CN110014882A - 一种搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统，所述驱动系统包括动力电源、控制器、电流转换器、电机，所述动力电源、控制器、电流转换器、电机依次连接，所述动力电源为双电源，包括第一电源、第二电源，所述第一电源为燃料电池，所述第二电源为功率型电源，采用两组绕组的电机技术，将一组输入接燃料电池，另一组输入接功率型电源，所述控制器输出六根相线分别连接两组绕组，所述燃料电池与功率型电源在物理上是解耦的，既能保证所述燃料电池的使用效率，也能在某一组电源出现故障时另一组独立工作，避免安全隐患。

Description

一种搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车，具体涉及搭载燃料电池的新能源汽车的驱动系统。

背景技术

燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置，燃料电池理论上可在接近100％的热效率下运行，具有很高的经济性，因此，燃料电池技术被认为是未来能源，可以逐步替换现在的化石能源，并且无污染，加注方便，可再生，是未来的理想能源之一。但是燃料电池技术也有其固定一些缺陷，目前实际运行的各种燃料电池，由于种种技术因素的限制，再考虑整个装置系统的耗能，总的转换效率多在45％～60％范围内。

在新能源汽车行业，由于冷启动时间长，瞬时出大功率困难等因素，导致其在电动汽车等的应用中需要搭配能吞吐大功率的电容或电池才行，燃料电池与功率电池怎么配合就成了一个关键问题，现有技术一般搭配大功率的DC/DC，但是其价格相对比较昂贵，第201620335593.1号专利给出了一种应用燃料电池与动力电池共同作为动力电源的混合动力系统，该专利中燃料电池与动力电池之间设置大功率DC/DC，不仅成本较高，并且燃料电池与动力电池电气连接，当某一电池出现故障时无法完全脱开，存在安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述新能源汽车在使用燃料电池时的可靠性问题，提出一种搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统，所述驱动系统包括动力电源、控制器、电流转换器、电机，所述动力电源、控制器、电流转换器、电机依次连接，所述动力电源为双电源，包括第一电源、第二电源，所述第一电源为燃料电池，所述第二电源为功率型电源，采用两组绕组的电机技术，将一组输入接燃料电池，另一组输入接功率型电源，所述控制器输出六根相线分别连接两组绕组，所述燃料电池与功率型电源在物理上是解耦的，既能保证所述燃料电池的使用效率，也能在某一组电源出现故障时另一组独立工作，避免安全隐患。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统，所述驱动系统包括动力电源、控制器、电流转换器、电机，所述动力电源、控制器、电流转换器、电机依次连接，所述动力电源为双电源，包括第一电源、第二电源，所述第一电源为燃料电池，所述第二电源为功率型电源。

所述第二电源为超级电容或者功率型电池。

所述电机为双绕组电机，即所述电机包括两套绕组结构，所述两套绕组均为三相绕组，所述两套绕组电气隔离，并且分别与所述第一电源、第二电源连接；或者所述电机为双定子电机，即所述电机包括两组定子结构，所述两组定子均为三相绕组结构，所述两组定子电气隔离，并且分别与所述第一电源、第二电源连接，或者所述电机为双电机，包括第一电机和第二电机，所述第一电机和第二电机均为三相绕组结构，并且分别与所述第一电源、第二电源连接。

所述新能源汽车可以为混合动力汽车，所述驱动系统还包括发动机，所述发动机与所述电机串联或者并联或者混联驱动所述新能源汽车。

本发明的有益效果为：

1.使用本发明的新能源汽车驱动系统，利用功率型电源与燃料电池搭配使用，提高了燃料电池的使用效率，进一步节能；

2.使用本发明的新能源汽车驱动系统，使用两套绕组的电机技术，进一步提高能力的分配及利用率，并且通过冗余设计，提高了整车的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统的连接示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。需要特别指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明，并且相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围的基础上对本文所述内容进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

在本发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

燃料电池作为未来能够替代化石燃料的理想燃料，目前已经在电动车中有所使用，但是由于其存在冷启动时间长、大功率吞吐能力有限等问题，因而，现有的燃料电池车都采用超级电容等功率型的电源配合燃料电池使用，当燃料电池冷启动或者功率需求较大时，由功率型电源单独供电或者辅助供电，以弥补燃料电池的缺陷，然而现在应用的方式基本为燃料电池与功率型电源之间设置DC/DC来实现电压的匹配，对于新能源汽车而言，DC/DC的成本较高，特别是在大型车如公交车上的应用，由于其功率较大、电压较高，因而需要的DC/DC的功率等级也较高，成本自然较高，并且使用DC/DC的燃料电池与功率型电源并未电气隔离，当线路中或者某一电源出现故障时无法完全脱开，存在短路等安全隐患，因此，为了解决上述问题，本发明提出一种新能源汽车驱动系统，利用两套绕组结构的电机，分别与燃料电池、功率型电源连接，并且两套绕组电气完全隔离，省去了DC/DC元件，系统的稳定性更高，而且两套绕组的隔离也能避免故障带来的安全隐患，进一步提高系统可靠性。

下面结合附图具体说明本发明搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统的结构及工作方式：

图1为本发明搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统的连接示意图，所述驱动系统包括动力电源、控制器3、电流转换器4、电机5，所述动力电源、控制器3、电流转换器4、电机5依次连接，所述动力电源为双电源，包括第一电源1、第二电源2，所述第一电源1为燃料电池，所述第二电源2为功率型电源，所述第二电源2为超级电容或者功率型电池，所述动力电源提供所述电机5运转所需电能，所述控制器3控制所述电机5运转，所述电流转换器4用以转化输出电流和输出电压，以满足所述电机5的需求。

所述电机5为双绕组电机，即所述电机5包括两套绕组结构，分别为第一绕组51、第二绕组52，所述第一绕组51、第二绕组52均为三相绕组，所述第一绕组51、第二绕组52电气隔离，并且所述第一绕组51、第二绕组52分别与所述第一电源1、第二电源2连接，由所述第一电源1、第二电源2分别提供所述第一绕组51、第二绕组52所需电能，并且所述控制器3为六相输出，分别与所述第一绕组51、第二绕组52连接，实现第一绕组51、第二绕组52的隔离控制驱动。

或者所述电机5可以为双定子电机，即所述电机5包括两组定子结构，两组定子设置于同一电机壳内，所述两组定子均为三相绕组结构，所述两组定子电气隔离，并且所述两组定子分别与所述第一电源1、第二电源2连接，由所述第一电源1、第二电源2分别提供所述两组定子所需电能，并且所述控制器3为六相输出，分别与所述两组定子连接，实现两组定子的隔离控制驱动。

所述电机5也可以为双电机，包括第一电机和第二电机，所述第一电机和第二电机均为三相绕组结构，并且分别与所述第一电源1、第二电源2连接，由所述第一电源1、第二电源2分别提供所述第一电机、第二电机所需电能，并且所述控制器3为六相输出，分别与所述第一电机、第二电机连接，实现所述第一电机、第二电机的隔离控制驱动。

所述新能源汽车可以为混合动力汽车，也可以为纯电动汽车，本实施例重点介绍混合动力汽车的驱动系统，所述混合动力汽车的驱动系统包括发动机，所述发动机与所述电机5串联或者并联或者混联驱动所述新能源汽车。

接下来将根据汽车在不同路况和行驶状态下对上述驱动系统的工作方式作进一步说明：

当车辆启动时，由于汽车的载荷、路况、所要求的加速度等情况的不同，车辆所需的驱动功率也不同，所述驱动系统可根据所需驱动功率的大小自动配置：若所需功率小则配置为第一电源1独立供电或第二电源1独自供电，所需功率大则配置为第一电源1和第二电源2共同供电。

当车辆匀速行驶时，所述驱动系统通常控制所述第一电源1或第二电源2独自供电，但若所述车辆的载荷过大，或路况阻力较大的情况下也可自动调整为所述第一电源1和第二电源2共同供电。

当车辆加速行驶时，根据汽车载荷、路况、所要求的加速度等情况，所述驱动系统可根据所需功率的大小自动配置为：若所需功率小则由第一电源1独自供电或第二电源2独自供电，所需功率大则自动配置为第一电源1和第二电源2共同供电。

上述行驶过程中，若所述第一电源1受到其工作环境的影响而不能提供车辆驱动所需电能时且所述第二电源2的电量充足时，由所述第二电源2单独驱动或者所述第二电源2提供驱动车辆行驶所需的大部分电能。

当车辆刹车或滑行时，所述驱动系统自动配置为回收所述电机5所产生的电能至所述第一电源1或第二电源2，根据减速的加速度和刹车力度决定所述电机5所能产生并回收的电能，所述驱动系统可根据电机状态、电源状态、行驶状态等状态信息配置为以下电能回收方案：第一电源1接收电能，第二电源2不接收电能；或第二电源2接收电能，第一电源1不接收电能；或第一电源1和第二电源2同时接收电能。

所述第一电源1与第二电源2中单一电源供电时，可根据另一电源的电量情况选择充电；当所述第一电源1与第二电源2同时回收动能时，所述驱动控制器3根据所述第一电源1和第二电源2的可回收电量值确定回收能量分配比例，并且所述驱动系统还参考当前的路况信息以及下次使用所述第一电源1和第二电源2时的最优状态，从整体考虑，在保证整体经济性的同时最求单次驱动或回收的最优化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统，其特征在于，所述驱动系统包括动力电源、控制器、电流转换器、电机，所述动力电源、控制器、电流转换器、电机依次连接，所述动力电源为双电源，包括第一电源、第二电源，所述第一电源为燃料电池，所述第二电源为功率型电源。

2.根据权利要求1所述的搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统，其特征在于，所述第二电源为超级电容。

3.根据权利要求1所述的搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统，其特征在于，所述第二电源为功率型电池。

4.根据权利要求1所述的搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统，其特征在于，所述电机为双绕组电机，即所述电机包括两套绕组结构，所述两套绕组均为三相绕组，所述两套绕组电气隔离，并且分别与所述第一电源、第二电源连接。

5.根据权利要求1所述的搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统，其特征在于，所述电机为双定子电机，即所述电机包括两组定子结构，所述两组定子均为三相绕组结构，所述两组定子电气隔离，并且分别与所述第一电源、第二电源连接。

6.根据权利要求1所述的搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统，其特征在于，所述电机为双电机，包括第一电机和第二电机，所述第一电机和第二电机均为三相绕组结构，并且分别与所述第一电源、第二电源连接。

7.根据权利要求1所述的搭载燃料电池的新能源汽车驱动系统，其特征在于，所述驱动系统还包括发动机，所述发动机与所述电机串联或者并联或者混联驱动所述新能源汽车。