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原文传递一种混合动力系统及其耦合运行方法

专利名称：	一种混合动力系统及其耦合运行方法
摘要：	本发明实施例提供一种混合动力系统及其耦合运行方法，该系统包括：燃料电池系统、内燃机系统及混动变速箱，其中：燃料电池系统包括燃料电池堆、蓄电池、逆变器、电机、转换器及氢罐；内燃机系统包括内燃机、蓄电池、氢罐、油箱及离合器；混动变速箱的第一输入端与电机相连、第二输入端经离合器与内燃机的扭矩输出端相连。本发明实施例提供的混合动力系统及其耦合运行方法，正常工作时，燃料电池系统作为第一动力源，内燃机根据工况需求进行动力辅助，通过控制内燃机在不同工况下的运行模式，可以实现内燃机高效、清洁的燃烧；可以满足更严格的排放和油耗法规，同时低成本、运行可靠的内燃机系统的引入降低燃料电池系统造价，具有良好的应用前景。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	清华大学
发明人：	王志;赵自庆;李富柏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910048131.X
公开号：	CN109823157A
代理机构：	北京路浩知识产权代理有限公司
代理人：	王莹;李相雨
分类号：	B60K6/32(2007.01);B;B60;B60K;B60K6
申请人地址：	100084 北京市海淀区清华园北京100084-82信箱
主权项：	1.一种混合动力系统，其特征在于，包括燃料电池系统、内燃机系统及混动变速箱，其中：所述燃料电池系统包括燃料电池堆、蓄电池、逆变器、电机、转换器及氢罐；所述燃料电池堆的阳极与空气连通、阴极与所述氢罐的第一气路连通、电力输出端与所述逆变器的第一输入端相连，所述蓄电池经所述转换器与所述逆变器的第二输入端相连，所述逆变器的输出端与所述电机的输入端相连；所述内燃机系统包括内燃机、所述蓄电池、所述氢罐、油箱及离合器；所述内燃机的进气管与空气连通，所述内燃机的第一路燃料进口经稳压腔及减压阀与所述氢罐的第二气路相连、第二路燃料进口与所述油箱相连，所述蓄电池与所述内燃机相连；所述混动变速箱的第一输入端与所述电机的输出端相连、第二输入端经所述离合器与所述内燃机的扭矩输出端相连、输出端同车辆驱动装置相连以输出动力驱动车辆。 2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内燃机的排气管分支经低温启动加热阀与所述燃料电池堆的加热管路相连，所述燃料电池堆的排气管分支经废气再循环阀与所述内燃机的进气管相连。 3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电机具有电动机和发电机两种工作模式，所述逆变器为双向逆变器，所述离合器为自动控制离合器。 4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述内燃机为点火式内燃机，所述油箱的燃料为汽油；所述内燃机的氢燃料采用进气道喷射方式、汽油燃料采用缸内直喷方式。 5.一种混合动力系统的耦合运行方法，其特征在于，包括：仅燃料电池系统工作工况，当环境温度大于预设环境温度或燃料电池堆的温度大于或等于预设工作温度，并且整车功率需求小于所述燃料电池堆实时所能提供最大功率的预设第一比例，燃料电池系统工作，内燃机系统关闭；当蓄电池的电量大于或等于可存储电量的预设第二比例且车辆的功率需求大于所述燃料电池堆所能实时提供最大功率的预设第三比例时，所述燃料电池堆和所述蓄电池经逆变器耦合同时向电机供电，所述电机的扭矩输出轴与混动变速箱相连，输出驱动车辆动力。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：仅内燃机系统工作工况，当在环境温度小于或等于所述预设环境温度并且燃料电池堆的温度低于所述预设工作温度的情况下启动车辆时，所述内燃机系统工作，所述燃料电池系统保持关闭状态；内燃机在启动及暖机过程中，采用氢气、汽油双燃料点燃方式运行，氢燃料在负荷低于第一预设负荷阈值时在压缩冲程的上止点前单次喷入气缸、在负荷高于或等于所述第一预设负荷阈值时采用两次喷射策略分别在所述压缩冲程的上止点前和活塞膨胀做功行程中喷入气缸，空气和燃料的供给比例小于或等于理论空燃比；所述内燃机在启动及暖机过程中的部分排气经低温启动加热阀后进入所述燃料电池堆的加热管，对所述燃料电池堆进行加热，直至所述燃料电池堆达到所述预设工作温度；在所述燃料电池堆达到所述预设工作温度前，由所述内燃机通过动力输出轴向所述混动变速箱传递扭矩驱动车辆；所述内燃机的冷却液水温大于预设水温以后，空气和燃料的供给比例变更为大于理论空燃比，所述氢燃料变更为在压缩冲程的上止点前单次喷入。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：内燃机系统和燃料电池系统同时工作工况，当环境温度大于所述预设环境温度或所述燃料电池堆的温度大于或等于所述预设工作温度，并且整车功率需求大于或等于所述燃料电池堆实时所能提供最大功率的所述预设第一比例，内燃机系统和燃料电池系统同时工作，参与动力输出；当所述蓄电池的电量大于或等于可存储电量的所述预设第二比例并且所述混动变速箱的输出功率小于车辆需求功率情况下，所述蓄电池通过所述逆变器耦合同时参与扭矩输出；内燃机在启动及暖机过程中，采用氢气、汽油双燃料点燃方式运行，氢燃料在负荷低于所述第一预设负荷阈值时在压缩冲程的上止点前单次喷入气缸、在负荷高于或等于所述第一预设负荷阈值时采用两次喷射策略分别在所述压缩冲程的上止点前和活塞膨胀做功行程中喷入气缸，空气和燃料的供给比例小于或等于理论空燃比；所述内燃机的冷却液水温大于所述预设水温以后，在负荷大于第二预设负荷阈值的情况下，混合器分层以理论空燃比燃烧，并且通过废气再循环阀引入所述燃料电池堆的排气至所述内燃机的进气管路中。 8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：制动能量回收工况，当车辆处于行车制动工况时，车辆拖动所述混动变速箱带动所述电机转动，此时所述电机工作于发电机模式，所述逆变器利用所述电机输出的电能经转换器的转换后对所述蓄电池进行充电。 9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述仅燃料电池系统工作工况以及所述内燃机系统和燃料电池系统同时工作工况，当所述蓄电池的电量小于可存储电量的所述预设第二比例时，所述逆变器利用所述燃料电池堆的电量经转换器的转换后对所述蓄电池进行充电。 10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述仅燃料电池系统工作工况以及所述制动能量回收工况，保持所述内燃机同所述混动变速箱之间的离合器断开，以减少所述内燃机造成的倒拖损失。
所属类别：	发明专利