CN108407632A - 基于一体化双绕组电机控制器的燃料电池汽车动力系统 - Google Patents

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周雅夫
毛乾宁
黄杰
连静
李琳辉
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    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
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    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

本发明属于燃料电池汽车领域，提供一种基于一体化双绕组电机控制器的燃料电池汽车动力系统，该系统中的燃料电池与燃料电池电源主回路连接；二次电池与二次电池电源主回路连接；燃料电池主回路和二次电池主回路分别与双绕组电机连接，且二者之间接入单向的DC/DC变换器，以保证二次电池始终处于最佳储能状态。本发明采用具有小功率DC/DC变换器的一体化双绕组电机控制器，燃料电池在双绕组电机静止状态下向二次电池少量充电，使二次电池SOC始终处于最佳储能状态，既保证了汽车起动时的动力性，也实现了汽车正常行驶状况下的能量回收。

Description

基于一体化双绕组电机控制器的燃料电池汽车动力系统
技术领域
本发明属于燃料电池汽车领域，涉及到一种燃料电池汽车动力系统，特别涉及到一种基于一体化双绕组电机控制器的燃料电池汽车动力系统。
背景技术
面对日趋严重的能源短缺和环境污染问题，大力发展新能源汽车具有重要意义。在这一背景下，燃料电池汽车凭借其高效率、无污染和能源可再生的优势成为汽车领域的热点，也是今后汽车发展的一个重要方向。目前世界上许多国家和组织均投入大量资金进行技术攻关，我国也通过新能源汽车重大项目在燃料电池汽车的研发中取得突破性进展。
燃料电池汽车的动力系统是燃料电池汽车的核心部分之一，然而由于燃料电池存在输出特性偏软的问题，目前大多数燃料电池汽车采用燃料电池+二次电池+DC/DC变换器+电机的驱动结构：燃料电池连接DC/DC变换器，之后连接电机控制器驱动电机工作；二次电池并接在DC/DC变换器与电机控制器相连接的直流母线上。一般情况下，燃料电池的所有能量均经过DC/DC转换，故要求DC/DC转换器的功率大，导致DC/DC转换器制造成本高、体积大，转换过程中还有一定的功率损失，效率较低；而且面向燃料电池的DC/DC转换器技术成熟度尚不如电机控制器的成熟度高，其可靠性和耐久性需长期验证。
查阅资料发现，国外相关文献提供了一种利用双绕组电机的燃料电池车构型，该构型省去了DC/DC转换器。但是，这种构型不适用于发动机的所有工况，尤其是当双绕组电机静止时，不能够实现燃料电池与二次电池的能量交换。
针对以上技术背景，我们提出了一种新型的燃料电池汽车动力系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有的燃料电池汽车动力系统采用大功率DC/DC变换器存在体积大、成本高、效率低的问题，而且采用了双绕组电机并省去DC/DC变换器的燃料电池汽车动力系统不适用于所有工况，尤其是在双绕组电机静止时燃料电池与二次电池难以进行能量交换。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于一体化双绕组电机控制器的燃料电池汽车动力系统，该系统包括：燃料电池FC、二次电池B、一体化的双绕组电机控制器、双绕组电机M、差速器。所述一体化的双绕组电机控制器包括不同电压等级的燃料电池电源主回路、二次电池电源主回路、DC/DC变换器、电机控制板；一体化的双绕组电机控制器，采用一个双绕组电机控制板控制燃料电池组与二次电池两个高压回路，即燃料电池与二次电池通过同一个双绕组电机控制器形成两组三相交流电，它们可同时驱动一个双绕组电机。
所述的燃料电池与燃料电池电源主回路连接；所述的二次电池组与二次电池电源主回路连接；所述的燃料电池电源主回路和二次电池电源主回路之间接入单向的小功率DC/DC变换器，使双绕组电机在静止时燃料电池能够对动力二次电池进行慢充电，起到调节二次电池荷电状态(SOC)的作用，保证二次电池始终处于最佳储能状态。所述的电机控制板的基本控制功能与控制普通电机的控制器控制板的功能是一致的，其主要区别为该电机控制板可同时控制两个主回路，燃料电池电源主回路和二次电池电源主回路通过该控制板形成两组三相交流电，它们可同时驱动一个双绕组电机。
所述的DC/DC变换器的功率根据车的总体功率进行确定。
本发明的有益效果为：在本发明的燃料电池汽车系统中，采用具有小功率DC/DC变换器的一体化双绕组电机控制器；可在两个方面取得成效：(1)可大大降低DC/DC变换器的成本。传统结构中大功率DC/DC变换器成本较高，而本发明中小功率DC/DC变换器成本大大降低。(2)提高了能量转换的效率：小功率DC/DC变换器实现了双绕组电机处于静止状态时燃料电池对二次电池进行慢充电，使二次电池SOC始终处于最佳储能状态，既保证了汽车起动时的动力性，也实现了汽车正常行驶状况下的能量回收。
附图说明
图1为本发明提出的燃料电池汽车动力系统的系统结构图。
具体实施方式
以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式，图中实线表示动力系统电力接线。
一种基于一体化双绕组电机控制器的燃料电池汽车动力系统，其动力部分主要由燃料电池、二次电池、具有小功率DC/DC变换器的一体化双绕组电机控制器和双绕组电机构成，燃料电池FC与燃料电池电源主回路之间设置二极管。
在控制器结构方面，具有小功率DC/DC变换器的双绕组电机控制器将原先分开控制燃料电池与动力蓄电池两个电机控制器合成在一起，使用一个控制板控制两个高压回路，燃料电池电源主回路和二次电池电源主回路通过该控制板形成两组三相交流电，它们可同时驱动一个双绕组电机。
在一体化双绕组电机控制器中，加入小功率DC/DC变换器，可使燃料电池在汽车发动机静止状态下向二次电池少量充电，使二次电池SOC始终处于最佳储能状态。其具体工作情况为：当双绕组电机启动时，短时间内需要较大功率，而燃料电池的功率不能突变，于是由二次电池短时间产生大功率驱动电机，保证汽车能够顺利起动，当燃料电池的功率增大后，燃料电池与二次电池便可同时驱动电机。在汽车正常行驶过程中，燃料电池可对二次电池进行充电，控制二次电池的SOC在65％-80％之间；当发生制动时，燃料电池的功率的变化率不能过大，可将一部分能量传递给二次电池，同时部分动能转换为电能，实现合理的能量回收。当双绕组电机处于静止状态时，在小功率DC/DC变换器的作用下，燃料电池对二次电池进行慢充电，起到调节二次电池荷电状态(SOC)的作用，此时二次电池SOC可达到95％以上，可在汽车启动时短时间内产生较大功率。
所述的DC/DC变换器的功率根据车的总体功率进行确定，比如：乘用车控制为100W(瓦特)以内，商务车可采用200W以内。较低的功率等级可以保证DC/DC变换器的价格较低，例如32W的DC/DC变换器价格大约为150元，100W的DC/DC变换器大约为300元。

Claims (1)

1.一种基于一体化双绕组电机控制器的燃料电池汽车动力系统，其特征在于，所述的燃料电池汽车动力系统包括：燃料电池组FC、二次电池组B、一体化的双绕组电机控制器、双绕组电机M、差速器；所述一体化的双绕组电机控制器包括不同电压等级的燃料电池电源主回路、二次电池电源主回路、DC/DC变换器、电机控制板；
所述的燃料电池电源主回路和二次电池电源主回路之间接入单向的DC/DC变换器，使双绕组电机在静止时燃料电池能够对二次电池进行慢充电，起到调节二次电池荷电状态的作用；燃料电池主回路和二次电池主回路分别与双绕组电机连接；所述的电机控制板能够同时控制两个主回路，燃料电池主回路和二次电池主回路通过该控制板形成两组三相交流电，能够同时驱动一个双绕组电机的两个绕组；
所述的DC/DC变换器的功率根据车的总体功率确定。
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