技术摘要：
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  全部
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。 【
技术实现要素：
】 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 4 CN 111600049 A 说　明　书 2/7 页 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。 作为优选，所述辅助负载的供电来源于燃料电堆或车辆动力单元；所述辅助负载 的基本结构单元为电加热元件，电加热元件为PTC加热体或电热丝；所述辅助负载中部设有 冷却液流道，冷却液流道内流经燃料电池冷却液。 作为优选，所述车辆动力单元为置于外界的动力电池。 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； 所述燃料电堆能量输出控制方法包括以下步骤： 步骤11：燃料电堆运行后，继电器K03保持断开状态； 步骤12：将继电器K01闭合、继电器K02断开，燃料电堆对外输出电能； 步骤13：将继电器K01断开、继电器K02闭合，燃料电堆不对外输出电能，转而通过 辅助负载消耗； 步骤14：将继电器K01闭合、继电器K02闭合，燃料电堆对外输出电能，同时给辅助 负载供电，以加热冷却液； 所述冷启动方法包括以下步骤： 步骤21：将继电器K01和继电器K02断开、继电器K03闭合，车辆动力单元给辅助负 载供电，以加热冷却液； 步骤22：继电器K01和继电器K02保持断开，并将继电器K03断开，车辆动力单元停 止给辅助负载供电。 作为优选，所述辅助负载具有被动与主动两种功率模式，所述被动功率模式用于 氢发动机功率的迅速切断；所述被动功率模式下，辅助负载的最大功率范围内，氢发动机控 制器的电控单元不主动干预辅助负载的功率；被动功率模式具体包括以下步骤： 步骤31：当氢发动机控制器收到外部指令，要求切断氢发动机功率输出时，氢发动 机控制器迅速切断继电器K01，同时闭合继电器K02； 步骤32：在实现步骤31的动作后，外部功率负载收到的电能输入变为零，带有氢发 动机的氢能源汽车实现怠速运行或者紧急制动模式； 步骤33：氢发动机将进入关机休眠模式或维持低功率运行，通过辅助负载消耗产 生的电能； 步骤34：当关机过程中或低功率运行中，氢发动机温度超过设定的限值时，启动水 泵用冷却液将氢发动机产生的热量带走。 作为优选，所述辅助负载具有被动与主动两种功率模式，所述主动模式用于氢发 动机冷启动过程中的冷却液加热；所述主动模式下，氢发动机控制器通过包括CAN/PWM的控 制信号控制辅助负载的加热功率，使辅助负载在期望的加热功率下运行；主动功率模式具 5 CN 111600049 A 说　明　书 3/7 页 体包括以下步骤： 步骤41：根据冷却液温度设置两档冷起动：当T>T1时，允许启动氢发动机，低功率 运行，所述T为冷却液当前温度、T1为启动允许温度；当T>T2时，允许氢发动机全功率运行， 所述T2为全功率运行要求温度； 步骤42：在氢发动机冷启动过程中，当冷却液当前温度T低于氢发动机的启动允许 温度T1时，氢发动机控制器控制继电器K03闭合，车辆动力单元给辅助负载供电以加热管路 中的冷却液，同时启动水泵将加热后的冷却液通到燃料电堆内部以加热氢发动机内部的元 器件；辅助负载的加热功率通过氢发动机控制器的CAN或者PWM信号进行主动调节，在很短 的时间内将氢发动机温度升至启动允许温度T1； 步骤43：氢发动机进行开机流程，开机成功后，继电器K01、继电器K04保持断开，并 依次断开继电器K03、闭合继电器K02，控制氢发动机在低功率下运行；氢发动机输出电能全 部被辅助负载消耗，冷却液和氢发动机的温度不断提高； 步骤44：当冷却液当前温度T升至氢发动机的全功率运行要求温度T2时，此时氢发 动机内部元器件的温度也得到充分提升；这时断开继电器K02，闭合外部功率负载预充开关 继电器K04，完成预充后闭合继电器K01；氢发动机完成启动运行，对外供电并响应功率需 求。 本发明的有益效果：本发明具有以下优点： 1、本发明优化了氢发动机的能量输出管理结构，使氢发动机的能量输出可以被迅 速切断。当整车怠速运行或者紧急制动时，提高了锂离子电池的利用率，同时避免了氢发动 机的频繁启停；当整车无法接受氢发动机能量输入时，避免了紧急切断能量输出而损害发 动机的风险； 2、本发明为辅助负载配置了两种能量输入形式，使其同时实现辅助负载和冷启动 加热器的功能，提高了系统集成性； 3、本发明设置了两档冷启动状态，达到第一档冷启动状态后，不再使用动力电池 供电，有效利用了燃料电池的输出电能来持续加热冷却液和发动机系统，避免了DC/DC转换 等过程造成的能量损失，提高了能量利用效率。 本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。 【附图说明】 图1是本发明一种氢发动机及其新型能量输出管理方法的氢发动机系统原理图； 图2是本发明一种氢发动机及其新型能量输出管理方法的典型辅助负载框架示意 图； 图3是本发明一种氢发动机及其新型能量输出管理方法的典型辅助负载结构示意 图； 图4是本发明一种氢发动机及其新型能量输出管理方法的该氢发动机冷启动过程 的工作流程图。 图中：1-燃料电堆、2-散热器、3-去离子器、4-节温器、5-辅助负载、6-水泵、7-供氢 系统、8-空压机、9-空滤、10-尾排管、11-氢发动机控制器、12-车辆动力单元。 6 CN 111600049 A 说　明　书 4/7 页 【