一種電池系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明屬于電動(dòng)車能源領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃料電池電動(dòng)汽車中，燃料電池的反應(yīng)機(jī)理是將燃料中的化學(xué)能不經(jīng)過燃燒直接轉(zhuǎn)化為電能，即通過電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)際上就是電解水的逆過程，通過氫氧的化學(xué)反應(yīng)生成水并釋放電能。電化學(xué)反應(yīng)所需的還原劑一般采用氫氣，氧化劑則采用氧氣，因此最早開發(fā)的燃料電池電動(dòng)汽車多是直接采用氫燃料，氫氣的儲(chǔ)存可采用液化氫、壓縮氫氣或金屬氫化物儲(chǔ)氫等形式。

由于燃料電池的反應(yīng)不經(jīng)過熱機(jī)過程，因此其能量轉(zhuǎn)換效率不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)化效率高；它的排放主要是水非常清潔，不產(chǎn)生任何有害物質(zhì)。因此，燃料電池技術(shù)的研究和開發(fā)備受各國(guó)政府與大公司的重視，被認(rèn)為是21世紀(jì)的潔凈、高效的發(fā)電技術(shù)之一，如專利文獻(xiàn)cn1533621a。

燃料電池系統(tǒng)配置有獨(dú)立的高壓轉(zhuǎn)低壓設(shè)備(dcdc)，其獨(dú)立于整車本身設(shè)置的高壓轉(zhuǎn)低壓設(shè)備，用于將高壓電源的高壓轉(zhuǎn)低壓，并給氫燃料電池系統(tǒng)中的低壓蓄電瓶和低壓裝置供電，但高壓電源由整車的動(dòng)力電池提供。在整車鑰匙高壓下電后，由于整車的動(dòng)力電池被切斷，氫燃料電池系統(tǒng)立刻進(jìn)入延時(shí)停機(jī)階段，氫燃料電池系統(tǒng)所有的電器設(shè)備(包括高壓設(shè)備：氫燃料電池低壓dcdc、氫燃料電池空壓機(jī)，低壓設(shè)備：電堆冷卻風(fēng)扇、電堆冷卻水泵，空壓機(jī)冷卻風(fēng)扇，輔助水泵、氫燃料電池系統(tǒng)控制器等)會(huì)停機(jī)，氫燃料電池高壓設(shè)備會(huì)立即斷電。然而，氫燃料電池系統(tǒng)中的空壓機(jī)在氫燃料電池系統(tǒng)的反應(yīng)堆還未完全停機(jī)的時(shí)候停機(jī)，造成反應(yīng)堆內(nèi)的水無法被快速帶出，積水后的反應(yīng)堆容易老化甚至損壞，同時(shí)，由于電堆冷卻風(fēng)扇和電堆冷卻水泵在溫度較高的情況下關(guān)閉，電堆內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)仍在繼續(xù)，而電堆的冷卻風(fēng)扇和電堆的冷卻水泵即已經(jīng)停止工作，造成電堆內(nèi)部溫度的持續(xù)上升，電堆內(nèi)部的高溫就會(huì)對(duì)整個(gè)電堆部件造成損壞從而影響使用壽命。

同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)配立有獨(dú)立的低壓蓄電瓶給燃料電池系統(tǒng)本身的設(shè)備供電，而電動(dòng)車本身還含有標(biāo)配的低壓蓄電瓶給整車的其它設(shè)備供電，造成了重復(fù)配置，從而增加了整車的重量以及所需的安裝空間，還增加了氫燃料電池系統(tǒng)的采購成本和后期的維護(hù)費(fèi)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種電池系統(tǒng)，其目的在于通過整車控制器延遲關(guān)閉燃料電池系統(tǒng)的高壓裝置和低壓裝置，由此延長(zhǎng)燃料電池系統(tǒng)的壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電池系統(tǒng)，包括啟動(dòng)裝置、中心控制器、動(dòng)力電源、第一繼電器、直流電壓變換器、燃料電池裝置、整車低壓裝置、燃料以及整車高壓裝置；

所述啟動(dòng)裝置的第一控制端連接燃料的輸入端，第二控制端連接整車高壓裝置的第一輸入端，第三控制端連接中心控制器的輸入端，所述中心控制器的第一控制端連接第一繼電器的第一輸入端，所述動(dòng)力電源的第一輸出端連接第一繼電器的第二輸入端，第二輸出端連接整車高壓裝置的第二輸入端，所述第一繼電器的輸出端連接直流電壓變換器，所述直流電壓變換器的輸出端連接燃料電池裝置，所述燃料電池裝置以及整車低壓裝置并聯(lián)；

所述啟動(dòng)裝置用于發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)以及關(guān)閉信號(hào)，所述中心控制器用于根據(jù)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出啟動(dòng)控制信號(hào)，并根據(jù)關(guān)閉信號(hào)在延遲閾值后發(fā)出關(guān)閉控制信號(hào)，所述動(dòng)力電源用于提供高壓電源，所述第一繼電器用于根據(jù)啟動(dòng)控制信號(hào)開啟，并根據(jù)關(guān)閉控制信號(hào)關(guān)閉，所述直流電壓變換器用于將高壓電源轉(zhuǎn)換為低壓電源。

優(yōu)選地，所述電池系統(tǒng)還包括蓄電池，所述蓄電池與燃料電池裝置并聯(lián)。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述直流電壓變換器還用于根據(jù)蓄電池的電壓，獲得充電信號(hào)，所述蓄電池用于根據(jù)充電信號(hào)進(jìn)行充電，并在第一繼電器關(guān)閉時(shí)，提供低壓電源。

優(yōu)選地，所述電池系統(tǒng)還包括第二繼電器，所述燃料電池裝置包括燃料電池高壓裝置以及燃料電池低壓裝置，所述中心控制器的第二控制端連接第二繼電器的第一輸入端，所述動(dòng)力電源的第三輸出端連接第二繼電器的第二輸入端，所述第二繼電器的輸出端連接燃料電池高壓裝置的輸入端，所述第二繼電器用于根據(jù)啟動(dòng)控制信號(hào)開啟，并根據(jù)關(guān)閉控制信號(hào)關(guān)閉。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述燃料電池裝置包括空壓機(jī)、燃料電池系統(tǒng)控制器、電堆冷卻風(fēng)扇、空壓機(jī)冷卻風(fēng)扇、電堆冷卻水泵以及輔助系統(tǒng)冷卻水泵。

優(yōu)選地，所述延遲閾值為25s～40s。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種利用上述電池系統(tǒng)的電動(dòng)車。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于通過整車控制器延遲關(guān)閉氫燃料電池系統(tǒng)的高壓裝置和低壓裝置，能夠取得下列有益效果：

1、通過控制器向第一繼電器在延遲閾值后再發(fā)出關(guān)閉控制信號(hào)，使得在啟動(dòng)裝置斷開燃料和整車高壓裝置的運(yùn)作后，燃料電池裝置以及整車低壓裝置仍能持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，保護(hù)了氫燃料電池系統(tǒng)正常下電時(shí)，電堆以及相關(guān)附件的安全；

2、減少了重復(fù)配置的蓄電池和直流電壓轉(zhuǎn)換器，整車所有的電池系統(tǒng)僅使用一個(gè)直流電壓變換器以及一個(gè)蓄電池，實(shí)現(xiàn)了燃料電池裝置以及整車低壓裝置協(xié)同運(yùn)行并關(guān)閉，避免了氫燃料電池系統(tǒng)下電失去保護(hù)以及整車的低壓蓄電瓶虧電的情況，同時(shí)減少了氫燃料電池系統(tǒng)的采購成本和后期的維護(hù)費(fèi)用、降低了整車的重量、減小了氫燃料電池系統(tǒng)的安裝空間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1電動(dòng)車能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明公開了一種用于電動(dòng)力能源系統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)，包括燃料、啟動(dòng)裝置、動(dòng)力電源、中心控制器、繼電器、蓄電池、燃料電池基礎(chǔ)裝置以及整車基礎(chǔ)裝置等；其中，整車基礎(chǔ)裝置包括整車高壓裝置以及整車低壓裝置，如鋰電池控制器、電機(jī)控制器、三合一控制器、高壓箱內(nèi)的接觸器、車內(nèi)外燈具、雨刮、儀表、車載監(jiān)控終端、鼓風(fēng)機(jī)、收放機(jī)、點(diǎn)煙器、行車記錄儀等；而燃料電池基礎(chǔ)裝置包括空壓機(jī)這樣的高壓裝置，也包括燃料電池系統(tǒng)控制器、電堆冷卻風(fēng)扇、空壓機(jī)冷卻風(fēng)扇、電堆冷卻水泵以及輔助系統(tǒng)冷卻水泵等低壓裝置；

所述啟動(dòng)裝置的輸出端連接中心控制器、整車高壓裝置以及燃料的輸入端，所述動(dòng)力電源的輸出端連接第一繼電器、第二繼電器以及整車高壓裝置的輸入端，所述中心控制器的控制端連接第一繼電器和第二繼電器的控制端，所述第一繼電器的輸出端連接直流電壓變換器的輸入端，所述蓄電池、燃料電池基礎(chǔ)裝置以及整車低壓裝置并聯(lián)，如圖1所示；

所述動(dòng)力電源用于直流的高壓電源，所述啟動(dòng)裝置用于根據(jù)外部的控制，發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)以及關(guān)閉信號(hào)，所述中心控制器用于根據(jù)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出啟動(dòng)控制信號(hào)，并根據(jù)關(guān)閉信號(hào)在延遲閾值(通常為25s～40s)后發(fā)出關(guān)閉控制信號(hào)，所述第一繼電器和第二繼電器用于根據(jù)啟動(dòng)控制信號(hào)開啟，并根據(jù)關(guān)閉控制信號(hào)關(guān)閉，所述直流電壓變換器用于將高壓電源轉(zhuǎn)換為低壓電源，同時(shí)還根據(jù)蓄電池的電壓，向蓄電池發(fā)出充電信號(hào)，所述蓄電池用于根據(jù)充電信號(hào)進(jìn)行充電，并在第一繼電器關(guān)閉時(shí)，提供低壓電源；

直流電壓變換器的輸出端連接并聯(lián)的蓄電池、燃料電池低壓裝置以及整車低壓裝置，同時(shí)還連接有燃料電池高壓裝置。

該燃料電池系統(tǒng)的工作過程分為以下步驟：

s1.車鑰匙插入啟動(dòng)裝置并轉(zhuǎn)到on檔，中心控制器收到啟動(dòng)信號(hào)，第一繼電器以及第二繼電器閉合，動(dòng)力電源輸出高壓電源，整車高壓裝置、燃料電池高壓裝置以及直流電壓變換器均通電；

s2.在直流電壓變換器工作良好的情況下，直流電壓變換器會(huì)將高壓電源變換為第一低壓電源；蓄電池判斷所述直流電壓變換器是否輸出第一低壓電源，否則輸出第二低壓電源，給燃料電池低壓裝置、整車低壓裝置以及燃料電池高壓裝置的控制端供電，進(jìn)入步驟s5，是則進(jìn)入步驟s3；

s3.直流電壓變換器根據(jù)蓄電池的自身電壓是否大于ε％標(biāo)準(zhǔn)電壓，判斷蓄電池的電容量是否充足，是則直接進(jìn)入步驟s4，否則蓄電池將低壓電源儲(chǔ)存，進(jìn)入步驟s4；其中，ε％為70％～80％；

s4.燃料電池低壓裝置以及整車低壓裝置由第一低壓電源供電，進(jìn)入步驟s5；

s5.車鑰匙轉(zhuǎn)到off檔，中心控制器收到的啟動(dòng)信號(hào)中斷，整車控制器在延遲時(shí)間后切斷第一繼電器以及第二繼電器，繼而動(dòng)力電源停止輸出高壓電源，燃料電池低壓裝置、燃料電池高壓裝置以及整車低壓裝置停止工作，所述延遲時(shí)間為25s～40s；

s6.由于燃料電池系統(tǒng)自己內(nèi)部通常還具有燃料電池系統(tǒng)控制器，該燃料電池系統(tǒng)控制器在電源停止輸出后，以蓄電池的第二低壓電源為來源繼續(xù)工作25～40s，因此，在整車低壓裝置停止工作后，燃料電池裝置仍能工作25～40s，從而進(jìn)一步保證了燃料電池系統(tǒng)的安全以及使用壽命。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的電動(dòng)車能源系統(tǒng)包括整車控制器、鑰匙、動(dòng)力電池高壓電、低壓電源、燃料電池系統(tǒng)以及整車基礎(chǔ)裝置；其中，燃料電池系統(tǒng)包括第二繼電器(空壓機(jī)接觸器)、第一繼電器(dc/dc接觸器)、空壓機(jī)、低壓dc/dc以及燃料電池低壓裝置，而燃料電池低壓裝置又包括燃料電池系統(tǒng)控制器、電堆冷卻風(fēng)扇、空壓機(jī)冷卻風(fēng)扇、電堆冷卻水泵以及輔助系統(tǒng)冷卻水泵等，如圖2所示；而圖2上未示出的整車基礎(chǔ)裝置包括鋰電池控制器、電機(jī)控制器、三合一控制器、高壓箱內(nèi)的接觸器、車內(nèi)外燈具、雨刮、儀表、車載監(jiān)控終端、鼓風(fēng)機(jī)、收放機(jī)、點(diǎn)煙器、行車記錄儀等主要部件。

其中，動(dòng)力電池的第一輸出端連接第二繼電器(空壓機(jī)接觸器)的常開端，第一輸出端連接第一繼電器(dc/dc接觸器)的常開端，整車控制器的第一輸出端連接第二繼電器的控制端，第二輸出端連接第一繼電器的控制端，啟動(dòng)裝置(鑰匙)的第一輸出端連接整車控制器，第二輸出端連接低壓電源，第二繼電器的輸出端連接氫燃料電池系統(tǒng)的空壓機(jī)的輸入端，第一繼電器的輸出端連接氫燃料電池系統(tǒng)的低壓dc/dc，而第一繼電器的第一輸出端連接整車低壓蓄電瓶的輸入端，氫燃料電池系統(tǒng)低壓dcdc的第二輸出端連接燃料電池低壓裝置的輸入端；

其中，整車控制器用于控制空壓機(jī)接觸器和dc/dc高壓接觸器的常開開關(guān)閉合和延時(shí)(25～40s)斷開，動(dòng)力電池用于提供高壓電源，空壓機(jī)接觸器用于閉合和切斷動(dòng)力電池高壓電接口1到氫燃料電池系統(tǒng)空壓機(jī)之間的高壓電路，dc/dc接觸器用于根據(jù)閉合和切斷的控制信號(hào)，控制自身的開斷，整車控制器用于控制dc/dc接觸器的常開開關(guān)閉合和延時(shí)(25～40s)斷開，動(dòng)力電池高壓電接口2用于給氫燃料電池系統(tǒng)低壓dc/dc提供高壓電源，氫燃料電池系統(tǒng)空壓機(jī)用于給氫燃料電池系統(tǒng)電堆提供空氣以及帶走電堆中的水，氫燃料電池系統(tǒng)低壓dc/dc用于給氫燃料系統(tǒng)低壓基礎(chǔ)裝置和整車低壓蓄電瓶提供低壓電源，鑰匙用于給整個(gè)系統(tǒng)輸出開機(jī)運(yùn)行指令和停機(jī)的指令。

現(xiàn)有技術(shù)中整車控制器接收到鑰匙的開機(jī)后執(zhí)行輸出燃料電池系統(tǒng)空壓機(jī)高壓接觸器電源和氫燃料電池系統(tǒng)低壓dc/dc高壓接觸器電源，整車控制器接收到鑰匙的關(guān)機(jī)命令后，整車控制器停止輸出燃料電池系統(tǒng)空壓機(jī)高壓接觸器電源和氫燃料電池系統(tǒng)低壓dc/dc高壓接觸器電源。

本發(fā)明中執(zhí)行整車控制器接收到鑰匙的開機(jī)后執(zhí)行輸出燃料電池系統(tǒng)空壓機(jī)高壓接觸器電源和氫燃料電池系統(tǒng)低壓dc/dc高壓接觸器電源，整車控制器接收到鑰匙的關(guān)機(jī)命令后，整車控制器延時(shí)(30-40s)后才停止輸出燃料電池系統(tǒng)空壓機(jī)高壓接觸器電源和氫燃料電池系統(tǒng)低壓dc/dc高壓接觸器電源。而整車的其它設(shè)備與鑰匙直接連接，隨著鑰匙的關(guān)閉而同步斷電。

1.取消氫燃料電池系統(tǒng)的低壓蓄電瓶后的供電方案：

整車高低壓正常上電后，動(dòng)力電池高壓電輸出給氫燃料電池低壓dcdc接觸器的輸入端，整車控制器輸出氫燃料電池系統(tǒng)低壓dcdc高壓接觸器控制電源，控制氫燃料電池低壓dcdc接觸器的常開觸點(diǎn)閉合，氫燃料電池低壓dcdc接觸器輸出高壓電給氫燃料電池低壓dcdc的輸入端，氫燃料電池低壓dcdc輸出低壓電(12v/24v,現(xiàn)有的低壓電等級(jí))給氫燃料電池系統(tǒng)的低壓設(shè)備，包括電堆冷卻風(fēng)扇、電堆冷卻水泵，空壓機(jī)冷卻風(fēng)扇，輔助水泵、氫燃料電池系統(tǒng)控制器等；在整車下電時(shí)(鑰匙o(hù)n檔關(guān)閉)，整車控制器輸出的氫燃料電池系統(tǒng)低壓dcdc高壓接觸器控制電源從鑰匙o(hù)n檔關(guān)閉開始計(jì)時(shí)30s時(shí)，停止輸出，保證電堆安全停機(jī)。

2、氫燃料電池低壓dcdc與整車蓄電瓶的關(guān)系：

2.1.氫燃料電池低壓dcdc判斷整車低壓蓄電瓶的電壓是否充足，在整車低壓蓄電瓶的電壓不足的情況下，氫燃料電池低壓dcdc給氫燃料電池系統(tǒng)低壓設(shè)備提供電源的同時(shí)也給整車蓄電瓶充電；否則進(jìn)入2.2

2.2.在整車低壓蓄電瓶的電壓充足的情況下，氫燃料電池低壓dcdc只給氫燃料電池系統(tǒng)低壓設(shè)備提供電源；

2.3.氫燃料電池低壓dcdc出現(xiàn)故障時(shí)，整車低壓蓄電瓶給氫燃料電池系統(tǒng)低壓設(shè)備提供電源，保障氫燃料電池系統(tǒng)正常停機(jī)，氫燃料電池系統(tǒng)控制器會(huì)根據(jù)氫燃料電池系統(tǒng)反應(yīng)堆的具體停機(jī)的時(shí)間(一般為25～40s)控制氫燃料電池系統(tǒng)各個(gè)用電設(shè)備停機(jī)，如果整車的dc/dc故障了，整車的低壓蓄電瓶的電源提供給氫燃料電池系統(tǒng)，由氫燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部分配給內(nèi)部的設(shè)備，并由氫燃料電池內(nèi)部的控制器控制各個(gè)設(shè)備延時(shí)停機(jī)。

3.整車高低壓正常上電后，動(dòng)力電池高壓電輸出給氫燃料電池空壓機(jī)接觸器的輸入端，整車控制器輸出氫燃料電池空壓機(jī)高壓接觸器控制電源，控制氫燃料電池空壓機(jī)接觸器的常開觸點(diǎn)閉合，氫燃料電池空壓機(jī)接觸器輸出高壓電給氫燃料電池空壓機(jī)的輸入端，氫燃料電池空壓機(jī)在無任何故障的情況下開始正常工作；在整車下電時(shí)(鑰匙o(hù)n檔關(guān)閉)，整車控制器在計(jì)時(shí)25～40s后輸出關(guān)閉信號(hào)，令氫燃料電池空壓機(jī)高壓接觸器控制電源停止輸出，保證電堆安全停機(jī)。

本實(shí)施例將延時(shí)設(shè)置為30s，以適應(yīng)本實(shí)施例所用的氫燃料系統(tǒng)的要求，氫燃料電池系統(tǒng)在接收到停機(jī)命令開始計(jì)時(shí)30s內(nèi)，氫燃料電池系統(tǒng)的反應(yīng)堆會(huì)結(jié)束反應(yīng)，完全停止。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。