提升锂电池充电效率的氢增程器及氢动车的制作方法

本技术属于氢能，尤其涉及一种提升锂电池充电效率的氢增程器及氢动车。

背景技术：

1、氢动车(或称氢动力自行车)是指在普通的自行车的基础上以利用氢能源作为辅助能源的机电一体化的个人交通工具。氢动车的主要部件包括氢燃料电池、储氢器、控制器、电机、灯具和车架等。其中最为关键的氢动力系统是一种环保、高效、安全的新能源技术，具有很高的发展前景。但是，在现有技术的实际应用中，大多采用纯电堆驱动或电电混动，存在着启动时动能不足的现状。

2、现有两轮车氢动力系统工作逻辑大多为，在系统启动时，先有系统内锂电池进行车辆整体供电，同时氢系统同步启动，在此过程中，氢系统与锂电池同步向车辆电机供电进行前进。但因氢系统受现有技术限制，在启动氢系统后，内部燃料电池需要一段时间将功率拉升至最高，所以搭载此系统的车辆，存在车辆启动时动能不足的痛点。

技术实现思路

1、针对相关技术中存在的一些不足之处，本技术提供了一种提升锂电池充电效率的氢增程器及氢动车。

2、本技术第一方面提供了一种提升锂电池充电效率的氢增程器，能够与锂电池以及bms控制模块相连；其中，所述锂电池被配置为能够给bms控制模块以及启动状态下的氢增程器供电；所述bms控制模块被配置为实时采集锂电池的电压等级信号和电量信号；所述氢增程器包括：

3、燃料电池堆；其被配置为能够接收氧气和氢气产生电能；

4、固态储氢罐；其储存有氢；所述固态储氢罐与燃料电池堆相连，能够为其提供所需的氢气；

5、冷却液循环系统；其一方面与燃料电池堆相连，用于冷却燃料电池堆；另一方面与固态储氢罐相连，用于加热固态储氢罐；

6、fcu控制模块，其被配置为：在启动状态下，控制固态储氢罐释放氢气，控制燃料电池堆开始发电；以及实时采集燃料电池堆输出的电压等级信号，实时获取来自bms控制模块的锂电池的电压等级信号，当燃料电池堆输出的电压等级与锂电池的电压等级相等时，切换为由燃料电池堆给氢增程器供电，并给锂电池充电，从而进入正常工作状态。

7、在一实施例中，所述氢增程器还包括转换单元和转换控制模块；其中，所述转换单元包括供电线路以及与供电线路电连接的直流稳压模块、继电器、和dc/dc端口；所述供电线路至少连接在燃料电池堆和锂电池之间，实现二者之间的供电；所述直流稳压模块被配置为对供电线路的电压进行稳定；所述继电器具有能够相互切换的常开触点和常闭触点，被配置为：在启动状态和正常工作状态下，继电器连接常开触点以导通供电线路，使得锂电池能够给氢增程器供电或氢增程器能够给锂电池充电；其中，所述氢增程器仅给外部的锂电池充电以及为氢增程器自身供电；所述dc/dc端口一方面连接供电线路，另一方面连接至锂电池2，以输电。

8、所述转换控制模块被配置为：在启动状态下，至少将bms控制模块采集到的锂电池的电压等级信号传递给fcu控制模块；控制直流稳压模块工作，稳定锂电池给氢增程器的供电电压；以及控制继电器连接至常开触点，以导通供电线路，允许锂电池给氢增程器的供电；在正常工作状态下，将bms控制模块采集到的锂电池的电压等级和电量信号传递给fcu控制模块；控制直流稳压模块工作，稳定氢增程器给锂电池的充电电压；以及控制继电器连接至常开触点，以导通供电线路。

9、在一实施例中，fcu控制模块还被配置为：持续采集燃料电池堆输出的电压等级信号，当燃料电池堆输出的电压等级超过预设的阈值时，将该信号传递给转换控制模块；所述转换控制模块被配置为：控制继电器切换至常闭触点，以切断供电线路，防止过充。

10、在一实施例中，所述燃料电池堆连接空压机，以提供含有氧气的空气；燃料电池堆上设置有用于散热的翅片；

11、所述固态储氢罐与燃料电池堆之间设置有第二管路，其上设有流量计和开度调节阀；其中，所述流量计被配置为实时采集第二管路上的氢气流量信息并反馈给fcu控制模块；所述开度调节阀为开度可调的电控阀；所述fcu控制模块被配置为：根据获取的氢气流量信息结合燃料电池堆所需输出的电量，控制开度调节阀的开度；

12、所述冷却液循环系统包括串联连接的供冷却液通过的储液箱、循环泵、第一换热部和第二换热部；其中，所述储液箱被配置为储存冷却液，所述循环泵被配置为给冷却液的循环提供动力；所述第一换热部被配置为与燃料电池堆的翅片换热，为其降温；所述第二换热部被配置为与固态储氢罐换热，使其升温。

13、在一实施例中，所述bms控制模块仅由锂电池供电。

14、在一实施例中，所述燃料电池堆处和固态储氢罐处分别设置有与fcu控制模块相连的第一温度传感器和第二温度传感器，能够实时获取燃料电池堆和固态储氢罐的温度，并反馈给fcu控制模块；所述fcu控制模块被配置为：能够通过控制循环泵的转速和/或储液箱中散热风扇的启动或关闭，而控制燃料电池堆和固态储氢罐的温度。

15、在一实施例中，所述冷却液为水，冷却液循环系统中还串联有去离子器；空压机和燃料电池堆之间设置有加湿器，以加湿进入燃料电池堆之前的空气；加湿器加湿用的水来自冷却液循环系统。

16、在一实施例中，所述第一换热部具有密封的腔体，供冷却液流入和流出；所述翅片从燃料电池堆处延伸至第一换热部的腔体中，以在其中与冷却液换热。在一实施例中，所述第二换热部为固态储氢罐的外部的夹套，与固态储氢罐的内部隔离；冷却液经过该夹套为固态储氢罐提供释放氢气的热量。

17、在一实施例中，固态储氢罐和第二管路之间设置有机械阀，该机械阀为一套针型阀。在一实施例中，所述开度调节阀为双比例阀。

18、在一实施例中，所述氢增程器还设置能够给固态储氢罐加热的加热器；选择以下方案中一种：

19、(1)所述加热器位于固态储氢罐之前，被配置为加热冷却液，被加热的冷却液能够到达夹套给固态储氢罐供热，以促进氢气的释放；

20、(2)所述加热器设置在固态储氢罐上，能够直接加热储氢罐，促进氢气释放。

21、本技术第二方面提供了一种氢动车，其具有能够为车辆提供动力的锂电池，检测锂电池的bms控制模块，以及前文任一实施例所述的氢增程器；其中，所述氢增程器与锂电池以及bms控制模块相连；其中，所述锂电池被配置为能够给bms控制模块以及启动状态下的氢增程器供电；所述bms控制模块被配置为实时采集锂电池的电压等级信号和电量信号并传输给氢增程器。

22、本技术第三方面提供了一种提升锂电池充电效率的氢增程器的控制方法，其包括以下状态中的至少一种：

23、启动状态：

24、在启动状态下，锂电池为bms控制模块和氢增程器供电；

25、bms控制模块实时采集锂电池的电量信号和电压等级信号，发送给转换控制模块，并由其传递给fcu控制模块；

26、所述转换控制模块控制继电器切换至常开触点，导通供电线路，以给氢增程器供电；以及控制直流稳压模块工作，使得供电线路的电压保持稳定状态；

27、所述fcu控制模块控制燃料电池堆开始发电；在燃料电池堆开始发电后，所述fcu控制模块实时监控燃料电池堆的电压等级信号，并实时从转换控制模块获得来自bms控制模块的锂电池的电压等级信号；将两个电压等级进行比较；当燃料电池堆的电压等级小于锂电池的电压等级时，继续拉升发电；当燃料电池堆的电压等级大于等于锂电池的电压等级时，将该信号反馈给转换控制模块；转换控制模块控制继电器由常开触点切换到常闭触点再切换回常开触点，完成电流方向的切换，使得燃料电池堆开始给锂电池充电，并为氢增程器自身供电；从而进入正常工作状态；

28、正常工作状态：

29、在正常工作状态下，所述fcu控制模块实时监控燃料电池堆输出的电量信号和电压等级信号，并实时从转换控制模块获得来自bms控制模块的锂电池的电量信号和电压等级信号；根据锂电池的电量的缺口对其进行充电；

30、电堆过压状态：

31、由于所述fcu控制模块一直在实时监控燃料电池堆的电压等级信号，当检测到燃料电池堆的电压等级达到预设的阈值时，fcu控制模块将该信号传递给转换控制模块；转换控制模块控制继电器由常开触点切换到常闭触点，从而断开供电线路，使得燃料电池堆停止给锂电池供电。

32、在一实施例中，所述fcu控制模块采用预设的分段控制逻辑对锂电池进行分段充电；具体地，将锂电池的电量分为多个层级，对应地设置燃料电池堆的多个充电功率；当锂电池位于某一个层级时，fcu控制模块根据bms控制模块反馈的锂电池的电量信号控制燃料电池堆输出对应的充电功率。

33、本技术第四方面提供了一种提升锂电池充电效率的氢增程器的控制方法，其包括以下状态中的至少一种：

34、启动状态：

35、在启动状态下，锂电池为bms控制模块和氢增程器供电，具体地，锂电池为fcu控制模块、转换控制模块、空压机、开度调节阀和循环泵供电；

36、bms控制模块实时采集锂电池的电量信号和电压等级信号，发送给转换控制模块，并由其传递给fcu控制模块；

37、所述转换控制模块控制继电器切换至常开触点，导通供电线路，以给氢增程器供电；以及控制直流稳压模块工作，使得供电线路的电压保持稳定状态；

38、所述fcu控制模块控制得电的空压机、开度调节阀和循环泵开始工作；其中，空压机提供空气，循环泵提供冷却液的循环动力；开度调节阀在fcu控制模块的控制下打开，使得氢气到达燃料电池堆；从而燃料电池堆开始发电；

39、在燃料电池堆开始发电后，所述fcu控制模块实时监控燃料电池堆的电压等级信号，并实时从转换控制模块获得来自bms控制模块的锂电池的电压等级信号；将两个电压等级进行比较；当燃料电池堆的电压等级小于锂电池的电压等级时，继续拉升发电；当燃料电池堆的电压等级大于等于锂电池的电压等级时，将该信号反馈给转换控制模块；转换控制模块控制继电器由常开触点切换到常闭触点再切换回常开触点，完成电流方向的切换，使得燃料电池堆开始给锂电池充电，并为氢增程器自身供电；从而进入正常工作状态；

40、正常工作状态：

41、在正常工作状态下，所述fcu控制模块实时监控燃料电池堆输出的电量信号和电压等级信号，并实时从转换控制模块获得来自bms控制模块的锂电池的电量信号和电压等级信号；根据锂电池的电量的缺口对其进行充电；

42、电堆过压状态：

43、由于所述fcu控制模块一直在实时监控燃料电池堆的电压等级，当检测到燃料电池堆的电压等级达到预设的阈值时，fcu控制模块将该信号传递给转换控制模块；转换控制模块控制继电器由常开触点切换到常闭触点，从而断开供电线路，使得燃料电池堆停止给锂电池供电。

44、本技术至少一种实施例提供的提升锂电池充电效率的氢增程器，能够使得半固态磷酸铁锂电池内部电量维持在20％～90％之间；可提高燃料电池堆约21％的反应效率，并延长燃料电池堆约110天的使用寿命，增加续航。

45、本技术至少一种实施例提供的提升锂电池充电效率的氢增程器，相对于现有氢动力两轮车启动模式进行了创新，采用冷启动，将启动时间大大缩短。

46、在搭载了本技术至少一种实施例提供的提升锂电池充电效率的氢增程器后的氢动车，可解决现有氢系统启动时动力不足，需时间进行动力拉升的痛点。增程式设计还具有低碳环保，应用场景广泛的优点。