CN101161498B - 混合燃料电池客车的电力系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种混合燃料电池客车的电力系统，包括：燃料电池堆；超级电容器，与燃料电池堆相连并且通过燃料电池堆充电；牵引电机，由燃料电池堆或燃料电池堆和超级电容器共同提供电能来驱动车辆，并将再生制动产生的电能供给超级电容器；电机控制单元，控制输入到牵引电机和从牵引电机输出的电能；第一和第二辅助电池，第一和第二辅助电池的电压彼此不同并且分别给使用不同电压的第一和第二电动部分提供电能；以及堆启动部分，与第一和第二辅助电池电连接，并且使燃料电池堆运行。

Description

混合燃料电池客车的电力系统及其控制方法
相关申请的交叉参考 
本申请要求2006年10月11日向韩国专利局提交的韩国专利申请No.10-2006-0099024的优先权及利益。 
技术领域
本申请涉及混合燃料电池客车的电力系统及其控制方法，尤其涉及使用燃料电池和超级电容器作为电源的混合燃料电池客车的电力系统以及其控制方法，其中超级电容器是与燃料电池相连的能量存储装置。 
背景技术
燃料电池是通过电化学反应将燃料的化学能直接转化为电能的装置。由于这种燃料电池高效率并且几乎没有排放物，因此正在开发使用燃料电池作为电源的燃料电池车。 
车辆中的燃料电池使用氢气作为燃料。氢气在阳极被分解为氢质子和电子，氢质子通过电解质迁移到阴极并在阴极与氧和外电路提供的电子反应生成水。把通过外电路的电子流用作电能。 
大多数燃料电池车是混合车，其中能量存储装置例如高电压电池或超级电容器与燃料电池一起使用。由于超级电容器具有各种优点，因此近来超级电容器被广泛应用。 
另外，给燃料电池车提供低电压辅助电池作为备用电源。辅助电池给涉及车的启动例如燃料电池的启动部分提供能量。为了使燃料电池产生电能，应当事先开动燃料供应系统例如氢和氧的供应系统和各种控制器。 
迄今为止，燃料电池车主要被研发的是小型车例如客车。然而，近来研发了要求高输出功率的大车例如客车的混合燃料电池系统。 
然而，由于传统的燃料电池车或传统的混合燃料电池车是针对小型车的，设计关于燃料电池启动的电动部分是使用适合它的12V辅助电池(自动电压标准)和各种控制器的控制逻辑也是针对小型车的。 
然而，由于传统的内燃机客车使用24V的辅助电池(自动电压标准)，设计各种电动部分使用24V的辅助电池。 
因此，为了研发混合燃料电池客车，存在重新设计各种电动部分和燃料电池系统的问题。也就是，在燃料电池车中使用的12V电动部分需要重新设计或者应当改变传统内燃机客车中的24V电动部分。 
发明内容
本发明致力于提供一种混合燃料电池客车的电力系统及其控制方法，其中该系统和方法具有使对不同电池电压设计的不同部分中的设计改变最小化的优点。 
而且，本发明致力于提供一种混合燃料电池客车的电力系统及其控制方法，其中该系统和方法具有可以利用现有的燃料电池车的12V电动部分和内燃机客车的24V电动部分来减少研发混合燃料电池客车系统的时间和成本的优点。 
而且，本发明致力于提供一种混合燃料电池客车的电力系统及其控制方法，其中该系统和方法具有有效运行超级电容器和燃料电池的混合系统的优点。 
本发明的示例性实施例提供一种混合燃料电池客车的电力系统，包括：燃料电池堆；超级电容器，与燃料电池堆相连并且通过燃料电池堆充电；牵引电机，由燃料电池堆或燃料电池堆和超级电容器共同提供电能来驱动车辆，并将再生制动产生的电能供给超级电容器；电机控制单元，控制电能输入到牵引电机和电能从牵引电机输出；第一和第二辅助电池，第一和第二辅助电池的电压彼此不同并且分别给使用不同电压的第一和第二电动部分提供电能；以及堆启动部分，与第一和第二辅助电池电连接，并且使燃料电池堆运行。 
第一辅助电池可以是12V辅助电池，而第二辅助电池可以是24V辅助电池。 
第一辅助电池可以给能与燃料电池车一起使用的第一电动部分提供电能，第二辅助电池是给能与内燃机车一起使用的第二电动部分提供电能。 
堆启动部分可以电连接到第一辅助电池上，从而在启动燃料电池堆之前使用第一辅助电池的电能运行，并且可以电连接到燃料电池堆上，从而可以 在启动燃料电池之后用燃料电池堆的电能运行。 
电力系统还可以包括第一DC/DC转换器和高压DC/DC转换器，其中该第一DC/DC转换器连接在第一辅助电池和堆启动部分之间，从而可以将第一辅助电池的电压转换为堆启动部分的电压，该高压DC/DC转换器将燃料电池堆的电压转换为堆启动部分的电压，电连接在第一DC/DC转换器上使得通过高压DC/DC转换器转换的电压提供给第一DC/DC转换器。 
燃料电池堆可以产生900V的DC电压。 
堆启动部分的驱动电压可以是350V。 
第二DC/DC转换器可以设置在燃料料电池堆和第二辅助电池连接之间，因此可以用燃料电池堆的电能给第二辅助电池充电。 
反相器可以电连接到燃料电池堆上，该反相器由燃料电池堆提供电能来驱动辅助部件。 
辅助部件可以包括水泵、动力转向泵、以及空气调节压缩机中的至少一种。 
电力系统还可以包括电连接燃料电池堆和牵引电机的电力线路，和在连接超级电容器的电力线路中通过断路器和制动电阻的电力线路，其中超级电容器过充电时通过断路器和制动电阻消耗能量。 
在本发明的示例性实例中，混合燃料电池客车电力系统的控制方法包括：第一步，将第一辅助电池的低电压转换为堆启动部分的驱动电压；第二步，通过堆启动部分的驱动电压驱动堆启动部分；第三步，通过堆启动部分的运行开动燃料电池堆；第四步，通过燃料电池堆的运行产生高压电力；第五步，将电能供应通道转换到堆启动部分来将高压电力转换为堆启动部分的电压，并将转换的电力供给堆启动部分；第六步，将高压电力供给牵引电机；第七步，将转换为堆启动部分的驱动电压的电能转换为第一辅助电池的电压；以及第八步，用高压电力给超级电容器充电。 
第一步还可以包括分别将彼此具有不同电压的第一和第二辅助电池的电能供给分别与辅助电池相连的第一和第二电动部分。 
在第一步中，第一辅助电池可以是12V辅助电池，而第二辅助电池可以是24V辅助电池。 
第一步和第七步可以使用相同的DC/DC转换器。 
第五步可以将900V转换为350V。 
第五步或第六步还可以包括转换高压电力来给第二辅助电池充电。 
第七步还可以包括将高压电力供给辅助部件的反相器。 
控制方法还可以包括第九步，在第八步之后进行驱动模式，其中驱动模式选择其中之一：正常驱动模式，包括将燃料电池堆高电压转换成堆启动部分的驱动电压，并将高电压供给牵引电机和反相器；加速或上坡模式，包括将燃料电池堆高电压转换成堆启动部分的驱动电压，将高电压供给牵引电机和反相器，以及将超级电容器的充电电能供给牵引电机；和再生制动模式，包括通过牵引电机的再生制动产生再生电能，将再生电能转换为堆启动部分的驱动电压，将再生电能提供给反相器，确定超级电容器是否过充电，当超级电容器为过充电时消耗提供给超级电容器的电能，当超级电容器没有充电时通过再生电能给超级电容器充电。 
附图说明
图1是根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统图。 
图2是解释根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统的控制方法中启动模式的流程图。 
图3A到3D是示出根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统的电流图。 
图4是示出在根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统中驱动模式的流程图。 
图5A是示出混合燃料电池客车在正常驱动模式情况下的电流图。 
图5B是示出在混合燃料电池客车在加速模式或爬坡模式情况下的混合燃料电池客车的电力系统的电流图。 
图5C是示出在再生制动模式中进行超级电容器充电情况下混合燃料电池客车的电力系统的电流图，其中在再生制动模式中再生制动产生在燃料电池客车中。 
图5D是示出在再生制动模式中超级电容器发生过充电的情况下混合燃料电池客车的电力系统的电流图，其中在再生制动模式中再生制动产生在燃料电池客车中。 
图6A是示出使用断路器32和制动电阻34给超级电容器充电的图。 
图6B是示出在图5D中的再生制动模式中当通过制动电阻消耗能量时的 电流图。 
具体实施方式
参照附图下文将详细描述本发明的示例性实施例。 
图1是根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统图。 
参照图1，根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统包括燃料电池堆10。 
燃料电池堆10将大约900V的高压电力供应给客车的DC电力线路1。 
为了燃料电池堆10正常运行，因此建立大约900V的电压电力，涉及燃料电池堆例如氢供应装置、空气或氧供应装置、冷却装置等启动的堆启动部分20应当事先开动。 
使堆启动部分20与客车的DC电力线路1相连使得在燃料电池堆10启动之后由燃料电池堆10供给电力，在燃料电池堆10启动之前由12V辅助电池50供给电力来启动。 
根据本发明的示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统包括作为能量存储装置的超级电容器。 
超级电容器30与客车的DC电力线路1电连接来存储燃料电池堆10提供的能量。 
在牵引电机40高负载运行时，例如，在燃料电池客车加速或爬坡时，超级电容器30作为备用电源例如能量存储在超级电容器30中供给牵引电机40。 
超级电容器30与燃料电池堆10并联，并充电来将备用电力供给牵引电机40。启动燃料电池堆10之后建立900V高电压之后开始给超级电容器30充电。 
连接断路器32和制动电阻34的电力线路包括在超级电容器30和燃料电池堆10之间的电连接中。因此，电机控制单元45通过不具有和具有断路器32及制动电阻34的电力线路分别连接到燃料电池堆10和超级电容器30，使得根据运行模式控制电路通路。 
当超级电容器30用燃料电池堆10产生的电能充电时使用断路器32和制动电阻34，来避免燃料电池堆10的能量被迅速供给超级电容器30，因此避免燃料电池堆10的停止或超级电容器30的损坏。 
根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统包括作为驱动 能源的牵引电机40。 
由燃料电池堆10或燃料电池堆10和超级电容器30两者供给牵引电机40能量，因此来驱动汽车。 
根据本发明的示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统包括电机控制单元，即用于控制牵引电机40运行的MCU 45。 
当燃料电池堆10在启动后正常运行时，即成为能够提供900V高压电力的情况下，MCU 45控制供给牵引电机40电力的燃料电池堆10。 
牵引电机40使用DC或AC电能，在本发明的实施例中电机是使用三相AC电能的电机。MCU 45包括将DC电能转换为AC电能的转换器(未示出)，从而电机可以由燃料电池堆10供给的900VDC电能驱动。 
另外，根据本发明的示例性实施例，在汽车的制动时牵引电机40进行再生制动来运行作为产生电能的发电机，并将电能供给客车的DC电力线路1。 
牵引电机40的再生制动产生的电能，即再生能被提供作为辅助部件的反相器70和堆启动部分20的驱动能和超级电容器30的存储能。由此，MCU45内部的反相器改变它的电力转换方向从而将牵引电机的AC电能转换为DC电能然后将转换的电力供给DC电力线路1，该反相器包括用于通过再生制动建立能量至900V电压的部分(未示出)。同样，MCU 45通过控制牵引电机40的电力输入和电力输出来控制牵引电机40。 
根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统装配有12V辅助电池50和24V辅助电池50，上述两个辅助电池作为驱动设置在混合燃料电池客车中的12V电动部分(来示出)和24V电动部分(未示出)的两个低电压辅助电池。 
12V辅助电池50是设置在客车上的低压电池，而24V辅助电池是设置在内燃机客车上的低压电池。 
这里，12V电动部分包括现有燃料电池车(包括混合燃料电池车)的部分，是指一般可以用在除了根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车之外使用燃料电池作为能源的各种燃料电池车上的部分。为了与24V电动部分区分，12V电动部分可以称为第一电动部分。12V电动部分包括各种控制器例如燃料电池堆控制器、牵引电机控制器以及汽车控制器。 
这里，24V电动部分包括内燃机客车的部分。因此，24V电动部分是指一般可以用于混合燃料电池客车和内燃机客车上的电动部分。为了与12V电 动部分区分，24V电动部分可以称为第二电动部分。24V电动部分包括一般内燃机客车电动部分例如散热扇、无线电、头灯、用来开/关门的电驱动装置等。 
在本发明的示例性实施例中，堆启动部分20由12V辅助电池50驱动。 
12V辅助电池50将电能供给堆启动部分的控制器，同时在初始启动模式中作为在燃料电池堆10中建立900V电压之前驱动堆启动部分20的电源。 
设计堆启动部分20使用350V电力作为驱动电力。因此，第一DC/DC转换器55与堆启动部分20和12V辅助电池50之间的DC电力线路相连，该第一DC/DC转换器55将12V辅助电池50的电压转换为驱动堆启动部分20的350V电压。 
另外，为了在通过燃料电池堆10的正常运行建立900V电压之后，堆启动部分20由燃料电池堆10供给电力，高电压DC/DC转换器25与堆启动部分20和燃料电池堆10之间的电力线路相连，该高压DC/DC转换器25将900V电压转换为350V电压。 
启动燃料电池堆10之后，燃料电池堆的电力通过DC电力线路供给12V辅助电池50来给12V辅助电池50充电。同时，高电压DC/DC转换器25转换为350V的电力通过第一DC/DC转换器55转换为12V备用电池的电压，并连接到电力线路使12V辅助电池50可以被充电。 
设计第一DC/DC转换器55进行两个方向的DC/DC转换，因此在汽车的启动期间将12V辅助电池电压转换为堆启动部分20的350V驱动电压，并且在燃料电池堆10的900V电压建立之后通过高电压DC/DC转换器将350V电力转换为12V辅助电池电力然后将转换的电力供给12V辅助电池50。 
在本发明的示例性实施例中，24V辅助电池50通过电力线路连接到燃料电池堆10，并且使其通过燃料电池堆10产生的电力充电。为此，用于将900V电压转换为24V辅助电池电压的第二DC/DC转换器65与连接24V辅助电池50和燃料电池堆10的电力线路相连。因此，汽车启动之后消耗驱动24V电动部分的电能的24V辅助电池50在燃料电池堆10的正常运行之后被充电。 
在根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统中，连接电力线路以使将燃料电池堆10的电力供给辅助部件作为其驱动电力。辅助部件包括水泵72、动力转向泵74、和空气调节压缩机76中的至少一种。 
根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车设计为能够与内燃机客车 一起使用辅助部件例如水泵72、动力转向泵74和空气调节压缩机76。 
为此装配有转换燃料电池堆10电力的反相器70。反相器70控制燃料电池堆10的900V高压电力的转换，并驱动水泵72、动力转向泵74和空气调节压缩机76。 
图2是解释根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统的控制方法中启动模式的流程图，图3A到3D是示出根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统的电流图。 
参见图2到图3D，根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统的控制方法包括启动模式S1，包括：第一步S10，将第一辅助电池的低电压转换为堆启动部分的驱动电压；第二步S20，用堆启动部分的驱动电压驱动堆启动部分；第三步S30，通过堆启动部分的运行使燃料电池堆运行；第四步S40，通过燃料电池堆的运行产生高电压电力；第五步S50，将电能供应通道转换到堆启动部分，并将高压电力转换成堆启动部分电压，因此将转换后的电力供给堆启动部分；第六步S60，将高压电力供给牵引电机；第七步S70，将转换为堆启动部分的电力转换为第一辅助电池电压；以及第八步S80，用高压电力给超级电容器充电，和第九步S90，进行混合驱动模式。 
如图2和图3A所示，如果汽车转到钥匙状态(a key on state)，汽车控制器监控各种控制器例如DC/DC转换器和反相器，并且汽车开始运行。 
首先，第一步S10，12V辅助电池即第一辅助电池的电压升至350V即堆启动部分的驱动电压。为了电压的升高，第一DC/DC转换器55连接在12V辅助电池50即第一辅助电池和堆启动部分20之间。 
如果汽车转到钥匙状态，12V辅助电池50即第一辅助电池，和第二辅助电池60将电力供给第一和第二电动部分。如上所述，第一和第二电动部分包括能够与燃料电池车一起使用的电动部分和与内燃机客车一起使用的电动部分。 
如果汽车转动到钥匙状态，包括各种由汽车钥匙启动的控制器的电动部分由辅助电池的电力驱动，通过这种操作使用辅助电池的电力。 
同时，根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统的控制方法使用12V辅助电池即第一辅助电池的电力作为驱动堆启动部分的电源。 
之后，在第二步S20中，驱动了堆启动部分20，即氢供应装置、氧或气体供应装置和冷却装置等。 
参见图2和图3B，如果这样驱动了堆启动部分，则在第三步S30驱动燃料电池堆10。 
在第四步S40，燃料电池堆10产生大约900V的高压电力，并将高压电力供给客车的DC电力线路。 
运行燃料电池堆10来产生高压电力，在第五步S50，电力供应通道转换到堆启动部分，因此停止将12V辅助电池电压升高到350V。通过高电压DC/DC转换器25将900V降至350V，并将降低的电压供给堆启动部分。 
在第六步S60中，将高压电力供给连接到DC电力线路1的牵引电机40。 
通过MCU 45控制的燃料电池堆10的电力供给牵引电机40。MCU 45包括反相器等。MCU 45将由燃料电池堆10提供的DC电力转换为AC电力，并控制牵引电机40的运行使得根据来自汽车控制器的输入信号来驱动汽车。 
同时，由于24V电动部分，即第二电动部分使用24V辅助电池50的电力，需要给24V辅助电池50充电，上述24V备用电动部分是与内燃机车一起使用的电动部分。 
在第五步S50或第六步S60，在步骤S55运行中，第二DC/DC转换器65，将900V电压降至24V辅助电池，即第二辅助电池的电压，并给24V辅助电池50充电，该第二DC/DC转换器65由连接至燃料电池10的DC电力线路供应900V电力。 
参见图2和图3C，在第七步S70中，第一DC/DC转换器55转到充电模式，并转换燃料电池堆10的900V高电压为12V辅助电池50的充电电压，使得12V辅助电池50，即第一辅助电池开始被充电。 
第八步S80包括将燃料电池堆10的高压电力供给用于其运行的辅助部件的反相器70的步骤。 
在启动的初始阶段，第一DC/DC转换器55将12V辅助电池50的电压升至350V并且将升高的电压供给堆启动部分20。如果燃料电池堆10的电力通过高电压DC/DC转换器25开始供给堆启动部分20，则第一DC/DC转换器55转到充电模式，其中将DC/DC转换器25的高电压350V输出降低到12V辅助电池50的电压并且开始充电。 
另外，燃料电池堆10的高压电力通过DC电力线路开始供给辅助部件的反相器70，来运行辅助部件例如水泵72、动力转向泵74和空气调节压缩机76。 
参见图2和图3D，在第八步S80，用断路器32和制动电阻34给超级电容器30充电。如上所述，断路器32调整流入到超级电容器30的电流量来避免燃料电池堆10的停止和超级电容器30的损坏。图6A是示出使用断路器32和制动电阻34给超级电容器充电的示意图。 
如上所示进行启动模式S1之后，在第九步S90，混合燃料电池客车进入混合驱动模式，且驱动模式包括正常驱动模式S2、爬坡或加速模式S4和再生制动模式S6。 
由于超级电容器30已充电，在要求高负载运行时，例如爬坡和加速期间牵引电机40可以由燃料电池堆10和超级电容器30供给电力。 
图4是示出在根据本发明示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统中驱动模式的流程图。该驱动模式包括正常驱动模式S2、爬坡或加速模式S4，和再生制动模式S6，并且具有根据各自模式的电力流动通道。 
图5A到图5D是示出在根据本发明的示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统中的驱动模式的电流图。 
参见图4和图5A，正常驱动模式S2包括将燃料电池堆的高电压转换为堆启动部分的驱动电压的步骤S91，和将高电压供给牵引电机和反相器的步骤S92。 
在正常驱动模式S2中，燃料电池堆10提供汽车驱动能量和辅助部件驱动能量。因此，燃料电池堆10的电力供给牵引电机40、高电压DC/DC转换器25和辅助部件反相器70。 
同时，对第一和第二DC/DC转换器55和65的运行的控制依赖于12V和24V辅助电池的充电量，如果12V和24V辅助电池需要充电，使第一和第二DC/DC转换器55和65运行来给辅助电池充电。 
另外，如果超级电容器30需要充电，可以进行超级电容器30的充电。 
图5A示出12V辅助电池50和24V辅助电池60以及超级电容器30完成充电状态的电力流动。 
参见图4和图5B，爬坡或加速模式S4包括将燃料电池堆10的高电压转换为堆启动部分的驱动电压的步骤S93、将高电压供给牵引电机40和反相器70的步骤S94和将超级电容器30的充电电力供给牵引电机40的步骤S95。 
在牵引电机40需要在高负载例如加速或爬坡时运行的情况下，燃料电池堆10和超级电容器30同时作为电源。关于这种情况，加速和爬坡模式基本 上是混合模式。存储在超级电容器30中的电力作为辅助电力供给牵引电机40。当存储在超级电容器30中的电力供给牵引电机40时，供给牵引电机40的电力不通过断路器32和制动电阻34。 
将加速或爬坡模式S4与正常驱动模式S2相比，除了超级电容器30的电力供给牵引电机40之外的其他运行彼此相同。 
参见图4、图5C和图5D，再生制动模式S6包括：步骤S96，通过牵引电机40的再生制动产生再生电力；步骤S97，将再生电力转换为堆启动部分20的驱动电压；步骤S98，将再生电力供给反相器70；步骤S99，确定超级电容器30是否过充电；步骤S100，在超级电容器过充电的情况下消耗供给超级电容器30的电力；以及步骤S101，在超级电容器30没有过充电的情况下，通过再生电力给超级电容器30充电。 
在再生制动模式S6中，运行牵引电机40作为发电机来产生电能，即通过再生制动再生电力，且将这中电力通过DC电路线路1供给堆启动部分20、辅助部件的反相器70和超级电容器30。也就是说，在再生制动模式中，牵引电机40作为电源。 
然而，在超级电容器30过充电的情况下，供给超级电容器30的电力可以导致损坏例如缩短超级电容器30的寿命。 
因此，在步骤S99中，确定超级电容器是否过充电。在超级电容器30没有过充电的情况下，也就是需要充电的情况下，在步骤S101中给超级电容器30充电，在超级电容器30过充电的情况下，在步骤S100中消耗供给超级电容器30的电力。 
在超级电容器30可以被充电的情况下，如图5C所示，牵引电机40的再生电力供给超级电容器30因此超级电容器30被充电。在超级电容器30用再生电力充电时，超级电容器30处于部分充电状态因此没有电力的骤变，因此不用通过断路器32和制动电阻34供给电力。 
在超级电容器30过充电的情况下，如图5D所示，牵引电机40产生的电力在通过断路器32和制动电阻34被消耗。图6B是示出超级电容器30过充电时牵引电机40产生的电力在通过制动电阻34被消耗的示意图。 
断路器32包括两个转换晶体管，作为开关。通过调整超级电容器30初始充电期间的电流和消耗再生电力，可以对由于电流骤变，例如燃料电池堆的停止和超级电容器的损坏状态做准备。通过这种电流的调整避免了超级电 容器的过充电。 
通过这种构造，根据本发明的示例性实施例的混合燃料电池客车的电力系统可以使用燃料电池车的部分和使用24V辅助电池的电动部分，其中燃料电池车的部分使用12V辅助电池，上述24V 辅助电池用于内燃机客车中。 
因此，已经开发或使用的电动部分可以用于混合燃料电池客车的设计和制造中，并且电动部分可以与其他车辆相同。 
尽管已经结合现在认为是实际示例性实施例描述了本发明，可以理解本发明不限于公开的实施例，而是相反的，旨在覆盖包括在随附的权利要求精神和范围之内的各种变形和等价配置。 
根据本发明，可以提供一种混合燃料电池客车的电力系统及其控制方法，其中可以使用12V辅助电池和24V辅助电池，因此可以使用燃料电池车的12V电动部分和内燃机客车的24V电动部分，因此混合燃料电池客车的研究时间和成本可以减小。 
而且，根据本发明，在混合燃料电池客车中可以有效利用超级电容器和燃料电池的混合系统。 

Claims (19)

1.一种燃料电池客车的电力系统，包括：
燃料电池堆；
超级电容器，连接所述燃料电池堆并由燃料电池堆充电；
牵引电机，由燃料电池堆或者燃料电池堆和超级电容器两者供应电能来驱动汽车，并将再生制动产生的电能供给超级电容器；
电机控制单元，控制输入到牵引电机的电能和从牵引电机输出的电能；
第一和第二辅助电池，彼此电压不同并且分别将电能供给使用不同电压的第一和第二电动部分；以及
堆启动部分，电连接到第一和第二辅助电池之一，并运行燃料电池堆。
2.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述第一辅助电池是12V辅助电池，而第二辅助电池是24V辅助电池。
3.根据权利要求2所述的电力系统，其中所述第一辅助电池将电能供给能与燃料电池车一起使用的第一电动部分，而第二辅助电池将电能供给能与内燃机车一起使用的第二电动部分。
4.根据权利要求2或3所述的电力系统，其中所述堆启动部分电连接到第一辅助电池使得在燃料电池堆启动之前用第一辅助电池运行，并且电连接到所述燃料电池堆使得在燃料电池堆启动之后用燃料电池堆的电能运行。
5.根据权利要求4所述的电力系统，还包括第一DC/DC转换器和高压DC/DC转换器，其中所述第一DC/DC转换器连接在第一辅助电池和堆启动部分之间，因此将第一辅助电池的电压转换为堆启动部分的电压，其中所述高压DC/DC转换器电连接第一DC/DC转换器，从而将高压DC/DC转换器转换的电压供给第一DC/DC转换器。
6.根据权利要求5所述的电力系统，其中所述燃料电池堆产生900V DC电压。
7.根据权利要求5或6所述的电力系统，其中所述堆启动部分的驱动电压是350V。
8.根据权利要求3或5所述的电力系统，其中所述将第二DC/DC转换器设置在燃料电池堆和第二辅助电池的连接之间，因此用燃料电池堆的电能给第二辅助电池充电。
9.根据权利要求2或5所述的电力系统，其中所述由燃料电池堆供给电能来驱动辅助部件的反相器电连接燃料电池堆。
10.根据权利要求9所述的电力系统，其中所述辅助部件包括水泵、动力转向泵和空气调节压缩机中的至少一种。
11.根据权利要求2或5所述的电力系统，还包括电连接燃料电池堆和牵引电机的电力线路和在连接超级电容器的电力线路中通过断路器和制动电阻的电力线路，其中超级电容器过充电时通过所述断路器和制动电阻消耗能量。
12.一种混合燃料电池客车所述的电力系统所述的控制方法，包括：
第一步，将第一辅助电池的低电压转换为堆启动部分的驱动电压；
第二步，通过堆启动部分的驱动电压驱动堆启动部分；
第三步，通过堆启动部分的运行使燃料电池堆运行；
第四步，通过燃料电池堆的运行产生高压电力；
第五步，将电力供给通道转换到堆启动部分从而将高压电力转换为堆启动部分的电压，并且将转换的电力供给堆启动部分；
第六步，将高压电力供给牵引电机；
第七步，将转换为堆启动部分的驱动电压转换为第一辅助电池的电压；以及
第八步，用高压电力给超级电容器充电。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其中还包括分别将彼此具有不同电压的第一和第二辅助电池的电能供给分别与辅助电池相连的第一和第二电动部分。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其中在第一步中，第一辅助电池是12V辅助电池，第二辅助电池是24V辅助电池。
15.根据权利要求13或14所述的控制方法，其中所述第一步和第七步使用相同的DC/DC转换器。
16.根据权利要求13所述的控制方法，其中所述第五步将900V转换为350V。
17.根据权利要求13或14所述的控制方法，其中所述第五步或第六步还包括转换高压电力来给第二辅助电池充电。
18.根据权利要求13或14所述的控制方法，其中所述第七步还包括将高压电力供给辅助部件的反相器。
19.根据权利要求13或14所述的控制方法，还包括第九步，即在第八步之后进行的驱动模式，其中所述驱动模式选自下列之一：
正常驱动模式，包括将燃料电池堆高电压转换成堆启动部分的驱动电压，并将所述高电压供给牵引电机和反相器；
加速或上坡模式，包括将燃料电池堆高电压转换成堆启动部分的驱动电压，将高电压供给牵引电机和反相器，以及将超级电容器的充电电能供给牵引电机；以及
再生制动模式，包括通过牵引电机的再生制动产生再生电能，将再生电能转换为堆启动部分的驱动电压，将再生电能提供给反相器，确定超级电容器是否过充电，当超级电容器为过充电时消耗提供给超级电容器的电能，当超级电容器没有过充电时通过再生电能给超级电容器充电。
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