、驾驶室制冷装置中的至少一个散热；
17.换热器的支路二输出端依次经水冷机组、动力电池接该换热器的支路二输入端。
18.进一步，所述水冷机组进一步包括机组壳体，以及设于机组壳体内集成的第二水泵、第二散热器、三通阀；其中，
19.机组壳体上设有液体进口、液体出口；该液体进口经第二水泵后一路接三通阀的输入端一，另一路经第二散热器接三通阀的输入端二；该液体出口接三通阀的输出端。
20.进一步，所述水冷机组内还集成了ptc加热器；其中，
21.机组壳体的液体进口经水泵后一路经ptc加热器接三通阀的输入端一，另一路经第二散热器接三通阀的输入端二；该液体出口接三通阀的输出端。
22.进一步，所述水冷机组用于为燃料电池发动机提供加热功能和散热功能，并且，整车控制器执行如下程序完成燃料电池在冬季环境下的冷启动及运行功能：
23.s1.获取环境温度t；
24.s2.识别是否满足环境温度t小于设定值t1且换热器的支路二输出端处液体温度t3小于设定值t2，如果是，执行下一步，否则控制燃料电池发动机正常启动；
25.s3.控制水冷机组内的ptc加热器启动，控制三通阀开启小循环模式，以对燃料电池发动机执行加热；
26.s4.控制燃料电池发动机进入自启动模式；
27.s5.在燃料电池发动机进入自启动模式的设定时间后，根据燃料电池发动机的输出功率p同步调整制动电阻控制器的占空比，以调整车辆驾驶室内的暖风装置、动力电池上的供暖装置的加热功率；
28.s6.获取车辆驾驶室内的暖风装置液体输入端处的液体温度t2、换热器的支路二输出端处液体温度t3；
29.s7.根据液体温度t2、t3控制四通阀进行不同回路流量的调节，以满足车辆驾驶室室温需求以及动力电池的温度需求；
30.s8.在调节过程中识别是否满足液体温度t3大于设定值t3，如果是，控制四通阀的端口三关闭以断开换热器所在支路，同步减小制动电阻的功率，直到燃料电池发动机关机，否则，再次执行步骤s5～s8；且t2＜t3；
31.s9.在执行步骤s8的同时同步执行步骤s9，即在调节过程中识别是否满足液体温度t2大于设定值t4，如果是，控制四通阀的端口二关闭以断开车辆驾驶室内的暖风装置所在支路，同步减小制动电阻的功率，使得液体温度t2维持在设定范围[t
4-d，t4+d]，直到燃料电池发动机关闭；且d≤2℃，t4为16～30℃。
[0032]
进一步，整车控制器还执行如下程序以完成车辆长下坡工况下的制动功能：
[0033]
s10.识别车辆是否处于制动模式且动力电池的soc大于动力电池的上限剩余电量soc1，如果是，执行下一步，否则控制车辆由馈电至动力电池模式切换至制动电阻消耗模式；
[0034]
s11.获取电机控制器的馈电功率p，根据该馈电功率p同步调整制动电阻控制器的占空比以改变制动电阻的消耗功率，保证车辆的制动力满足使用需求；
[0035]
s12.获取第一散热器出口处液体温度t1，识别是否满足液体温度t1小于设定值t5，如果是，控制第一散热器处的散热风扇关闭，否则，返回步骤s11；且t1＜t5。
[0036]
进一步，该燃料电池车辆上设有如下数据监测设备：
[0037]
环境温度传感器，设于整车车厢内，用于获取环境温度t；
[0038]
第一温度传感器，设于第一散热器出口处管道内壁上，用于获取第一散热器出口处液体温度t1；
[0039]
第二温度传感器，设于车辆驾驶室内的暖风装置液体输入端处管道内壁上，用于获取车辆驾驶室内的暖风装置液体输入端处的液体温度t2；
[0040]
第三温度传感器，设于换热器的支路二输出端处管道内壁上，用于换热器的支路二输出端处液体温度t3。
[0041]
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本发明的重要特征或必要特征，也无意限制本发明的范围。
附图说明
[0042]
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0043]
图1示出了实施例1燃料电池车辆的控制部件组成示意图；
[0044]
图2示出了实施例2燃料电池发动机的冷却液回路的线路连接示意图；
[0045]
图3示出了实施例2水冷机组内部结构示意图；
[0046]
图4示出了实施例2燃料电池在冬季环境下的冷启动及运行控制流程示意图；
[0047]
图5示出了实施例2车辆长下坡工况下的制动控制流程示意图。
[0048]
附图标记
[0049]
1-端口一；2-端口二；3-端口三；4-端口四；can-控制器局域网络；t1-第一温度传感器；t2-第二温度传感器；t3-第三温度传感器。
具体实施方式
[0050]
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0051]
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
[0052]
实施例1
[0053]
本发明的一个实施例，公开了一种具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，如图1所示，车辆上设有整车控制器、燃料电池发动机、动力电池、电源分配单元、制动电阻控制器、制动电阻、电机控制器、电机和整车附件。
[0054]
其中，电源分配单元的端口一1接燃料电池发动机，其端口二2接动力电池，其端口三3经制动电阻控制器接制动电阻，其端口四4经电机控制器接电机，其端口五接整车附件。
[0055]
制动电阻连接车辆驾驶室内的暖风装置、动力电池上的供暖装置。制动电阻，是波纹电阻的一种，主要用于帮助电机将其因快速停车所产生的再生电能转化为热能，相当于制动单元+电阻。
[0056]
整车控制器，用于识别冬季环境时，控制制动电阻发热，以供驾驶室取暖，同时加热动力电池；以及在车辆长下坡工况下，识别动力电池未充满时，启动内置的能量回收程序将车辆动能转化成电能存储至动力电池中，识别动力电池充满后，开启制动电阻并控制其功率，以为车辆提供额定的制动力。
[0057]
与现有技术相比，本实施例提供的燃料电池车辆在车辆的动力系统中，采用共用制动电阻方案，在冬季环境温度低时，采用制动电阻发热，给驾驶室采暖，同时加热动力电池。在车辆长下坡的工况下，尽可能采用能量回收模式，将动能回收存储在动力电池中，在动力电池充满的情况下，开启制动电阻并控制其功率，为车辆提供足够的制动力，以保证车辆的安全。
[0058]
实施例2
[0059]
在实施例1的基础上进行改进，所述制动电阻包括刹车电阻。
[0060]
优选地，所述刹车电阻设于燃料电池发动机的冷却液回路中。
[0061]
燃料电池发动机的冷却液回路上设有第一散热器、第一水泵、四通阀、换热器，并连通刹车电阻、车辆驾驶室内的暖风装置、动力电池上的供暖装置，如图2所示。其中，四通阀的端口一1经第一散热器后流出的液体、四通阀的端口三3经换热器的支路一后流出的液体、四通阀的端口二2经车辆驾驶室内的暖风装置后流出的液体三者汇合成一路，再依次经第一水泵、刹车电阻流入四通阀的端口四4；换热器的支路二连接动力电池。
[0062]
优选地，燃料电池发动机的冷却液回路上还设有补水箱。并且，该补水箱的输入端接第一散热器的输出端，其输出端接第一水泵的供水端，用于维持燃料电池发动机的冷却液回路内的液体始终处于设定量范围。
[0063]
优选地，车辆上还设有水冷机组，且该水冷机组也连通燃料电池发动机的冷却液回路。并且，水冷机组，用于为燃料电池发动机、电机、驾驶室制冷装置中的至少一个散热。
[0064]
换热器的支路二输出端依次经水冷机组、动力电池接该换热器的支路二输入端。
[0065]
优选地，所述水冷机组进一步包括机组壳体，以及设于机组壳体内集成的第二水泵、第二散热器、三通阀，如图3所示。其中，机组壳体上设有液体进口、液体出口；该液体进口经第二水泵后一路接三通阀的输入端一，另一路经第二散热器接三通阀的输入端二；该液体出口接三通阀的输出端。
[0066]
优选地，所述水冷机组内还集成了ptc加热器。其中，机组壳体的液体进口经水泵后一路经ptc加热器接三通阀的输入端一，另一路经第二散热器接三通阀的输入端二；该液体出口接三通阀的输出端。
[0067]
优选地，所述水冷机组用于为燃料电池发动机提供加热功能和散热功能，并且，整车控制器执行如下程序完成燃料电池在冬季环境下的冷启动及运行功能，如图4所示：
[0068]
s1.获取环境温度t；
[0069]
s2.识别是否满足环境温度t小于设定值t1且换热器的支路二输出端处液体温度t3小于设定值t2，如果是，执行下一步，否则控制燃料电池发动机正常启动；
[0070]
s3.控制水冷机组内的ptc加热器启动，控制三通阀开启小循环模式，以对燃料电池发动机执行加热；
[0071]
s4.控制燃料电池发动机进入自启动模式；
[0072]
s5.在燃料电池发动机进入自启动模式的设定时间后，根据燃料电池发动机的输出功率p同步调整制动电阻控制器的占空比，以调整车辆驾驶室内的暖风装置、动力电池上的供暖装置的加热功率；
[0073]
s6.获取车辆驾驶室内的暖风装置液体输入端处的液体温度t2、换热器的支路二输出端处液体温度t3；
[0074]
s7.根据液体温度t2、t3控制四通阀进行不同回路流量的调节，以满足车辆驾驶室室温需求以及动力电池的温度需求；
[0075]
s8.在调节过程中识别是否满足液体温度t3大于设定值t3，如果是，控制四通阀的端口三3关闭以断开换热器所在支路，同步减小制动电阻的功率，直到燃料电池发动机关机，否则，再次执行步骤s5～s8；且t2＜t3(t2、t3为一组动力电池系统工作温度判定阈值，示例性地，t2设定为5℃，t3设定为25℃)；
[0076]
s9.在执行步骤s8的同时同步执行步骤s9，即在调节过程中识别是否满足液体温度t2大于设定值t4，如果是，控制四通阀的端口二2关闭以断开车辆驾驶室内的暖风装置所在支路，同步减小制动电阻的功率，使得液体温度t2维持在设定范围[t
4-d，t4+d]，直到燃料电池发动机关闭；且d≤2℃，t4为16～30℃(t4为驾驶室暖风系统工作温度判定阈值，其范围与空调面板设置的温度一致)。
[0077]
优选地，整车控制器还执行如下程序以完成车辆长下坡工况下的制动功能，如图5所示：
[0078]
s10.识别车辆是否处于制动模式且动力电池的soc大于动力电池的上限剩余电量soc1(可设置为80％)，如果是，执行下一步，否则控制车辆由馈电(燃料电池发电)至动力电池模式(动力电池充电)切换至制动电阻消耗模式(制动电阻消耗)；
[0079]
s11.获取电机控制器的馈电功率p(出处：gb/t18488.1-2015电动汽车用驱动电机系统技术条件5.4.13)，根据该馈电功率p同步调整制动电阻控制器的占空比以改变制动电阻的消耗功率，保证车辆的制动力满足使用需求；
[0080]
s12.获取第一散热器出口处液体温度t1，识别是否满足液体温度t1小于设定值t5，如果是，控制第一散热器处的散热风扇关闭，否则，返回步骤s11；且t1＜t5(t1、t5为一组燃料电池系统工作温度判定阈值，示例性地，t1设定为0℃，t5设定为40℃)。
[0081]
优选地，该燃料电池车辆上设置的数据监测设备包括环境温度传感器、第一温度传感器t1、第二温度传感器t2、第三温度传感器t3。
[0082]
环境温度传感器，设于整车车厢内，用于获取环境温度t。
[0083]
第一温度传感器t1，设于第一散热器出口处管道内壁上，用于获取第一散热器出
口处液体温度t1。
[0084]
第二温度传感器t2，设于车辆驾驶室内的暖风装置液体输入端处管道内壁上，用于获取车辆驾驶室内的暖风装置液体输入端处的液体温度t2。
[0085]
第三温度传感器t3，设于换热器的支路二输出端处管道内壁上，用于换热器的支路二输出端处液体温度t3。
[0086]
与现有技术相比，本实施例提供的具有多功能制动电阻的燃料电池车辆具有如下有益效果：
[0087]
1、在动力电池冷却回路中采用小循环模式，减小系统热容，加速动力电池的温升速率。
[0088]
2、共用制动电阻方案，降低系统的复杂度，提高制动电阻的利用率。
[0089]
3、可采用双热源加热动力电池，并采用小循环模式，提高了动力电池的温升速率，提升了车辆的适用性。
[0090]
4、在极限长下坡工况下，尽可能回收能量，提高系统效率；同时制动电阻能够保证车辆足够的制动力，保证车辆的安全。
[0091]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

技术特征：
1.一种具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，其特征在于，车辆上设有整车控制器、燃料电池发动机、动力电池、电源分配单元、制动电阻控制器、制动电阻、电机控制器、电机和整车附件；其中，电源分配单元的端口一接燃料电池发动机，其端口二接动力电池，其端口三经制动电阻控制器接制动电阻，其端口四经电机控制器接电机，其端口五接整车附件；制动电阻连接车辆驾驶室内的暖风装置、动力电池上的供暖装置；整车控制器，用于识别冬季环境时，控制制动电阻发热，以供驾驶室取暖，同时加热动力电池；以及在车辆长下坡工况下，识别动力电池未充满时，启动内置的能量回收程序将车辆动能转化成电能存储至动力电池中，识别动力电池充满后，开启制动电阻并控制其功率，以为车辆提供额定的制动力。2.根据权利要求1所述的具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，其特征在于，所述制动电阻包括刹车电阻。3.根据权利要求2所述的具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，其特征在于，所述刹车电阻设于燃料电池发动机的冷却液回路中；并且，燃料电池发动机的冷却液回路上设有第一散热器、第一水泵、四通阀、换热器，并连通刹车电阻、车辆驾驶室内的暖风装置、动力电池上的供暖装置；其中，四通阀的端口一经第一散热器后流出的液体、四通阀的端口三经换热器的支路一后流出的液体、四通阀的端口二经车辆驾驶室内的暖风装置后流出的液体三者汇合成一路，再依次经第一水泵、刹车电阻流入四通阀的端口四；换热器的支路二连接动力电池。4.根据权利要求3所述的具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，其特征在于，燃料电池发动机的冷却液回路上还设有补水箱；并且，该补水箱的输入端接第一散热器的输出端，其输出端接第一水泵的供水端，用于维持燃料电池发动机的冷却液回路内的液体始终处于设定量范围。5.根据权利要求4所述的具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，其特征在于，车辆上还设有水冷机组，且该水冷机组也连通燃料电池发动机的冷却液回路：并且，水冷机组，用于为燃料电池发动机、电机、驾驶室制冷装置中的至少一个散热；换热器的支路二输出端依次经水冷机组、动力电池接该换热器的支路二输入端。6.根据权利要求5所述的具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，其特征在于，所述水冷机组进一步包括机组壳体，以及设于机组壳体内集成的第二水泵、第二散热器、三通阀；其中，机组壳体上设有液体进口、液体出口；该液体进口经第二水泵后一路接三通阀的输入端一，另一路经第二散热器接三通阀的输入端二；该液体出口接三通阀的输出端。7.根据权利要求6所述的具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，其特征在于，所述水冷机组内还集成了ptc加热器；其中，机组壳体的液体进口经水泵后一路经ptc加热器接三通阀的输入端一，另一路经第二散热器接三通阀的输入端二；该液体出口接三通阀的输出端。8.根据权利要求7所述的具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，其特征在于，所述水冷机组用于为燃料电池发动机提供加热功能和散热功能，并且，整车控制器执行如下程序完成燃料电池在冬季环境下的冷启动及运行功能：
s1.获取环境温度t；s2.识别是否满足环境温度t小于设定值t1且换热器的支路二输出端处液体温度t3小于设定值t2，如果是，执行下一步，否则控制燃料电池发动机正常启动；s3.控制水冷机组内的ptc加热器启动，控制三通阀开启小循环模式，以对燃料电池发动机执行加热；s4.控制燃料电池发动机进入自启动模式；s5.在燃料电池发动机进入自启动模式的设定时间后，根据燃料电池发动机的输出功率p同步调整制动电阻控制器的占空比，以调整车辆驾驶室内的暖风装置、动力电池上的供暖装置的加热功率；s6.获取车辆驾驶室内的暖风装置液体输入端处的液体温度t2、换热器的支路二输出端处液体温度t3；s7.根据液体温度t2、t3控制四通阀进行不同回路流量的调节，以满足车辆驾驶室室温需求以及动力电池的温度需求；s8.在调节过程中识别是否满足液体温度t3大于设定值t3，如果是，控制四通阀的端口三关闭以断开换热器所在支路，同步减小制动电阻的功率，直到燃料电池发动机关机，否则，再次执行步骤s5～s8；且t2＜t3；s9.在执行步骤s8的同时同步执行步骤s9，即在调节过程中识别是否满足液体温度t2大于设定值t4，如果是，控制四通阀的端口二关闭以断开车辆驾驶室内的暖风装置所在支路，同步减小制动电阻的功率，使得液体温度t2维持在设定范围[t
4-d，t4+d]，直到燃料电池发动机关闭；且d≤2℃，t4为16～30℃。9.根据权利要求8所述的具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，其特征在于，整车控制器还执行如下程序以完成车辆长下坡工况下的制动功能：s10.识别车辆是否处于制动模式且动力电池的soc大于动力电池的上限剩余电量soc1，如果是，执行下一步，否则控制车辆由馈电至动力电池模式切换至制动电阻消耗模式；s11.获取电机控制器的馈电功率p，根据该馈电功率p同步调整制动电阻控制器的占空比以改变制动电阻的消耗功率，保证车辆的制动力满足使用需求；s12.获取第一散热器出口处液体温度t1，识别是否满足液体温度t1小于设定值t5，如果是，控制第一散热器处的散热风扇关闭，否则，返回步骤s11；且t1＜t5。10.根据权利要求9所述的具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，其特征在于，该燃料电池车辆上设有如下数据监测设备：环境温度传感器，设于整车车厢内，用于获取环境温度t；第一温度传感器，设于第一散热器出口处管道内壁上，用于获取第一散热器出口处液体温度t1；第二温度传感器，设于车辆驾驶室内的暖风装置液体输入端处管道内壁上，用于获取车辆驾驶室内的暖风装置液体输入端处的液体温度t2；第三温度传感器，设于换热器的支路二输出端处管道内壁上，用于换热器的支路二输出端处液体温度t3。

技术总结
本发明提供了一种具有多功能制动电阻的燃料电池车辆，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术车辆冬季行驶时启动过慢以及长下坡时制动力过小的问题。该车辆上设有整车控制器、燃料电池发动机、动力电池、电源分配单元、制动电阻控制器、制动电阻、电机控制器、电机和整车附件，可实现多功能制动电功能。整车控制器，用于识别冬季环境时，控制制动电阻发热，以供驾驶室取暖，同时加热动力电池；以及在车辆长下坡工况下，识别动力电池未充满时，启动内置的能量回收程序将车辆动能转化成电能存储至动力电池中，识别动力电池充满后，开启制动电阻并控制其功率，以为车辆提供额定的制动力。力。力。


技术研发人员：王海平 牟晋曦 崔艳伟 季燕全 娄杰
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/10/8