一种重型氢燃料牵引车电气系统及控制方法与流程

本发明涉及重型氢能源燃料电池牵引车，具体是一种重型氢燃料牵引车电气系统及控制方法。

背景技术：

1、现有重型30吨以上牵引车动力采用内燃发动机为动力，实现整车的行走及液压所有动作，随着国家环保要求，目前内燃动力油耗高、排放大，影响以后技术发展；且随牵引车吨位的增加，整车所需功率就越大，发动机排量也随之需要很大，尾气排放带来的污染也很严重，亟需解决矛盾。

2、随着国家对能源、环保发展规划，提倡实现碳中和、碳达标的目标，大力发展新能源。氢能源属于一种清洁能源，使用后的产物是水，符合国家双碳目标。近些年随着国内氢燃料技术的突破升级，国产氢反应电堆已经具备了批量生产能力，在工业车辆领域逐渐大规模应用，氢能源车辆具有极大的潜力。

3、而重型氢能源燃料电池牵引车作为电动牵引车的一种，整车需求功率大，传统的工业车辆选用电池电压平台通常从24v到120v之间，在这个平台上大功率输出往往意味着大电流和大的无用功损耗，且大电流同样意味相关传输电缆直径的增大，随着国内电动汽车行业的蓬勃发展，高压控制系统技术越发成熟、高压电气零部件的成本也在降低，在工业车辆领域逐应用也越来越多，为此提出一种重型氢燃料牵引车电气系统及控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种重型氢燃料牵引车电气系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种重型氢燃料牵引车电气系统，包括氢燃料电池系统以及与氢燃料电池系统电气连接的锂离子电池系统，所述锂离子电池系统分别与牵引集成控制系统、泵控总成、高压冷暖空调及高压-低压电源转换器电气连接，所述牵引集成控制系统、泵控总成、高压冷暖空调及高压-低压电源转换器均与整车控制器电气连接，所述氢燃料电池系统用于整车系统的动态功率补偿，所述整车控制器用于控制氢燃料电池系统、锂离子电池系统、牵引集成控制系统及泵控总成的运行及其状态的监控。

3、作为本发明进一步的方案：所述牵引集成控制系统包括牵引电机控制器和高压永磁牵引电机，所述牵引电机控制器与高压永磁牵引电机电气连接；所述泵控总成包括高压油泵电机控制器和高压油泵电机，所述高压油泵电机控制器与高压油泵电机电气连接。

4、作为本发明进一步的方案：所述氢燃料电池系统集成有氢燃料电池控制器，所述锂离子电池系统集成有锂电池bms，所述牵引电机控制器、高压油泵电机控制器、氢燃料电池控制器及锂电池bms与整车控制器之间均通过can网络双向通讯连接。

5、作为本发明进一步的方案：所述高压-低压电源转换器与低压控制盒电气连接，所述低压控制盒分别与整车控制器及启动电瓶电气连接。

6、作为本发明进一步的方案：所述锂离子电池系统集成有锂离子模组，所述锂离子模组由多组锂电池组成。

7、一种重型氢能源燃料电池牵引车的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

8、步骤1)、整车完成低压上电、自检及高压上电；

9、步骤2)、氢燃料电池控制器实时检测锂电池bms发出的电流数值和soc报文，根据电流数值的大小动态调整氢燃料电池系统输出的电压，根据soc的数值判断氢燃料电池系统的启停作业；

10、步骤3)、整车控制线路将驾驶员操作意图、车辆主要零部件状态上传到整车控制器，从而指挥车辆的安全作业；

11、步骤4)、在钥匙开关关闭后，锂离子电池系统按照设定时间延时下电，给氢燃料电池系统提供高压电源和低压电源，保证氢燃料电池系统高压下电和吹扫工作完成。

12、作为本发明进一步的方案：所述步骤2)中soc的数值可设定成三个阶段，由充电阈值a和安全阈值为b隔开；

13、第一阶段：当soc数值小于充电阈值a时，氢燃料电池系统启动，输出功率加大满足整车运行需求同时给锂电池充电；

14、第二阶段：当soc数值达到充电阈值a时，氢燃料电池系统输出功率减小，停止给锂电池充电；

15、第三阶段：当soc数值达到安全阈值为b时，氢燃料电池系统停止输出。

16、作为本发明进一步的方案：在整车运行过程中，设定数值为c，所述氢燃料电池控制器会根据锂电池电流值的数值动态调整输出功率；

17、当锂电池工作电流＞c时，氢燃料电池系统加大功率输出；

18、当锂电池工作电流≤c时，氢燃料电池系统减小功率输出，保证输出电流稳定在设定数值附近；

19、当工作过程中瞬间出现需求大功率状态时，氢燃料电池模块和锂电池一起输出，保证整车正常运行。

20、作为本发明进一步的方案：所述步骤4)中整车高压下电分为两种情况，分别为无故障整车高压系统下电和有故障整车高压系统下电；

21、所述无故障整车高压下电的具体步骤如下：

22、步骤1)、钥匙开关下电；

23、步骤2)、vcu发送锂电池高压下电请求；同时，vcu也发送氢燃料电池系统高压下电请求；

24、步骤3)、锂电池开始计时，高压延时下电，到达设定时间后，锂电池高压系统正常流程下电；同时，氢燃料电池系统正常流程下电；

25、所述有故障整车高压下电的具体步骤如下：

26、步骤1)、vcu检测到非严重故障或严重故障；

27、步骤2)、vcu发送锂电池高压下电请求；同时，vcu也发送氢燃料电池系统高压下电请求；

28、步骤3)、严重故障：锂电池高压系统快速下电；同时，氢燃料电池系统快速下电；

29、非严重故障：锂电池开始计时，高压延时下电，到达设定时间后，锂电池高压系统正常流程下电；同时，氢燃料电池系统正常流程下电。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、1、通过氢燃料电池系统检测锂离子电池系统发出的电流数据报文和电池容量soc报文，根据电流数值的大小动态调整氢燃料电池输出功率，根据soc的数值判断氢堆的启停作业，避免氢堆持续输出导致锂电池出现过压故障，或者氢堆输出功率不够导致锂电池出现欠压故障，导致整车不能正常作业，保证牵引车正常作业，同时实时的动态调整输出可以避免无用功损耗。

技术特征：

1.一种重型氢燃料牵引车电气系统，其特征在于，包括氢燃料电池系统(1)以及与氢燃料电池系统(1)电气连接的锂离子电池系统(2)，所述锂离子电池系统(2)分别与牵引集成控制系统(3)、泵控总成(4)、高压冷暖空调(5)及高压-低压电源转换器(6)电气连接，所述牵引集成控制系统(3)、泵控总成(4)、高压冷暖空调(5)及高压-低压电源转换器(6)均与整车控制器(8)电气连接，所述氢燃料电池系统(1)用于整车系统的动态功率补偿，所述整车控制器(8)用于控制氢燃料电池系统(1)、锂离子电池系统(2)、牵引集成控制系统(3)及泵控总成(4)的运行及其状态的监控。

2.根据权利要求1所述的重型氢燃料牵引车电气系统，其特征在于，所述牵引集成控制系统(3)包括牵引电机控制器(31)和高压永磁牵引电机(32)，所述牵引电机控制器(31)与高压永磁牵引电机(32)电气连接；所述泵控总成(4)包括高压油泵电机控制器(41)和高压油泵电机(42)，所述高压油泵电机控制器(41)与高压油泵电机(42)电气连接。

3.根据权利要求2所述的重型氢燃料牵引车电气系统，其特征在于，所述氢燃料电池系统(1)集成有氢燃料电池控制器(11)，所述锂离子电池系统(2)集成有锂电池bms(21)，所述牵引电机控制器(31)、高压油泵电机控制器(41)、氢燃料电池控制器(11)及锂电池bms(21)与整车控制器(8)之间均通过can网络双向通讯连接。

4.根据权利要求1所述的重型氢燃料牵引车电气系统，其特征在于，所述高压-低压电源转换器(6)与低压控制盒(7)电气连接，所述低压控制盒(7)分别与整车控制器(8)及启动电瓶(9)电气连接。

5.根据权利要求1所述的重型氢燃料牵引车电气系统，其特征在于，所述锂离子电池系统(2)集成有锂离子模组(22)，所述锂离子模组(22)由多组锂电池组成。

6.一种采用权利要求3所述的重型氢燃料牵引车电气系统的控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的重型氢能源燃料电池牵引车的控制方法，其特征在于，所述步骤2)中soc的数值可设定成三个阶段，由充电阈值a和安全阈值为b隔开；

8.根据权利要求6所述的重型氢能源燃料电池牵引车的控制方法，其特征在于，在整车运行过程中，设定数值为c，所述氢燃料电池控制器(11)会根据锂电池电流值的数值动态调整输出功率；

9.根据权利要求6所述的重型氢能源燃料电池牵引车的控制方法，其特征在于，所述步骤4)中整车高压下电分为两种情况，分别为无故障整车高压系统下电和有故障整车高压系统下电；

技术总结本发明公开了一种重型氢燃料牵引车电气系统及控制方法，包括氢燃料电池系统以及与氢燃料电池系统电气连接的锂离子电池系统，锂离子电池系统分别与牵引集成控制系统、泵控总成、高压冷暖空调及高压‑低压电源转换器电气连接，牵引集成控制系统、泵控总成、高压冷暖空调及高压‑低压电源转换器均与整车控制器电气连接，氢燃料电池系统用于整车系统的动态功率补偿。本发明结构简单，氢燃料电池系统根据电流数值的大小动态调整氢燃料电池输出功率，根据SOC的数值判断氢堆的启停作业，保证牵引车正常作业，同时实时的动态调整输出可以避免无用功损耗。技术研发人员：鲍艳,姜文东,杨德洲,吴峰,王杰受保护的技术使用者：安徽合力股份有限公司牵引车分公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2