[發(fā)明專利]基于燃料電池的增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110225515.8
• 申請(qǐng)日: 2011-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN102358201A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝長(zhǎng)君;全書海;沈迪;石英;黃亮;陳啟宏;孫曉明;張立炎;鄧堅(jiān)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B60L11/18
• 分類號(hào): B60L11/18
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰

1.一種基于燃料電池的增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，包括配備氫氣罐的燃料電池系統(tǒng)、DC/DC變換器、動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)、電機(jī)控制器及驅(qū)動(dòng)電機(jī)、整車控制器VMS，所述燃料電池系統(tǒng)包括氫氣供給裝置、燃料電池發(fā)電裝置及燃料電池控制器，其特征在于：所述氫氣罐通過減壓閥以及可控電磁閥為燃料電池系統(tǒng)提供反應(yīng)所需氫氣；燃料電池系統(tǒng)輸出端通過繼電器S1與DC/DC變換器輸入相連；DC/DC變換器輸出與動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)相連；動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)與電機(jī)控制器的高壓輸入相連，電機(jī)控制器三相輸出連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)；整車控制器VMS通過I/O口直接控制氫氣輸出的電磁閥和繼電器S1，整車控制器VMS通過CAN總線與燃料電池控制器、DC/DC控制器、動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)、電機(jī)控制器進(jìn)行通訊，從而控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)整車行駛并管理整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于燃料電池的增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于：所述燃料電池系統(tǒng)為質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，所述質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池發(fā)電裝置及燃料電池控制器，燃料電池控制器獲得發(fā)電裝置的電壓、電流、壓力、溫度信息，并控制進(jìn)入發(fā)電裝置的氫氣及空氣，從而產(chǎn)生電能；

所述減壓閥分為兩級(jí)，所述氫氣罐儲(chǔ)存的氫氣通過一級(jí)減壓閥、二級(jí)減壓閥以及可控電磁閥為質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)提供反應(yīng)用氫氣；

所述DC/DC變換器包括DC/DC拓?fù)渥儞Q及DC/DC控制器，燃料電池系統(tǒng)傳輸過來的電能通過DC/DC變換器的變換，給動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行可控充電，而可控充電功率則由整車控制器VMS通過CAN總線發(fā)給DC/DC控制器；

所述動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)包括磷酸鐵鋰動(dòng)力電池包和電池管理系統(tǒng)，動(dòng)力電池包輸入端與DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出端相連，輸出端則連接電機(jī)控制器的輸入端，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池包為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能，當(dāng)磷酸鐵鋰電池電流不足時(shí)，則由燃料電池系統(tǒng)通過DC/DC變換器為其充電，從而來提高整車?yán)m(xù)駛里程，電池管理系統(tǒng)則用于獲取磷酸鐵鋰動(dòng)力電池包的SOC電量值、電壓、電流及溫度信息；

所述電機(jī)控制器及驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，結(jié)合驅(qū)動(dòng)變速箱以及驅(qū)動(dòng)橋來實(shí)現(xiàn)對(duì)整車的驅(qū)動(dòng)及行駛；

整車控制器為整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的核心執(zhí)行部件，首先它根據(jù)磷酸鐵鋰電池包電量SOC及燃料電池狀態(tài)，直接通過I/O口去控制管理氫氣輸入的電磁閥以及繼電器S1；其次它通過CAN總線與燃料電池控制器、DC/DC控制器、電池管理系統(tǒng)以及電機(jī)控制器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的控制和管理。

3.如權(quán)利要求2所述的基于燃料電池的增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于：所述氫氣罐壓力為100-700bar，氫氣通過一級(jí)減壓閥后壓力為0-10bar，通過二級(jí)減壓閥后壓力為0-1bar，再通過電磁閥為燃料電池系統(tǒng)提供反應(yīng)所需燃料，燃料電池通過氫氣與空氣中的氧氣在質(zhì)子交換膜上發(fā)生反應(yīng)生成直流電和水，其中直流電則通過后級(jí)DC/DC變換器為磷酸鐵鋰動(dòng)力電池包充電，從而提高磷酸鐵鋰動(dòng)力電池包的在線電量，延長(zhǎng)整車?yán)m(xù)駛里程。

4.如權(quán)利要求2所述的基于燃料電池的增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，其控制方法是：整車控制器VMS獲得點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)、油門踏板模擬信號(hào)、剎車踏板模擬信號(hào)，通過I/O口輸出電磁閥開閉信號(hào)及繼電器S1開閉信號(hào)，通過CAN總線獲得磷酸鐵鋰動(dòng)力電池電量SOC值、磷酸鐵鋰動(dòng)力電池包狀態(tài)、燃料電池系統(tǒng)狀態(tài)、DC/DC變換器狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器狀態(tài)、DC/DC輸入輸出電壓電流，通過CAN總線控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩以及DC/DC變換器的輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)整車行駛及燃料電池系統(tǒng)對(duì)磷酸鐵鋰電池包的在線充電。

5.如權(quán)利要求4所述的基于燃料電池的增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述電動(dòng)汽車包括微型電動(dòng)汽車、電動(dòng)轎車和電動(dòng)客車，所述對(duì)DC/DC變換器輸出功率的具體控制方法依據(jù)不同的電動(dòng)汽車實(shí)施相對(duì)應(yīng)的控制方法。