[發明專利]車載燃料電池與鋰電池直接并聯混合動力系統

無效

• 申請號: 201110094165.6
• 申請日: 2011-04-14
• 公開（公告）號: CN102180087A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 謝長君;全書海;張琴;陳啟宏;鄧堅;黃亮;石英;張立炎
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B60K6/48
• 分類號: B60K6/48;B60K6/32;B60K6/28;B60W20/00;B60W10/08;B60W10/28;B60W10/26
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰

技術領域

本發明涉及一種燃料電池汽車的混合動力系統，屬于燃料電池汽車動力系統研發領域。

背景技術

燃料電池汽車有著節能、環保、效率高、運行平穩無噪聲等優點，成為新一代汽車研發的熱點。近年來，燃料電池汽車技術已經取得了重大的進展，然而在燃料電池汽車開發過程中仍然存在著技術性挑戰，如燃料電池組的一體化，提高商業化電動汽車燃料處理器，優化燃料電池汽車動力系統等。

燃料電池汽車動力系統是其區別于其他類型車輛(內燃機汽車、蓄電池純電動汽車以及油電混合動力汽車)的主要標志。使用燃料電池系統作為動力源是燃料電池汽車動力系統的標志性特點。而由于燃料電池系統的燃料電池在峰值功率輸出能力以及功率輸出的動態響應等性能方面欠佳，因此往往需要一些輔助能源來在功率輸出能力等方面對它加以補充和改善，這些輔助能源包括蓄電池和超級電容等。由燃料電池系統和輔助能源組成的混合動力系統的結構及配置必須保證燃料電池汽車動力系統良好的經濟性、動力性及安全性，特別保證燃料電池系統的安全。

現有的燃料電池汽車混合動力系統一般采用燃料電池系統與輔助能源間接并聯式的形式，輔助能源可選擇鎳氫電池或鋰電池、或者蓄電池與超級電容的組合。

圖1展示了現有的一種燃料電池汽車間接并聯混合動力系統的結構。如圖1所示，混合動力系統的燃料電池系統不直接與驅動電機相連，而是通過DC/DC變換器再與輔助電池并網。燃料電池系統通過DC/DC變換器聯入直流母線，DC/DC變換器對燃料電池的輸出電壓進行穩壓調節，并根據電機的功率需求調節燃料電池輸出的母線電壓。同時DC/DC變換器可以對燃料電池最大輸出電流和功率進行控制，起到保護燃料電池的作用。此外，在DC/DC的輸出端并聯一個輔助電池來覆蓋功率波動，提高峰值功率，以改善燃料電池輸出功率的瞬態特性。實踐表明，這個方案中，DC/DC轉換器的存在降低了整個系統的效率，此外，DC/DC轉換器的高頻斬波取電方式對燃料電池系統存在一定的傷害。

圖2展示了現有的另外一種燃料電池汽車間接并聯混合動力系統的結構。如圖2所示，混合動力系統的燃料電池系統直接與驅動電機相聯，而輔助電池通過DC/DC變換器再與燃料電池并網。在這種結構中輔助電池是主能源，給車輛的穩定運行提供能量；燃料電池是輔助能源，在輔助電池不需要輸出能量的時候給它充電。這種結構中，DC/DC變換器采用恒壓式能量分配控制策略，通過電壓控制可穩定燃料電池系統輸出電流，避免燃料電池系統出現極大電流的惡劣情況。然而，燃料電池系統輸出為隨動量，這樣，一方面燃料電池系統會受到傷害，并且給其控制策略帶來挑戰，另一方面對DC/DC變換器的要求較高，開發成本較大。

由于上述現有燃料電池汽車間接并聯混合動力系統存在的種種缺陷，因此有必要提供一種改進的燃料電池汽車混合動力系統。

發明內容

本發明提供了一種車載燃料電池與鋰電池直接并聯混合動力系統，能避免現有燃料電池汽車間接并聯混合動力系統結構中DC/DC變換器導致的降低系統效率、增加控制策略難度、對燃料電池本身帶來傷害，以及增加開發大功率DC/DC變換器的成本的問題。

為實現上述目的，本發明提提供了一種車載燃料電池與鋰電池直接并聯混合動力系統，包括燃料電池發電裝置、獲取燃料電池發電裝置的電壓、電流、壓力、溫度信息的燃料電池控制器、鋰電池組、獲取鋰電池組的SOC值、電壓、電流信息的鋰電池管理系統、第一開關導電裝置、第二開關導電裝置以及系統能量管理控制器；燃料電池發電裝置的一個輸出端連接第一開關導電裝置的一端，鋰電池組的一個輸出端連接第二開關導電裝置的一端，第一開關導電裝置的另一端、第二開關導電裝置的另一端適用于連接電機控制器的一個輸入端，燃料電池發電裝置的另一輸出端、鋰電池組的另一輸出端適用于連接電機控制器的另一輸入端，其中電機控制器的兩個輸出端連接電機；系統能量管理控制器分別連接第一開關導電裝置的控制端、第二開關導電裝置的控制端、燃料電池控制器、鋰電池管理系統和電機控制器，用于根據燃料電池控制器和鋰電池管理系統獲取的信息控制第一開關導電裝置導通或斷開以及控制第二開關導電裝置正向導通或反向導通或斷開。