[发明专利]一种氢发动机及其新型能量输出管理方法

说明书

本发明公开了一种氢发动机，包括燃料电堆、供氢系统、氢发动机控制器、冷却系统和空气系统，所述冷却系统中加入一个辅助负载，辅助负载通电时会将电能转化为热能，将热量传递给流经的燃料电池冷却液；燃料电堆的功率输出有两条并联电路，一条对外输出电能，由功率输出主继电器K01控制，而K04和R01组成其预充电路；另一条输送给辅助负载消耗电能，由K02控制；辅助负载还可以由外界动力电池供电，其由继电器K03控制。本发明还提出了一种氢发动机的新型能量输出管理方法，包括燃料电堆能量输出控制方法和冷启动方法。本发明优化了氢发动机的能量输出管理结构；为辅助负载配置了两种能量输入形式，系统集成性高；有效利用了燃料电池的输出电能，能量利用效率高。

【技术领域】

本发明涉及氢发动机的技术领域，特别是氢发动机及其新型能量输出管理方法的技术领域。

【背景技术】

氢发动机是一种利用氢气和氧气电化学反应产生电量的新型动力源。采用该新型动力的新能源汽车，与传统燃油汽车相比较，能够实现零排放，全生命周期内对环境污染均极小；而与纯电动汽车相比较，不存在续航里程限制等先天不足的缺点。因此，氢发动机已经成为未来新能源汽车的一个重要发展方向。

尽管氢发动机与传统内燃机相比较具有节能和环保优势，但由于氢气和氧气电化学反应存在一定的有效工作区域和工作惯性，导致氢发动机不能像传统内燃机一样，在车辆怠速运行或者紧急制动等工况点，迅速切断电堆自身的电能输出，实现对外界系统的零能量输出。

目前，现有的氢发动机技术很少考虑这个特殊时刻的能量管理策略，通常采用控制与氢发动机配套使用的锂离子电池的SOC状态，尽量避免整车出现无法接受氢发动机能量输出的状况。氢发动机车辆的未来发展趋势是锂离子电池能量配比逐渐下降。当汽车怠速运行或紧急制动时，如果氢发动机不能迅速切断对外能量输出，锂离子电池的SOC会过高。这就导致了：1)锂离子电池利用率不高，造成浪费；2)因SOC过高，氢发动机被迫关机，等车辆再次运行时，又需要再次启动氢发动机，使得氢发动机频繁开关机，从而影响氢发动机的寿命；3)如果氢发动机不关机，则只能维持极低的能量输出，此时氢发动机工作电流较小，工作电压与正常工作电压相比极高，要求与氢发动机配套的DCDC及相应的电气部件工作区域变得很宽，导致系统工作效率大幅降低。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种氢发动机及其新型能量输出管理方法，具有以下作用：当氢发动机需要紧急切断功率输出时，通过该辅助负载可迅速实现氢发动机对外零电能输出；当氢发动机处于冷启动过程中，可通过动力电池给辅助负载供电，加热冷却液使燃料电堆升温至可以启动的温度，使燃料电池在低温下顺利启动。

为实现上述目的，本发明提出了一种氢发动机，包括燃料电堆、供氢系统、氢发动机控制器、冷却系统和空气系统，所述冷却系统包含散热器、去离子器、节温器、辅助负载、水泵，空气系统包括空压机、空滤、尾排管；所述氢发动机控制器与供氢系统、空压机、冷却系统和车辆动力单元均电性连接；所述燃料电堆通过管路连接去离子器，去离子器两端通过管路与散热器相连，去离子器上通过管路接入节温器，节温器通过管路依次连接辅助负载、水泵、燃料电堆；所述燃料电堆通过管路与供氢系统、空压机、尾排管均连通，空压机通过管路连接空滤，空滤通过管路外接大气；所述辅助负载通电时会将电能转化为热能，并将热量传递给流经的燃料电池冷却液；所述燃料电堆的功率输出有两条并联电路，燃料电堆的一条并联电路用于对外输出电能，所述并联电路由继电器K01控制、由继电器K04和电阻R01组成预充电路；所述燃料电堆的另一条并联电路输送给辅助负载消耗电能，所述并联电路由继电器K02控制；所述辅助负载由车辆动力单元供电并组成供电电路，所述供电电路由继电器K03控制。

作为优选，所述冷却系统包含散热器、去离子器、节温器、辅助负载、水泵，冷却系统中不流经散热器的冷却回路为内循环回路，流经散热器的冷却回路为外循环回路；所述节温器控制冷却液走内循环回路还是外循环回路。