CN109808497B - 燃料电池车辆系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一种燃料电池车辆系统及其控制方法。该系统包括燃料电池和第一电动机，该第一电动机经由第一总线端子连接到燃料电池，并由从燃料电池供应的电力驱动，并且向车辆的驱动轮提供动力。高压电池通过充电或放电来储存或供应电力。另外，第二电动机经由第二总线端子连接到高压电池，并由从高压电池供应的电力驱动，并且向车辆的驱动轮提供动力。

Description

燃料电池车辆系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种燃料电池车辆系统及其控制方法，更具体地说，涉及一种燃料电池车辆系统，在该车辆系统中，前轮和后轮分别与燃料电池和高压电池连接，并且被单独驱动。

背景技术

正在积极开展关于使用环保燃料电池作为未来替代能源的氢燃料电池车的研究。燃料电池通过使用氢气作为反应气体的电化学反应产生电能。然而，由于燃料电池的结构问题，在启动时迅速向负载供应电力并且迅速响应负载的突然变化可能是困难的。另外，由于燃料电池在特定输出密度范围内具有最佳效率，所以燃料电池可能频繁偏离高效输出密度。

此外，由于燃料电池仅具有单向供应电力的特性，因此当车辆驱动电动机停止时，燃料电池不会吸收或存储再生的再生电力，因此不利于能量的有效使用。因此，燃料电池车辆通常包括混合驱动系统，其中，安装高压电池作为辅助能源。然而，通常使用的并联型混合驱动系统可能需要大体积的双向转换器，该双向转换器可适合于高功率并且由于双向转换器所引起的功率损耗而效率降低。

已经提供的描述为背景技术的事项仅用于帮助理解本发明的背景，而不应被认为对应于本领域技术人员已知的相关技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有双向转换器的电力燃料电池车辆系统，其通过分别用燃料电池和高压电池分别驱动前轮和后轮。

根据本发明的示例性实施方式，燃料电池车辆系统可以包括：燃料电池；第一电动机，经由第一总线端子连接到燃料电池，并且由从燃料电池供应的电力驱动，并且被配置为向车辆的驱动轮提供动力；高压电池，被配置为通过充电或放电来存储或供应电力；以及第二电动机，经由第二总线端子连接到高压电池，并且由从高压电池供应的电力驱动，并且被配置为向车辆的驱动轮提供动力。

第一电动机可以向车辆的部分驱动轮提供动力，而第二电动机可以向车辆的其余驱动轮提供动力。燃料电池车辆系统还可以包括：双向直流-直流(DC/DC)转换器，位于第一总线端子和高压电池之间；以及控制器，被配置为操作双向DC/DC转换器以调整第一总线端子和高压电池之间的电力传输。

燃料电池车辆系统还可以包括：第一逆变器，位于燃料电池与第一电动机之间的，并且被配置为逆变第一总线端子的电力，并且向第一电动机供应逆变电力；以及第二逆变器，位于高压电池和第二电动机之间，并且被配置为逆变第二总线端子的电力，并且向第二电动机供应逆变电力。燃料电池车辆系统还可以包括：第一继电器，直接连接在第一逆变器和第二逆变器之间以将第一逆变器的电力传输到第二逆变器。控制器可以被配置为操作第一继电器的第一开关以传输或中断从第一逆变器到第二逆变器的电力。

另外，燃料电池车辆系统还可以包括：第二继电器，被配置为通过允许电力绕过高压电池从双向DC/DC转换器向第二逆变器直接传输电力。控制器可以被配置为操作第二继电器的第二开关以传输或中断从双向DC/DC转换器到第二逆变器的电力。控制器还可以被配置为基于燃料电池车辆的运行状态通过以下中的任一种模式操作所述燃料电池车辆的所述驱动轮：由高压电池的电力驱动燃料电池车辆的电动车辆(EV)模式、由燃料电池的电力驱动燃料电池车辆的仅燃料电池(FC)模式、以及使用高压电池的电力和燃料电池的电力两者来驱动燃料电池车辆的高输出模式。

控制器可以被配置为基于燃料电池车辆的运行状态来操作双向DC/DC转换器：将第一总线端子的电力传输到高压电池或者将高压电池的电力传输到第一总线端子。控制器还可以被配置为在燃料电池启动时，操作双向DC/DC转换器：利用高压电池的电力驱动连接到第一总线端子的辅助设备，以将高压电池的电力传输到第一总线端子。另外，控制器可以被配置为在再生制动时，操作双向DC/DC转换器：将从第一电动机再生的能量供应给高压电池，以将第一总线端子的电力传输到高压电池。控制器可以被配置为当燃料电池运行时，操作双向DC/DC转换器：利用从燃料电池供应的电力对高压电池充电，以将第一总线端子的电力传输到高压电池。

根据本发明的另一个示例性实施方式，一种控制燃料电池车辆系统的方法包括以下步骤：基于燃料电池车辆的运行状态通过以下中的任一种模式操作所述燃料电池车辆的所述驱动轮：由高压电池的电力驱动燃料电池车辆的EV模式、由燃料电池的电力驱动燃料电池车辆的仅FC模式、以及使用高压电池的电力和燃料电池的电力两者来驱动燃料电池车辆的高输出模式。

根据本发明的另一个示例性实施方式，一种控制燃料电池车辆系统的方法包括以下步骤：诊断燃料电池车辆系统的故障状态；以及基于所诊断的故障状态通过选择的驱动模式操作燃料电池车辆的驱动轮。当燃料电池在故障诊断中被诊断为故障时，在燃料电池车辆的驱动轮的操作中，可以通过利用高压电池的电力驱动第一电动机或第二电动机的驱动模式操作驱动轮。

当第二电动机被诊断为故障时，在燃料电池车辆的驱动轮的操作中，可以操作双向DC/DC转换器：将高压电池的电力供应到第一总线端子，以通过驱动第一电动机的驱动模式操作驱动轮。当高压电池被诊断为故障时，在燃料电池车辆的驱动轮的操作中，可以通过利用燃料电池的电力驱动第一电动机或第二电动机的驱动模式操作驱动轮。当第一电动机被诊断为故障时，在燃料电池车辆的驱动轮的操作中，可以操作双向DC/DC转换器：将第一总线端子的电力提供给第二逆变器以驱动第二电动机。

附图说明

从以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：

图1是根据本发明示例性实施方式的燃料电池车辆系统的结构图；

图2至图6示出根据本发明示例性实施方式的各种运行模式；

图7是根据本发明的示例性实施方式的控制燃料电池车辆系统的方法的流程图；

图8是示出当根据本发明的示例性实施方式的燃料电池和第二电动机故障时的驱动模式的图；

图9A和9B是示出当根据本发明的示例性实施方式的高压电池和第一电动机故障时的驱动模式的图；以及

图10A和10B是现有燃料电池车辆系统与根据本发明的示例性实施方式的燃料电池车辆系统的比较图。

具体实施方式

应该理解，如这里使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似的术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多功能车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种小船和舰船的船只，飞机，等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力车辆，氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如源自非石油资源的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力和电动动力两者的车辆。

虽然示例性实施方式被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应该理解，示例性过程也可以由一个或多个模块执行。另外，可以理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储模块，而处理器被具体配置为执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个处理。

本文使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不意图限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

除非特别陈述或从上下文中明显看出，如本文所使用的，术语“约”理解为在本领域的正常容忍范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、或0.01％内。除非上下文另有明确说明，否则本文提供的所有数值均由术语“约”修饰。

示出在本说明书或本申请中公开的本发明的示例性实施方式中的特定结构和功能描述以描述本发明的示例性实施方式，因此，本发明的示例性实施方式可以以各种形式实施，而不是被解释为限于在本说明书或本申请中公开的本发明的示例性实施方式。

由于本发明的示例性实施方式可以进行各种修改并且可以具有几种形式，因此，特定的示例性实施方式将在附图中示出，并且将在本说明书或公开中详细描述。然而，应该理解的是，本发明不限于具体的示例性实施方式，而是包括包含在本发明的精神和范围内的所有修改、等同物、和替换。

诸如“第一”、“第二”等的术语可以用于描述各种组件，但是这些组件不被解释为限于这些术语。这些术语仅用于区分一个组件和另一个组件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，“第一”组件可以被称为“第二”组件，并且“第二”组件也可以被类似地称为“第一”组件。

应该理解的是，当一个元件被称为“连接到”或“耦接到”另一个元件时，它可以直接连接到或直接耦接到另一个元件，或者具有其他元件介于其间而连接到或耦接到另一个元件。另一方面，应该理解的是，当一个元件被称为“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，它可以连接到或耦接到另一元件，没有其他元件介于其间。另外，应该类似地解释描述组件之间的关系，即“之间”、“直接之间”、“与…相邻”、“与…直接相邻”等的关系的其他表达。

除非另外指示，否则应理解的是，包括技术和科学术语的说明书中使用的所有术语具有与本领域技术人员所理解的相同的含义。必须理解的是，由字典定义的术语与相关技术的上下文中的含义相同，并且除非上下文另有明确规定，否则它们不应该被理想地或过度地正式定义。

在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施方式。在每个图中提出的相同附图标记表示相同的部件。

图1是根据本发明示例性实施方式的燃料电池车辆系统的结构图。参考图1，根据本发明示例性实施方式的燃料电池车辆系统可以包括：燃料电池10；第一电动机50，经由第一总线端子80连接到燃料电池10并且由从燃料电池10供应的电力驱动，并且被配置为向车辆的驱动轮提供动力；高压电池20，被配置为通过充电或放电来存储或供应电力；以及第二电动机60，经由第二总线端子90连接到高压电池20，并且由从高压电池20供应的电力驱动，并且被配置为向车辆的驱动轮提供动力。

燃料电池10可以是分别通过供应氢气和氧气而发生反应的燃料电池组，其中，可以将由化学反应产生的电力供应到第一总线端子80。第一总线端子80可以包括用于防止反向电流流动的二极管。第一总线端子80可以连接到诸如空气压缩机和冷却剂泵的辅助设备(例如，棱锥(BOP)的底部)11以向其供应电力，并且可以连接到诸如低压电池的辅助(AUX)设备以向其供应电力。第一总线端子80可以被配置为通过第一逆变器30向第一电动机50供应电力。

高压电池20可以被充电以存储电力，或被放电以供应电力。对于高性能燃料电池车辆，可以使用具有大容量的高压电池20。此外，从待充电车辆外部被供应有电力的插电式混合动力车辆(PHEV)可以包括车载充电器(OBC)。或者，高压电池20可以从车辆外部通过外部充电器充电供应电力，或者可以利用燃料电池10等的电力在车辆内部充电而不被插入外部电源。

第一电动机50可被配置成向车辆的第一组驱动轮提供动力，而第二电动机60可被配置成向车辆的第二组驱动轮(例如，剩余组)提供动力。在本发明的示例性实施方式中，第一电动机50可以被假定为向前轮提供动力，而第二电动机60可以被假设为向后轮提供动力，反之亦然。换句话说，第一电动机50和第二电动机60可以独立地驱动不同的驱动轮。

根据本发明示例性实施方式的燃料电池车辆系统还可以包括设置在第一总线端子80和高压电池20之间的双向DC/DC转换器70；以及控制器(A)，被配置为通过操作双向DC/DC转换器70来调整第一总线端子80与高压电池20之间的电力传输。本发明的控制器(A)可以是电子控制器(ECU)或通信控制器(TCU)、或配置成操作燃料电池系统的燃料电池控制器(FCU)，或者可以配置为单独的控制器。

第一总线端子80和第二总线端子90的电压可以不同地设定。具体而言，在本发明中，燃料电池10连接的第一总线端子80的电压比高压电池20连接的第二总线端子90的电压相对较低。本发明的双向DC/DC转换器70(BHDC)可以被设置在第一总线端子80和高压电池20之间以连接在独立的驱动系统之间，并且可以被配置为在具有不同电压的独立驱动系统之间转换DC电压。控制器(A)可以被配置为操作双向DC/DC转换器70以控制第一总线端子80和高压电池20之间的电力传输。然而，本发明具有独立驱动系统，其中，燃料单元10和高压电池20分别连接到第一电动机50和第二电动机60，因此不需要大容量双向DC/DC转换器70。换句话说，根据现有技术，当燃料电池车辆系统具有一个驱动系统时，需要大约200kW的大容量双向DC/DC转换器70。然而，燃料电池车辆系统包括独立的驱动系统，因此大约30[kW]的小容量双向DC/DC转换器70可以是足够的。双向转换器的容量可以设定为小于燃料电池10的最大输出的50％或小于电池的最大输出的50％。此外，由于燃料电池车辆系统由独立驱动系统驱动，所以不需要双向DC/DC转换器70的转换，由此防止在转换期间电力丢失。因此，可以提高燃料电池车辆的驱动效率。

燃料电池车辆系统还可以包括：第一逆变器30，设置在燃料电池10和第一电动机50之间，并且被配置为逆变第一总线端子80的电力，并且向第一电动机50供应逆变电力；以及第二逆变器40，设置在高压电池20和第二电动机60之间，并且被配置为逆变第二总线端子90的电力，并且向第二电动机60供应逆变电力。第一逆变器30和第二逆变器40可以被配置为分别向第一电动机50和第二电动机60提供逆变电力。然而，当高压电池20故障(例如，故障)时，应该从燃料电池10供应电力，并且当电力要供应到第二电动机60时(例如，当第一电动机50故障时)，应该通过绕过高压电池20将电力供应到第二逆变器40。

根据本发明的示例性实施方式，燃料电池车辆系统还可以包括第一继电器100，其直接连接在第一逆变器30和第二逆变器40之间以将第一逆变器30的电力传输到第二逆变器40，以及控制器(A)可以被配置为操作第一继电器100的第一开关110以传输或中断从第一逆变器30到第二逆变器40的电力。第一继电器100可以直接连接在第一逆变器30和第二逆变器40之间以传输电力。然而，电力可以从相对低压传输到高压。相反，当电力从高压传输到低压时，逆变器或电动机的组件可能会受损。

根据本发明的另一个示例性实施方式，燃料电池车辆系统还可以包括第二继电器200，其被配置为通过允许电力绕过高压电池将电力从双向DC/DC转换器70直接传输到第二逆变器40，其中，控制器(A)可以被配置为操作第二继电器200的第二开关210以传输或中断从双向DC/DC转换器70到第二逆变器40的电力。然而，在这种情况下，可能存在仅能够传输与双向DC/DC转换器70的电力转换容量相对应的电力的限制。

控制器(A)可以被配置为基于燃料电池车辆的运行状态以由高压电池20的电力驱动燃料电池车辆的驱动轮的EV模式、由燃料电池10的电力驱动燃料电池车辆的仅FC模式、以及使用高压电池20的电力和燃料电池10的电力两者来驱动燃料电池车辆的高输出模式中任何一种模式操作燃料电池车辆的驱动轮。

如图1所示，对于需要高功率的运行模式，通过独立驱动系统，燃料电池10的电力可以通过第一逆变器30供应到第一电动机50，并且高压电池20的电力可以通过第二逆变器40供应到第二电动机60，因此，可以分别驱动第一电动机50和第二电动机60。在图1中，箭头表示供应电力的路径。图2至图6示出根据本发明示例性实施方式的各种运行模式。参照图2至图6，箭头表示供应电力的路径，并且虚线部分表示它们各自处于运行的状态。图2至图6示出除了图1的独立驱动模式之外的驱动模式。

首先，图2示出EV模式。在EV模式中，驱动轮由高压电池20的电力驱动或操作，而不从燃料电池10供应电力。燃料电池车辆在燃料电池10起动的初始阶段开始之前可以以相应的模式运行，并且在城市运行情况下或需要低输出的相似情况下可以以相应的模式运行。

图2示出从高压电池20供应的电力通过第二逆变器40驱动第二电动机60。然而，如果需要，还可以通过经由双向DC/DC转换器70将高压电池20的电力供应给第一逆变器30以驱动第一电动机50。

图3示出仅FC模式。在仅FC模式中，燃料电池10供应电力，但高压电池20不供应电力。燃料电池车辆在高压电池20的充电状态(SOC)不足时可以以相应的模式运行，并且在高压电池20或周围系统故障或不灵时可以以相应的模式运行。

图3示出从燃料电池10供应的电力通过第一逆变器30驱动第一电动机50。然而，如果需要，还可以绕过高压电池20通过双向DC/DC转换器70将燃料电池10的电力直接传输到第二逆变器40以驱动第二电动机60。

图4示出使用燃料电池10对高压电池20充电的模式。高压电池20可以使用外部电源执行插入式充电，但是也可以通过双向DC/DC转换器70利用燃料电池10产生的电力充电。

具体地，高压电池20可以在燃料电池10的运行期间用燃料电池10产生的电力充电。换句话说，当在例如燃料电池10起动但燃料电池车辆未操作等期间燃料电池10产生电力时，高压电池20可用剩余电力充电，或者，在燃料电池车辆用燃料电池10产生的电力运行时，当高压电池20的SOC不足时，当驱动第一电动机50时，高压电池20也可以用部分电力充电。

图5示出再生制动模式。具体地，当燃料电池车辆正在运行的同时执行再生制动时，高压电池20可以由第一电动机50和第二电动机60中的每一个再生的能量充电。由第二电动机60再生的能量可以通过第二逆变器40传输到高压电池20，并且由第一电动机50再生的能量可以经由第一逆变器30和双向DC/DC转换器70传输到高压电池。

图6示出将高压电池20的电力传输到BOP(辅助设备)的模式。具体地，从高压电池20放出的电力可以经由双向DC/DC转换器70被传输到BOP以操作BOP。当启动燃料电池10时，当燃料电池10为产生电力需要空气供应等时，可以使用高压电池20的电力驱动空气压缩机等的BOP。

因此，根据本发明的示例性实施方式的控制燃料电池车辆系统的方法，可以基于燃料电池车辆的运行状态通过以下中的任一种模式操作所述车辆的所述驱动轮：由高压电池20的电力驱动燃料电池车辆的EV模式、由燃料电池10的电力驱动燃料电池车辆的仅FC模式、以及使用高压电池20的电力和燃料电池10的电力两者来驱动燃料电池车辆的高输出模式。

图7是根据本发明示例性实施方式的控制燃料电池车辆系统的方法的流程图。下面描述的方法可以由控制器(A)执行。参照图7，根据本发明示例性实施方式的燃料电池车辆系统可以包括诊断燃料电池车辆系统的故障状态(S100)；并且基于诊断的故障情况以选择的驱动模式操作燃料电池车辆的驱动轮(S210、S220、S230、S240、和S300)。

换句话说，该方法可诊断燃料电池车辆系统的故障情况，以控制燃料电池车辆进入故障安全模式，因为当由于系统的任何部件的故障导致燃料电池车辆突然不能运行时可能引起危险情况。具体而言，在诊断燃料电池车辆系统的故障状态(S100)中，可以确定燃料电池和高压电池是否可以供应电力，并且可以确定第一电动机或第二电动机是否可以供应驱动转矩。也可以诊断第一逆变器或第二逆变器的故障。

特别地，高压电池的故障还可以包括由于诸如高压电池的SOC不足或者温度未处于适当水平的状态而暂时不能供应电力的情况。在诊断燃料电池车辆系统的故障状态(S100)中，当没有检测到系统的部件故障时，燃料电池车辆可以在正常运行模式下运行(S300)。基于上述运行状态，燃料电池车辆可以以适当的操作模式运行。

当检测到燃料电池的故障时(S110)，驱动轮可以在第一电动机或第二电动机利用高压电池的电力驱动的驱动模式下操作(S220)。换句话说，当燃料电池不能产生电力时，燃料电池车辆可以进入由高压电池的电力驱动燃料电池车辆的EV模式。驱动轮可以在利用高压电池的电力驱动第一电动机或第二电动机的驱动模式操作。尽管，高压电池的电力可以通过经由双向DC/DC转换器供应给第一逆变器以驱动第一电动机，但考虑到由于转换的损失，高压电池的电力可以直接供应给第二逆变器以驱动第二电动机。

图8是示出当根据本发明的示例性实施方式的燃料电池和第二电动机故障时的驱动模式的图。参照图8，当还检测到第二电动机的故障(S130)时，在燃料电池车辆的驱动轮的操作中(S210)，可以操作双向DC/DC转换器以将高压电池的电力供应到第一总线端子，从而在驱动第一电动机的驱动模式下操作驱动轮。

因此，当燃料电池和第二电动机同时故障时，高压电池的电力可以被供应给第一电动机以在紧急操作模式下操作驱动轮，在紧急操作模式中，驱动轮用第一电动机驱动。因此，即使当燃料电池和第二电动机同时故障时，也可以执行将燃料电池车辆移动到安全地点的紧急操作。

此外，当在故障诊断中检测到高压电池故障(S120)时，在燃料电池车辆的驱动轮的操作中(S240)，驱动轮可以在利用燃料电池的电力驱动第一电动机或第二电动机的驱动模式下操作。换句话说，当不能从高压电池供应电力时，第一电动机或第二电动机可以使用燃料电池的电力驱动。然而，尽管，燃料电池的电力可以通过经过双向DC/DC转换器供应给第二逆变器以驱动第二电动机，但考虑到由于转换的损失，燃料电池的电力可以直接供应给第一逆变器以驱动第一电动机。

图9A和图9B是示出当根据本发明的示例性实施方式的高压电池和第一电动机故障时的驱动模式的图。参照图9A和9B，当第一电动机在故障诊断中也被诊断为具有故障时(S140)，在燃料电池车辆的驱动轮的操作中(S230)，双向DC/DC转换器可以被操作为将第一总线端子的电力供应给第二逆变器，由此驱动第二电动机。

由于高压电池发生故障，即使当通过经过双向DC-DC转换器向高压电池供应电力时，高压电池可能不能供应电力。因此，如图9A所示，可操作第一开关110以通过第一继电器将传输到第一逆变器的电力直接连接到第二逆变器。由于第一逆变器的电力的电压小于第二逆变器的电力的电压，所以，第一逆变器的电力可以被供应给第二逆变器，但是，向第一逆变器供应具有更大电压的第二逆变器的电力可能另外导致组件故障。

或者，如图9B所示，可以操作第二开关210，使得经过双向DC/DC转换器的电力绕过高压电池，以通过第二继电器直接向第二逆变器传输电力供应给第二逆变器。因此，当高压电池和第一电动机同时故障时，燃料电池的电力可以被供应到第二电动机以在紧急操作模式下操作驱动轮，在紧急操作模式中，驱动轮用第二电动机驱动。因此，即使当高压电池和第一电动机同时故障时，也可以执行能够移动到安全地点的紧急操作。

作为参考，不假定燃料电池和高压电池同时故障，或者第一和第二电动机同时故障。在这种情况下，通过本发明的紧急操作控制可能无法解决故障，因此，可以单独提供另一个紧急操作控制。

图10A和10B是现有燃料电池车辆系统与根据本发明的示例性实施方式的燃料电池车辆系统的比较图。参照图10A和10B，假定以相同的方式产生300[kW]的输出。具体而言，假定燃料电池供应100[kW]的输出、高压电池供应200[kW]的输出、并且BOP消耗10[kW]。

图10A示出现有燃料电池车辆系统，其中，燃料电池系统可以被配置为通过允许燃料电池供应100[kW]的输出，BOP消耗10[kW]从而供应90[kW]，并且可以被配置为通过允许高压电池供应200[kW]的输出，双向DC/DC转换器由于转换消耗约10[kW]从而供应190[kW]。因此，根据现有的燃料电池车辆系统，即使当总输出是300[kW]时，供应到连接到电动机的逆变器的功率可能是280[kW]，因此驱动轮可以提供对应于280[kW]的驱动转矩。

图10B示出根据本发明示例性实施方式的燃料电池车辆系统。燃料电池车辆系统可以被配置为通过允许燃料电池供应100[kW]的输出，BOP消耗10[kW]从而向第一逆变器供应90[kW]，并且从高压电池向第二逆变器提供200[kW]的输出。因此，根据本发明示例性实施方式的燃料电池车辆系统，当输出总计300[kW]时，分别供应给连接到第一电动机和第二电动机的第一逆变器和第二逆变器的功率总计为290[kW]，因此驱动轮可以提供对应于总共290[kW]的驱动转矩。换句话说，由于在正常运行模式下不使用双向DC/DC转换器执行转换，所以可以减少要损失的电力并且相应地可以提高驱动效率。

根据本发明的燃料电池车辆系统及其控制方法，燃料电池和高压电池可以在没有双向转换器的电力转换的情况下独立使用，因此提高了驱动效率。另外，由于双向转换器所需的电力转换容量是最小值，因此小尺寸双向转换器就足够了，在布局和成本降低方面可能是有利的。当燃料电池、高压电池、第一电动机、或第二电动机故障时，可以改进故障安全模式。

尽管已经关于具体的示例性实施方式示出和描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。

Claims (13)

1.一种燃料电池车辆系统，包括：

燃料电池；

第一电动机，经由第一总线端子连接到所述燃料电池并且由从所述燃料电池供应的电力驱动，并且所述第一电动机被配置为向车辆的驱动轮提供动力；

高压电池，被配置为通过充电或放电来存储或供应电力；

第二电动机，经由第二总线端子连接到所述高压电池并且由从所述高压电池供应的电力驱动，并且所述第二电动机被配置为向所述车辆的所述驱动轮提供动力；

双向直流-直流转换器，位于所述第一总线端子和所述高压电池之间；以及

控制器，被配置为操作所述双向直流-直流转换器以调整所述第一总线端子和所述高压电池之间的电力传输；

其中，所述控制器诊断所述燃料电池车辆系统的故障状态，并且基于所诊断的故障状态通过选择的驱动模式操作所述车辆的所述驱动轮，包括：

当所述燃料电池被诊断为故障时，通过利用所述高压电池的电力驱动第一电动机或第二电动机的驱动模式操作所述驱动轮，并且

当所述第二电动机被诊断为故障时，操作所述双向直流-直流转换器：将所述高压电池的电力供应到第一总线端子，以通过驱动所述第一电动机的驱动模式操作所述驱动轮。

2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆系统，其中，所述第一电动机被配置为向所述车辆的第一组所述驱动轮提供动力，并且所述第二电动机被配置为向所述车辆的第二组所述驱动轮提供动力。

3.根据权利要求1所述的燃料电池车辆系统，还包括：

第一逆变器，位于所述燃料电池和所述第一电动机之间并且被配置为逆变所述第一总线端子的电力，并且向所述第一电动机供应所逆变的电力；以及

第二逆变器，位于所述高压电池和所述第二电动机之间并且被配置为逆变所述第二总线端子的电力，并且向所述第二电动机供应所逆变的电力。

4.根据权利要求3所述的燃料电池车辆系统，还包括：

第一继电器，直接连接在所述第一逆变器和所述第二逆变器之间以将所述第一逆变器的电力传输到所述第二逆变器，

其中，所述控制器被配置为操作所述第一继电器的第一开关以传输或中断从所述第一逆变器到所述第二逆变器的电力。

5.根据权利要求3所述的燃料电池车辆系统，还包括：

第二继电器，被配置为通过允许电力绕过所述高压电池而从所述双向直流-直流转换器向所述第二逆变器直接传输电力，

其中，所述控制器被配置为操作所述第二继电器的第二开关以传输或中断从所述双向直流-直流转换器到所述第二逆变器的电力。

6.根据权利要求1所述的燃料电池车辆系统，其中，所述控制器被配置为基于所述车辆的运行状态通过以下中的任一种模式操作所述车辆的所述驱动轮：由所述高压电池的电力驱动所述车辆的电动车辆(EV)模式、由所述燃料电池的电力驱动所述车辆的仅燃料电池(FC)模式、以及使用所述高压电池的电力和所述燃料电池的电力两者来驱动所述车辆的高输出模式。

7.根据权利要求1所述的燃料电池车辆系统，其中，所述控制器被配置为基于所述车辆的运行状态来操作所述双向直流-直流转换器：将所述第一总线端子的电力传输到所述高压电池或者将所述高压电池的所述电力传输到所述第一总线端子。

8.根据权利要求7所述的燃料电池车辆系统，其中，所述控制器被配置为当所述燃料电池启动时，操作所述双向直流-直流转换器：利用所述高压电池的电力驱动连接到所述第一总线端子的辅助设备，以将所述高压电池的电力传输到所述第一总线端子。

9.根据权利要求7所述的燃料电池车辆系统，其中，所述控制器被配置为在再生制动期间，操作所述双向直流-直流转换器：将从所述第一电动机再生的能量供应给所述高压电池，以将所述第一总线端子的电力传输到所述高压电池。

10.根据权利要求7所述的燃料电池车辆系统，其中，所述控制器被配置为当所述燃料电池运行时，操作所述双向直流-直流转换器：利用从所述燃料电池供应的电力对所述高压电池充电，以将所述第一总线端子的电力传输到所述高压电池。

11.一种控制燃料电池车辆系统的方法，所述燃料电池车辆系统包括：

燃料电池；

第一电动机，经由第一总线端子连接到所述燃料电池并且由从所述燃料电池供应的电力驱动，并且所述第一电动机被配置为向车辆的驱动轮提供动力；

高压电池，被配置为通过充电或放电来存储或供应电力；以及

第二电动机，经由第二总线端子连接到所述高压电池并且由从所述高压电池供应的电力驱动，并且所述第二电动机被配置为向所述车辆的所述驱动轮提供动力；

双向直流-直流转换器，位于所述第一总线端子和所述高压电池之间；以及

控制器，被配置为操作所述双向直流-直流转换器以调整所述第一总线端子和所述高压电池之间的电力传输；

所述方法包括以下步骤：

由所述控制器诊断所述燃料电池车辆系统的故障状态；以及

由所述控制器基于所诊断的故障状态通过选择的驱动模式操作所述车辆的所述驱动轮；

其中，当所述燃料电池被诊断为故障时，通过利用所述高压电池的电力驱动第一电动机或第二电动机的驱动模式操作所述驱动轮，并且

其中，当所述第二电动机被诊断为故障时，操作所述双向直流-直流转换器：将所述高压电池的电力供应到第一总线端子，以通过驱动所述第一电动机的驱动模式操作所述驱动轮。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，当所述高压电池被诊断为故障时，通过利用所述燃料电池的电力驱动所述第一电动机或所述第二电动机的驱动模式操作所述驱动轮。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，当所述第一电动机被诊断为故障时，操作所述双向直流-直流转换器：将所述第一总线端子的电力提供给第二逆变器以驱动所述第二电动机。