一种氢能混动的车辆驱动系统的制作方法

1.本发明涉及氢动力技术领域，尤其涉及一种氢能混动的车辆驱动系统。


背景技术：

2.随着全球温室效应的不断升高，可替代化石燃料的新型能源开发极为关键。氢能源被称为二十一世纪的终极能源，其参与的化学能量转化过程无任何污染物排放。
3.现有技术或使用氢燃料电池，或使用氢燃料电池发动机作为氢能动力，使用氢燃料电池实现高速驱动时，会出现电堆的冲击耐久性不足，进而提升了成本，使用氢燃料电池发动机会增加氢的消耗、导致车辆运行效率低。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种氢能混动的车辆驱动系统，以实现氢能混动对车辆进行驱动。
5.根据本发明的一方面，提供了一种氢能混动的车辆驱动系统，该系统包括：包括：控制器，与控制器连接的氢燃料发动机模块和氢燃料电池模块；
6.控制器，用于获取启动信息，判断启动信息是否满足预设条件，若满足，生成发动机运行指令，并将发动机运行指令发送至氢燃料发动机模块，否则，生成燃料电池运行指令，并将燃料电池运行指令发送至氢燃料电池模块；
7.氢燃料发动机模块，用于接收发动机运行指令，并根据发动机运行指令驱动车辆；
8.氢燃料电池模块，用于接收燃料电池运行指令，并根据燃料电池运行指令驱动车辆。
9.优选的，系统还包括与控制器连接的油门踏板模块；油门踏板模块，用于获取开启指令，并将开启指令发送至控制器；控制器，用于接收开启指令，根据开启指令获取启动信息，其中，启动信息中包括环境温度信息和车辆静止时长。
10.优选的，系统还包括与控制器、氢燃料发动机模块和氢燃料电池模块分别连接的供氢供气模块；控制器，还用于将发动机运行指令或燃料电池运行指令发送至供氢供气模块；供氢供气模块，用于接收发动机运行指令或燃料电池运行指令，并根据发动机运行指令为氢燃料发动机模块供氢供气，根据燃料电池运行指令为氢燃料电池模块供氢供气。
11.优选的，系统还包括与控制器、氢燃料发动机模块和氢燃料电池模块分别连接的冷却模块；控制器，还用于将发动机运行指令发送至冷却模块；冷却模块，用于接收发动机运行指令，并根据发动机运行指令对冷却液温度进行检测，将检测到的冷却液温度发送至控制器，并根据冷却液温度对氢燃料电池模块进行预热；控制器，用于接收冷却液温度，并根据冷却液温度生成燃料电池供气指令和发动机停止指令，将燃料电池供气指令发送至供氢供气模块，将发动机停止指令发送至氢燃料发动机模块；供氢供气模块，用于接收燃料电池供气指令，并根据燃料电池供气指令对氢燃料电池模块进行供气；氢燃料发动机模块，用于接收发送机停止指令，并根据发动机停止指令停止工作。
12.优选的，控制器，还用于获取车辆运行功率，根据车辆运行功率生成发动机预热指
令，并将发动机预热指令发送至冷却模块；冷却模块，用于接收发动机预热指令，根据发动机预热指令对氢燃料发动机模块进行预热。
13.优选的，控制器，还用于根据车辆运行功率生成供气指令和燃料电池停止指令，并将供气指令发送至供氢供气模块，将燃料电池停止指令发送给氢燃料电池模块；供氢供气模块，用于接收供气指令，并根据供气指令向氢燃料发动机模块和氢燃料电池模块供气；氢燃料电池模块，用于接收燃料电池停止指令，并根据燃料电池停止指令停止工作。
14.优选的，系统还包括与油门踏板模块、供氢供气模块和冷却模块分别相连的蓄电池模块；油门踏板模块，还用于将开启指令发送至蓄电池模块；蓄电池模块，用于接收开启指令，并根据开启指令为供氢供气模块和冷却模块供电。
15.优选的，系统还包括与氢燃料电池模块相连的电压转换模块，以及与电压转换模块相连的电机模块；氢燃料电池模块，用于根据燃料电池运行指令生成初始电压，并将初始电压传输至电压转换模块；电压转换模块，用于接收初始电压，并对初始电压进行电压转换生成最终电压，并将最终电压发送至电机模块；电机模块，用于接收最终电压，在最终电压下驱动车辆。
16.优选的，系统还包括与电机模块连接的驱动装置；电机模块，用于根据最终电压生成第一驱动信息，并将第一驱动信息发送至驱动装置；驱动装置，用于接收第一驱动信息，并根据第一驱动信息进行车辆驱动。
17.优选的，驱动装置还与氢燃料发动机模块连接；氢燃料发动机模块，还用于根据发动机运行指令生成第二驱动信息，并将第二驱动信息发送至驱动装置；驱动装置，用于接收第二驱动信息，并根据第二驱动信息进行车辆驱动。
18.本发明实施例的技术方案，通过获取启动信息，根据预设条件的不同生成发动机运行指令或燃料电池运行指令，在不适合氢燃料电池模块运行的预设条件下运行氢燃料发动机模块，增加了电堆的冲击耐久性，结合两者的优势以提高驱动效率，进而降低了成本。
19.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是根据本发明实施例一提供的一种氢能混动的车辆驱动系统结构示意图；
22.图2是根据本发明实施例一提供的另一种氢能混动的车辆驱动系统结构示意图；
23.图3是根据本发明实施例一提供的一种氢能混动的车辆驱动系统的供氢供气模块结构示意图；
24.图4是根据本发明实施例一提供的一种系统内部动力系统组成结构示意图；
25.图5是根据本发明实施例一提供的一种系统运行协同策略示意图；
26.图6是根据本发明实施例二提供的另一种氢能混动的车辆驱动系统结构示意图。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
28.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
29.实施例一
30.图1是本发明实施例一提供的一种氢能混动的车辆驱动系统的结构示意图，系统包括：控制器110，与控制器110连接的氢燃料发动机模块120和氢燃料电池模块130。
31.优选的，控制器110，用于获取启动信息，判断启动信息是否满足预设条件，若满足，生成发动机运行指令，并将发动机运行指令发送至氢燃料发动机模块120，否则，生成燃料电池运行指令，并将燃料电池运行指令发送至氢燃料电池模块130；氢燃料发动机模块120，用于接收发动机运行指令，并根据发动机运行指令驱动车辆；氢燃料电池模块130，用于接收燃料电池运行指令，并根据燃料电池运行指令驱动车辆。
32.其中，控制器110是指车辆的控制中心，控制器110可以通过传感器获取启动信息，启动信息是指环境温度信息和车辆静止时长，其中，环境温度信息是指车辆启动时周围的温度，车辆静止时长是指整车停止运行时间，氢燃料发动机模块120是指通过氢气和氧气在气缸内燃烧释放反应气体的化学能，通过反应气体膨胀做功的动力设备；氢燃料电池模块130是指将氢气和氧气通过电化学反应直接转化为电能的发电装置。
33.具体的，在控制器110获取启动信息后，可以判断启动信息是否满足预设条件，预设条件是研发人员根据氢燃料发动机与氢燃料电池性能优势提前设置在控制器110内部的，在低温启动和整车高速高负荷区生成发动机运行指令，通过氢燃料发动机驱动车辆，在常温启动和整车低速低负荷区以及中速中负荷区生成燃料电池运行指令，通过氢燃料电池驱动车辆；即氢燃料电池模块130和氢燃料发动机模块120分别代表两个不同的动力系统：以氢燃料发动机模块120为核心的动力系统1和以氢燃料电池模块130为核心的动力系统2。
34.示例性的，在环境温度信息低于(包含等于)0℃的气候条件下，整车停止运行2-3个小时后或在环境温度信息低于(包含等于)-15℃的气候条件下，整车停止运行1个小时后或在环境温度信息低于-20℃(包含等于)的气候条件下，整车停止运行0.5个小时后，控制器110会生成发动机运行指令，并将发动机运行指令发送至氢燃料发动机模块120，氢燃料发动机模块120在接收到发动机运行指令后会根据发动机运行指令驱动车辆。
35.具体的，若未满足上述条件，控制器110会生成燃料电池运行指令，即在环境温度信息高于0℃的气候条件下或在环境温度信息低于(包含等于)0℃的气候条件下，整车停止
运行2-3个小时内或在环境温度信息低于(包含等于)-15℃的气候条件下，整车停止运行1个小时内或在环境温度信息低于-20℃(包含等于)的气候条件下，整车停止运行0.5个小时内，控制器110会生成燃料电池运行指令，并将燃料电池运行指令发送至氢燃料电池模块130，氢燃料电池模块130在接收到燃料电池运行指令后会根据燃料电池运行指令驱动车辆。
36.图2是本发明实施例一提供的一种氢能混动的车辆驱动系统的结构示意图，系统还包括：油门踏板模块140、供氢供气模块150、冷却模块160和蓄电池模块170。
37.优选的，系统还包括与控制器110连接的油门踏板模块140；油门踏板模块140，用于获取开启指令，并将开启指令发送至控制器110；控制器110，用于接收开启指令，根据开启指令获取启动信息，其中，启动信息中包括环境温度信息和车辆静止时长。
38.具体的，油门踏板模块140是指位于车辆内部的油门踏板，用户可以通过踩踏油门踏板生成开启指令驱动车辆，油门踏板模块140可以获取开启指令并将开启指令发送至控制器110，控制器110在接收到开启指令后会通过传感器获取启动信息，启动信息中包括环境温度信息和车辆静止时长。
39.优选的，系统还包括与控制器110、氢燃料发动机模块120和氢燃料电池模块130分别连接的供氢供气模块150；控制器110，还用于将发动机运行指令或燃料电池运行指令发送至供氢供气模块150；供氢供气模块150，用于接收发动机运行指令或燃料电池运行指令，并根据发动机运行指令为氢燃料发动机模块120供氢供气，根据燃料电池运行指令为氢燃料电池模块130供氢供气。
40.图3是根据本发明实施例一提供的一种氢能混动的车辆驱动系统的供氢供气模块150结构示意图，其中，供氢供气模块150包括供氢单元和供气单元，供氢单元可以提供氢燃料发动机模块120和氢燃料电池模块130所需的氢气，供气单元可以提供氢燃料发动机模块120和氢燃料电池模块130所需的氧气。当控制器110获取启动信息后，会根据启动信息生成发动机运行指令或燃料电池运行指令，并将发动机运行指令或燃料电池运行指令发送给供氢供气模块150，当供氢供气模块150在接收到发动机运行指令时，给氢燃料发动机进行供氢供气，当供氢供气模块150在接收到燃料电池运行指令时，给氢燃料电池进行供氢供气。
41.优选的，系统还包括与控制器110、氢燃料发动机模块120和氢燃料电池模块130分别连接的冷却模块160；控制器110，还用于将发动机运行指令发送至冷却模块160；冷却模块160，用于接收发动机运行指令，并根据发动机运行指令对冷却液温度进行检测，将检测到的冷却液温度发送至控制器110，并根据冷却液温度对氢燃料电池模块130进行预热；控制器110，用于接收冷却液温度，并根据冷却液温度生成燃料电池供气指令和发动机停止指令，将燃料电池供气指令发送至供氢供气模块150，将发动机停止指令发送至氢燃料发动机模块120；供氢供气模块150，用于接收燃料电池供气指令，并根据燃料电池供气指令对氢燃料电池模块130进行供气；氢燃料发动机模块120，用于接收发送机停止指令，并根据发动机停止指令停止工作。
42.具体的，冷却模块160是指由装有冷却液的连通管构成的能对氢燃料发动机模块120和氢燃料电池模块130进行预热的预热装置；当控制器110获取的启动信息满足预设条件时，控制器110会生成发动机运行指令，并将发动机运行指令发送给冷却模块160，冷却模块160在接收到发动机运行指令后通过内部设置的传感器对内部冷却液温度进行检测，当
冷却液温度超过预热阈值时，冷却模块160可对氢燃料电池模块130进行预热，预热阈值是研发人员提前设置的，例如，可以设置预热阈值为0度，当冷却模块160检测到当前冷却液温度超过0度时，即可对氢燃料电池模块130进行预热。
43.进一步的，冷却模块160还会将检测到的冷却液温度发送给控制器110，当控制器110检测到冷却液温度大于电堆工作阈值时，会生成燃料电池供气指令和发动机停止指令。其中，电堆工作阈值是研发人员根据电堆的工作性能提前在控制器110内部设置的，例如，可以设置电堆工作阈值为80度，当控制器110检测到冷却液温度大于80度时，会生成燃料电池供气指令和发动机停止指令，控制器110将燃料电池供气指令发送至供氢供气模块150，供氢供气模块150在接收到燃料电池供气指令时，对燃料电池模块进行供氢供气；控制器110会将发动机停止指令发送至氢燃料发动机模块120，氢燃料发动机模块120在接收到发动机停止指令时停止工作。
44.优选的，控制器110，还用于获取车辆运行功率，根据车辆运行功率生成发动机预热指令，并将发动机预热指令发送至冷却模块160；冷却模块160，用于接收发动机预热指令，根据发动机预热指令对氢燃料发动机模块120进行预热。
45.具体的，车辆运行功率是指整车运行的瞬时功率，控制器110会将获取的车辆运行功率和功率阈值比较，功率阈值是研发人员根据整车需求功率进行设置的，包括第一功率阈值以及第二功率阈值，其中，当车辆运行功率达到第一功率阈值时，控制器110会生成发动机预热指令，并将发动机预热指令发送至冷却模块160，冷却模块160在接收到发动机预热指令后，会根据发动机预热指令对氢燃料发动机模块120进行预热，其中，第一功率阈值为动力系统2额定功率的70％。
46.优选的，控制器110，还用于根据车辆运行功率生成供气指令和燃料电池停止指令，并将供气指令发送至供氢供气模块150，将燃料电池停止指令发送给氢燃料电池模块130；供氢供气模块150，用于接收供气指令，并根据供气指令向氢燃料发动机模块120和氢燃料电池模块130供气；氢燃料电池模块130，用于接收燃料电池停止指令，并根据燃料电池停止指令停止工作。
47.具体的，控制器110会在车辆运行功率达到第二功率阈值时生成供气指令和燃料电池停止指令，并将供气指令发送至供氢供气模块150，供氢供气模块150在接收供气指令后同时对氢燃料发动机模块120和氢燃料电池模块130供气；控制器110会在车辆运行功率达到第二功率阈值时还会生成燃料电池停止指令发送给氢燃料电池模块130，氢燃料电池模块130接收到燃料电池停止指令时逐步停止工作，其中，第二功率阈值为动力系统2额定功率的85％。
48.优选的，系统还包括与油门踏板模块140、供氢供气模块150和冷却模块160分别相连的蓄电池模块170；油门踏板模块140，还用于将开启指令发送至蓄电池模块170；蓄电池模块170，用于接收开启指令，并根据开启指令为供氢供气模块150和冷却模块160供电。
49.具体的，蓄电池模块170和油门踏板模块140相连，油门踏板会将开启指令发送给蓄电池模块170，蓄电池模块170在接收到开启指令后，会给与其相连的供氢供气模块150和冷却模块160进行上电。
50.图4为系统内部动力系统组成结构示意图，图4中包括用虚线表示的以氢燃料发动机模块120为核心的动力系统1和用点虚线表示的以氢燃料电池模块130为核心的动力系统
2，蓄电池模块170、供氢供气模块150和冷却模块160共同为两个动力系统工作。
51.进一步的，控制器110会根据启动信息和预设条件生成发动机运行指令或燃料电池运行指令，两种不同的运行指令代表控制器110在不同的环境温度信息和车辆静止时长下的两种控制策略，图5为系统运行协同策略图，如图5所示，控制策略1是指在启动信息满足预设条件即冷启动时，控制器110生成发动机运行指令，即优先采用动力系统1，然后在低速低负荷运行和中速中负荷运行时采由动力系统1转换到动力系统2，最后在高速高负荷运行时采用动力系统1；而控制策略2是指启动信息不满足预设条件即热启动时，控制器110生成燃料电池运行指令，即优先采用动力系统2，然后在高速高负荷运行时由动力系统2转换到动力系统1。
52.具体实施方式：
53.控制策略1：在环境温度信息低于(包含等于)0℃的气候条件下，整车停止运行2-3个小时后或在环境温度信息低于(包含等于)-15℃的气候条件下，整车停止运行1个小时后或在环境温度信息低于-20℃(包含等于)的气候条件下，整车停止运行0.5个小时后，用户踩踏油门踏板后，油门踏板模块140会获取到开启指令并将开启指令发送至控制器110和蓄电池模块170，蓄电池模块170在接收到油门踏板模块140传输的开启指令后，会为供氢供气模块150和冷却模块160进行供电，控制器110在接收到油门踏板模块140传输的开启指令后，会选择控制策略1驱动车辆，即生成发动机运行指令，并将发动机运行指令发送至氢燃料发动机模块120，氢燃料发动机模块120在接收到发动机运行指令后会喷氢打火，使车辆顺利启动，随着车辆的启动，冷却模块160中冷却液的温度逐渐上升，冷却模块160会通过传感器检测内部冷却液温度并将冷却液温度发送给控制器110，冷却模块160判断冷却液温度达到预热阈值时会开启动力系统2中氢燃料电池模块130中电堆的冷却液联通循环，在动力系统1运行的过程中同时给氢燃料电池模块130预热，当冷却液温度达到电堆的工作温度后，控制器110会生成燃料电池供气指令和发动机停止指令，此时供氢供气模块150会给氢燃料电池进行供气，待运行平稳后，氢燃料发动机模块120会根据发动机停止指令逐步停止工作，即由动力系统1转换成动力系统2。随着整车运行功率需求逐渐提升到动力系统2额定功率的70％时，控制器110会生成发动机预热指令发送至冷却模块160，此时冷却模块160开启氢燃料发动机模块120的冷却液联通循环进行预热，随着整车运行功率需求逐渐提升到动力系统2额定功率的85％时，控制器110会生成供气指令和燃料电池停止指令分别发送给供氢供气模块150和氢燃料电池模块130，此时，供氢供气模块150同时给氢燃料发动机模块120进行供气，启动动力系统1，逐步停止动力系统2。
54.控制策略2：在环境温度信息高于0℃的气候条件下或在环境温度信息低于(包含等于)0℃的气候条件下，整车停止运行2-3个小时内或在环境温度信息低于(包含等于)-15℃的气候条件下，整车停止运行1个小时内或在环境温度信息低于-20℃(包含等于)的气候条件下，整车停止运行0.5个小时内，用户踩踏油门踏板后，油门踏板模块140会获取到开启指令并将开启指令发送至控制器110和蓄电池模块170，蓄电池模块170在接收到油门踏板模块140传输的开启指令后，会为供氢供气模块150和冷却模块160进行供电，控制器110在接收到油门踏板模块140传输的开启指令后，会选择控制策略2驱动车辆，即生成燃料电池运行指令，并将燃料电池运行指令发送至氢燃料电池模块130，氢燃料电池模块130可以输出电流使车辆顺利启动，随着整车运行功率需求逐渐提升到动力系统2额定功率的70％时，
控制器110会生成发动机预热指令发送至冷却模块160，此时冷却模块160开启氢燃料发动机模块120的冷却液联通循环进行预热，随着整车运行功率需求逐渐提升到动力系统2额定功率的85％时，控制器110会生成供气指令和燃料电池停止指令分别发送给供氢供气模块150和氢燃料电池模块130，此时，供氢供气模块150同时给氢燃料发动机模块120进行供气，启动动力系统1，逐步停止动力系统2。
55.本发明实施例的技术方案，通过获取启动信息，根据预设条件的不同生成发动机运行指令或燃料电池运行指令，在不适合氢燃料电池模块运行的预设条件下运行氢燃料发动机模块，增加了电堆的冲击耐久性，结合两者的优势以提高驱动效率，进而降低了成本。
56.实施例二
57.图6为本发明实施例二提供的一种氢能混动的车辆驱动系统的结构示意图，本实施例在上述实施例一的基础上增加了电压转换模块180、电机模块190和驱动装置200，如图6所示，电压转换模块180和氢燃料电池模块130相连，电机模块190和电压转换模块180相连，驱动装置200和电机模块190以及氢燃料发动机模块120相连。
58.优选的，氢燃料电池模块130，用于根据燃料电池运行指令生成初始电压，并将初始电压传输至电压转换模块180；电压转换模块180，用于接收初始电压，并对初始电压进行电压转换生成最终电压，并将最终电压发送至电机模块190；电机模块190，用于接收最终电压，在最终电压下驱动车辆。
59.具体的，氢燃料电池模块130在接收到燃料电池运行指令时，会通过内部电堆对氢气和氧气进行电化学反应直接转化为电能，但由于输出的初始电压值较小，达不到电机的工作电压，所以氢燃料电池模块130生成的初始电压会先通过电压转换模块180，电压转换模块180可以是dc/dc转换器，用于将初始电压进行升压转换生成最终电压，并将最终电压发送至电机模块190，电机模块190会在最终电压下驱动车辆。
60.优选的，电机模块190，用于根据最终电压生成第一驱动信息，并将第一驱动信息发送至驱动装置200；驱动装置200，用于接收第一驱动信息，并根据第一驱动信息进行车辆驱动。
61.具体的，系统还包括和电机模块190相连的驱动装置200，驱动装置200是指车辆的驱动车轮组，用来进行车辆的驱动，电机模块190可以根据最终电压生成第一驱动信息，第一驱动信息包含车辆的转速和功率，驱动装置200接收到第一驱动信息后，会以该第一驱动信息实现车辆的驱动。
62.优选的，氢燃料发动机模块120，还用于根据发动机运行指令生成第二驱动信息，并将第二驱动信息发送至驱动装置200；驱动装置200，用于接收第二驱动信息，并根据第二驱动信息进行车辆驱动。
63.具体的，驱动装置200还和氢燃料发动机模块120相连接，氢燃料发动机模块120可以根据发动机运行指令生成第二驱动信息，在发动机的扭矩后，通过氢燃料发动机模块120内部的变速箱调节发动机输出转速的高低、转矩的大小以及输出轴的转动方向，并将上述参数作为车辆的第二驱动信息，驱动装置200接收到第二驱动信息后，会以该第二驱动信息实现车辆的驱动。
64.本发明实施例的技术方案，通过获取启动信息，根据预设条件的不同生成发动机运行指令或燃料电池运行指令，在不适合氢燃料电池模块运行的预设条件下运行氢燃料发
动机模块，增加了电堆的冲击耐久性，结合两者的优势以提高驱动效率，进而降低了成本，通过电压转换模块对氢燃料电池的初始电压进行升压，以保证达到电机模块的工作电压，进一步提高车辆的驱动效率。