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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020559017.1 (22)申请日 2020.04.15 (73)专利权人 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 地址 430000 湖北省武汉市东湖新技术开 发区未来三路以东、 科技五路以南产 业孵化基地一期13号楼1层101室 (72)发明人 李开寒郝义国敖小平刘洋 (74)专利代理机构 武汉知产时代知识产权代理 有限公司 42238 代理人 孙丽丽 (51)Int.Cl. B60L 50/40(2019.01) B60L 50/75(2019.01) B60L 58/40(。
2、2019.01) B60L 1/00(2006.01) B60L 1/02(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种多电压平台氢燃料电池汽车能源系统 (57)摘要 本实用新型提供一种多电压平台氢燃料电 池汽车能源系统， 主要优化了汽车能源系统架 构， 加入辅助能源系统； 所述辅助能源系统包含 超级电容、 超级电容双向DC/DC、 镍氢电池、 镍氢 电池双向DC/DC， 用于弥补瞬间整车需求较大功 率、 吸收燃料电池发动机多余的功率和电机回馈 功率， 同时给低压平台用电设备供电。 本实用新 型的有益效果是： 加入辅助能源系统， 设计为两 个电压平台。
3、： 540V平台、 340V平台， 提升了电驱动 系统效率的同时， 还解决了其他高压部件PTC、 空 调、 转向泵等无540V平台的问题。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 212242983 U 2020.12.29 CN 212242983 U 1.一种多电压平台氢燃料电池汽车能源系统， 其特征在于： 具体包括： 辅助能源系统、 主能源系统、 用电系统和整车控制器VCU； 所述辅助能源系统与所述主能源系统电性连接； 所述辅助能源系统和所述主能源系统 均与所述用电系统电性连接； 所述整车控制器VCU与所述辅助能源系统和所述主能源系统 电性连接； 所述辅助能源系统， 包括超级电容、 。
4、超级电容双向DC/DC、 镍氢电池和镍氢电池双向DC/ DC； 所述主能源系统包括： 氢燃料电池发动机系统FCS和Boost变换器DC/DC； 所述用电系统包括： 整车PDU、 高压平台用电设备和低压平台用电设备； 所述整车PDU包 括高压平台部分和低压平台部分； 所述高压平台部分与所述高压平台用电设备电性连接， 用于控制所述高压平台用电设备； 所述低压平台部分与所述低压平台用电设备电性连接， 用于控制所述低压平台用电设备； 所述主能源系统与所述辅助能源系统电性连接； 所述主能源系统通过所述整车PDU与 所述用电系统电性连接； 所述超级电容与所述整车PDU电性连接， 通过所述整车PDU的高压平。
5、台部分为所述高压 平台用电设备提供540V输出电压； 所述镍氢电池与所述整车PDU电性连接， 通过所述整车 PDU的低压平台部分为所述低压平台用电设备提供340V输出电压和为高压平台用电设备提 供540V输出电压； 所述整车控制器VCU与所述主能源系统和所述辅助能源系统分别电性连接， 以智能调 配所述主能源系统和所述辅助能源系统输出功率， 满足氢燃料电池汽车不同行驶状态情况 下的用电系统的功率需求。 2.如权利要求1所述的一种多电压平台氢燃料电池汽车能源系统， 其特征在于： 所述氢 燃料电池发动机系统FCS通过主正继电器K1和主负继电器K2与所述Boost变换器DC/DC相 连； 所述Boos。
6、t变换器DC/DC与所述整车PDU的高压控制部分电性连接。 3.如权利要求1所述的一种多电压平台氢燃料电池汽车能源系统， 其特征在于： 所述超 级电容为第一辅助供电单元， 通过主正继电器K3和主负继电器K4与所述超级电容双向DC/ DC电性连接； 所述超级电容双向DC/DC与所述整车PDU的高压控制部分电性连接。 4.如权利要求1所述的一种多电压平台氢燃料电池汽车能源系统， 其特征在于： 所述镍 氢电池为第二辅助供电单元， 通过主正继电器K5和主负继电器K6与所述镍氢电池双向DC/ DC电性连接； 所述镍氢电池双向DC/DC与所述整车PDU的高压控制部分电性连接； 所述镍氢 电池通过所述主正继。
7、电器K5和主负继电器K6还直接与所述整车PDU的低压控制部分电性连 接。 权利要求书 1/1 页 2 CN 212242983 U 2 一种多电压平台氢燃料电池汽车能源系统 技术领域 0001 本实用新型涉及新能源汽车电池领域， 尤其涉及一种多电压平台氢燃料电池汽车 能源系统。 背景技术 0002 随着人们环保意识的日益增强， 氢燃料汽车的发展速度迫切加快， 如何提升整车 安全可靠性， 同时提升整车效率是氢燃料汽车面临的重要问题， 其中优化动力系统架构、 研 发新的控制策略是目前应用的主要解决方案之一。 0003 无论是氢燃料电池商用车， 还是氢燃料电池乘用车， 其主要动力源都包含主动力 源(。
8、氢燃料电池系统和升压DC/DC)和辅助能源。 在现阶段所应用电池电压特性软， 在油门踏 板的开度变化率很大的时候电压波动大。 同时， 在低电压平台(额定340V)下， 电驱动系统效 率低。 所以通过优化动力系统架构， 设计为两个电压平台： 540V平台、 340V平台， 提升了电驱 动系统效率的同时， 还解决了其他高压部件(PTC、 空调、 转向泵等)无540V平台的问题。 实用新型内容 0004 有鉴于此， 本实用新型提供了一种多电压平台氢燃料电池汽车能源系统。 0005 本实用新型提供一种多电压平台氢燃料电池汽车能源系统， 具体包括： 0006 辅助能源系统、 主能源系统、 用电系统和整车。
9、控制器VCU； 0007 所述辅助能源系统与所述主能源系统电性连接； 所述辅助能源系统和所述主能源 系统均与所述用电系统电性连接； 所述整车控制器VCU与所述辅助能源系统和所述主能源 系统电性连接； 0008 所述辅助能源系统， 包括超级电容、 超级电容双向DC/DC、 镍氢电池和镍氢电池双 向DC/DC； 0009 所述主能源系统包括： 氢燃料电池发动机系统FCS和Boost变换器DC/DC； 0010 所述用电系统包括： 整车PDU、 高压平台用电设备和低压平台用电设备； 所述整车 PDU包括高压平台部分和低压平台部分； 所述高压平台部分与所述高压平台用电设备电性 连接， 用于控制所述高压。
10、平台用电设备； 所述低压平台部分与所述低压平台用电设备电性 连接， 用于控制所述低压平台用电设备； 0011 所述主能源系统与所述辅助能源系统电性连接； 所述主能源系统通过所述整车 PDU与所述用电系统电性连接； 0012 所述超级电容与所述整车PDU电性连接， 通过所述整车PDU的高压平台部分为所述 高压平台用电设备提供540V输出电压； 所述镍氢电池与所述整车PDU电性连接， 通过所述整 车PDU的低压平台部分为所述低压平台用电设备提供340V输出电压和为高压平台用电设备 提供540V输出电压； 0013 所述整车控制器VCU与所述主能源系统和所述辅助能源系统分别电性连接， 以智 能调配所。
11、述主能源系统和所述辅助能源系统输出功率， 满足氢燃料电池汽车不同行驶状态 说明书 1/4 页 3 CN 212242983 U 3 情况下的用电系统的功率需求。 0014 进一步地， 所述氢燃料电池发动机系统FCS通过主正继电器K1和主负继电器K2与 所述Boost变换器DC/DC相连； 所述Boost变换器DC/DC与所述整车PDU的高压控制部分电性 连接。 0015 进一步地， 所述超级电容为第一辅助供电单元， 通过主正继电器K3和主负继电器 K4与所述超级电容双向DC/DC电性连接； 所述超级电容双向DC/DC与所述整车PDU的高压控 制部分电性连接。 0016 所述镍氢电池为第二辅助供。
12、电单元， 通过主正继电器K5和主负继电器K6与所述镍 氢电池双向DC/DC电性连接； 所述镍氢电池双向DC/DC与所述整车PDU的高压控制部分电性 连接； 所述镍氢电池通过所述主正继电器K5和主负继电器K6还直接与所述整车PDU的低压 控制部分电性连接。 0017 本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是： 加入辅助能源系统， 设计为两个 电压平台： 540V平台、 340V平台， 提升了电驱动系统效率的同时， 还解决了其他高压部件 PTC、 空调、 转向泵等无540V平台的问题。 附图说明 0018 图1是本实用新型一种多电压平台氢燃料电池汽车能源系统的架构图； 0019 图2是本实用新型实。
13、施例中各系统电流方向示意图。 具体实施方式 0020 为使本实用新型的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本实用新 型实施方式作进一步地描述。 0021 请参考图1， 本实用新型的实施例提供了一种多电压平台氢燃料电池汽车能源系 统的架构图， 具体包括： 0022 辅助能源系统、 主能源系统、 用电系统和整车控制器VCU(图1中未视出)； 0023 所述辅助能源系统与所述主能源系统电性连接； 所述辅助能源系统和所述主能源 系统均与所述用电系统电性连接； 所述整车控制器VCU与所述辅助能源系统和所述主能源 系统电性连接； 0024 所述辅助能源系统， 包括超级电容、 超级电容双向DC。
14、/DC、 镍氢电池和镍氢电池双 向DC/DC； 0025 所述主能源系统包括： 氢燃料电池发动机系统FCS和Boost变换器DC/DC； 0026 所述用电系统包括： 整车PDU、 高压平台用电设备和低压平台用电设备； 所述整车 PDU包括高压平台部分和低压平台部分； 所述高压平台部分与所述高压平台用电设备电性 连接， 用于控制所述高压平台用电设备； 所述低压平台部分与所述低压平台用电设备电性 连接， 用于控制所述低压平台用电设备； 0027 所述主能源系统与所述辅助能源系统电性连接； 所述主能源系统通过所述整车 PDU与所述用电系统电性连接； 0028 所述超级电容与所述整车PDU电性连接，。
15、 通过所述整车PDU的高压平台部分为所述 高压平台用电设备提供540V输出电压； 所述镍氢电池与所述整车PDU电性连接， 通过所述整 说明书 2/4 页 4 CN 212242983 U 4 车PDU的低压平台部分为所述低压平台用电设备提供340V输出电压和为高压平台用电设备 提供540V输出电压； 0029 所述整车控制器VCU与所述主能源系统和所述辅助能源系统分别电性连接， 以智 能调配所述主能源系统和所述辅助能源系统输出功率， 满足氢燃料电池汽车不同行驶状态 情况下的用电系统的功率需求。 0030 所述氢燃料电池发动机系统FCS通过主正继电器K1和主负继电器K2与所述Boost 变换器D。
16、C/DC相连； 所述Boost变换器DC/DC与所述整车PDU的高压控制部分电性连接。 0031 所述超级电容为第一辅助供电单元， 通过主正继电器K3和主负继电器K4与所述超 级电容双向DC/DC电性连接； 所述超级电容双向DC/DC与所述整车PDU的高压控制部分电性 连接。 0032 所述镍氢电池为第二辅助供电单元， 通过主正继电器K5和主负继电器K6与所述镍 氢电池双向DC/DC电性连接； 所述镍氢电池双向DC/DC与所述整车PDU的高压控制部分电性 连接； 所述镍氢电池通过所述主正继电器K5和主负继电器K6还直接与所述整车PDU的低压 控制部分电性连接。 0033 请参考图2， 图2是本。
17、实用新型实施例中各系统电流方向定义； Boost变换器双向 DC/DC输出电流为i1， 超级电容双向DC/DC输出电流为i2， 镍氢电池双向DC/DC输出电流为 i3， 镍氢电池输出低电压平台部分电流为i4， 镍氢电池输出高电压平台部分电流为i5， 镍氢 电池对外输出电流为i6， 高压平台部分输入电流为i7。 设定途中电流方向为正， 反方向为 负。 i7i1+i2+i3， i6i5+i4。 0034 整车在运行过程中， 所有前述系统均在不同工况下分别介入工作， 燃料电池系统 FCS作为主电源， 需要时时刻刻工作做在不同功率工况下。 辅助能源系统(超级电容+镍氢电 池)作为辅助能源， 理论上不需。
18、要持续介入工作， 只有在整车功率需求变化， 燃料电池系统 无法快速跟随时才会介入工作。 但是由于本实用新型所述系统具有两个电压平台， 整车低 压平台部件需要工作， 所以在任何时候镍氢电池系统都需要对外供电， 即i40A。 0035 整个控制逻辑可根据各部件充电或放电情况进行分类， 主要可分为4类： 0036 整车匀速行驶， 燃料电池系统输出功率满足整车需求。 燃料电池对外供电， 超级电 容系统不对外供电， 镍氢电池系统吸收高压平台部分功率： i1为正， i20A， i3负， i4为正， i5负， i60A。 0037 控制思路： 整车VCU使能FCS+Boost DC/DC， 并对外输出功率。。
19、 VCU使能镍氢电池双 向DC/DC反向降压(540V340V降压)， 给镍氢电池系统充电， 充电功率与低压平台部件消耗 功率相等。 VCU使能超级电容双向DC/DC， 但控制电流为0。 0038 整车平稳加速行驶， 燃料电池输出功率短时间内无法快速提升满足整车需求， 需 要超级电容对外输出。 此时， 整燃料电池对外供电， 超级电容系统对外供电， 镍氢电池系统 吸收高压平台部分功率： i1为正， i2正， i3负， i4为正， i5负， i60A。 0039 控制思路： VCU使能FCS+Boost DC/DC， 并对外输出功率。 VCU使能镍氢电池双向DC/ DC反向降压(540V340V降。
20、压)， 给镍氢电池系统充电， 充电功率与低压平台部件消耗功率 相等。 VCU使能超级电容双向DC/DC正向升压给高压平台供电。 0040 整车急加速行驶， 燃料电池输出功率短时间内无法快速提升满足整车需求， 需要 超级电容对外输出， 同时还需要镍氢电池系统对外输出。 燃料电池对外供电， 超级电容系统 说明书 3/4 页 5 CN 212242983 U 5 对外供电， 镍氢电池系统向高压平台部分供电： i1为正， i2正， i3正， i4为正， i5正， i6正。 0041 控制思路： VCU使能FCS+Boost DC/DC， 并对外输出功率。 VCU使能镍氢电池双向DC/ DC正向升压(3。
21、40V-540V升压)。 VCU使能超级电容双向DC/DC正向升压给高压平台供电。 0042 整车紧急制动行驶， 燃料电池输出功率短时间内无法快速降低满足整车需求， 需 要超级电容吸收功率， 同时还需要镍氢电池系统吸收功率。 燃料电池对外供电， 超级电容系 统吸收高压平台部分功率， 镍氢电池系统吸收高压平台部分功率： i1为正， i2负， i3负， i4为 正， i5负， i60A。 0043 本实用新型针对4个实际工况的实测数据如下： 0044 1)匀速工况： 假设车速匀速60km/h， i155A， i20， i3-9.5A， i414.7A， i5- 14.7A， i60A 0045 2。
22、)平稳加速： 假设车速0-60km/h平稳加速， 某一瞬间， i155A， i283.3， i3- 9.5A， i414.7A， i5-14.7A， i60A 0046 3)急加速： 假设车速0-60km/h平稳加速， 某一瞬间， i155A， i2148.1A， i3 18.5A， i414.7A， i530.3A， i645A 0047 4)紧急制动： 假设车速100km/h紧急制动瞬间， i1148.1A， i2-203.7A， i3 37A， i414.9A， i5-60.3A， i6-45.4A 0048 本实用新型的有益效果是： 加入辅助能源系统， 设计为两个电压平台： 540V平台、 340V平台， 提升了电驱动系统效率的同时， 还解决了其他高压部件PTC、 空调、 转向泵等无 540V平台的问题。 0049 在不冲突的情况下， 本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。 0050 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例， 并不用以限制本实用新型， 凡在本实用 新型的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本实用新型的保 护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 212242983 U 6 图1 图2 说明书附图 1/1 页 7 CN 212242983 U 7 。