CN113352947A - 一种燃料电池动力系统及其控制方法 - Google Patents

一种燃料电池动力系统及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113352947A
CN113352947A CN202110850130.4A CN202110850130A CN113352947A CN 113352947 A CN113352947 A CN 113352947A CN 202110850130 A CN202110850130 A CN 202110850130A CN 113352947 A CN113352947 A CN 113352947A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
power
controller
coordination module
parallel coordination
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110850130.4A
Other languages
English (en)
Inventor
王彦波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weichai Power Co Ltd
Weichai New Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Weichai Power Co Ltd
Weichai New Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weichai Power Co Ltd, Weichai New Energy Technology Co Ltd filed Critical Weichai Power Co Ltd
Priority to CN202110850130.4A priority Critical patent/CN113352947A/zh
Publication of CN113352947A publication Critical patent/CN113352947A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423—Torque
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本申请公开了一种燃料电池动力系统及其控制方法，燃料电池动力系统包括：驱动电机、系统控制器、多个燃料电池、并联协调模块、DC/DC功率转换器；每个燃料电池的阴极和阳极分别与并联协调模块的一组输入端连接；一组输入端包括阴极和阳极，阴极通过一个逆阻型IGBT与并联协调模块的正极连接，阳极与负极连接；并联协调模块的正极和负极分别与DC/DC功率转换器连接；DC/DC功率转换器的输出端与驱动电机连接；系统控制器分别与驱动电机、各个燃料电池、并联协调模块、DC/DC功率转换器连接，用于控制驱动电机的输出需求扭矩、根据需求功率设置燃料电池的电流和DC/DC功率转换器的输出功率、控制逆阻型IGBT。

Description

一种燃料电池动力系统及其控制方法
技术领域
本申请涉及电池动力系统技术领域，特别涉及一种燃料电池动力系统及其控制方法。
背景技术
将燃料电池与动力电池(锂电池)相结合的混合动力系统应用于重型商用车可以实现高效的节能减排。但是能够满足单个大功率燃料电池需求的零部件技术成熟度不高，从而严重制约燃料电池在重型商用车领域的推广应用。
现今，开始尝试将多个燃料电池直接进行串联，或者将多个燃料电池直接进行并联，组成一个大功率的燃料电池动力系统，从而解决单个燃料电池功率不足的问题。然后，再将组成的大功率的燃料电池动力系统将与动力电池相结合，实现大功率的混合动力系统，从而满足重型商用车的大功率需求。
但是，多个燃料电池进行串联时，所串联的燃料电池的个数的变化会导致输入电压的变化，从而导致外部用电元件电压范围过大，导致许多用电元件无法适用的情况。而采用多个燃料电池并联的方式，因为燃料电池的电压会存在差异，所以燃料电池在接入电路时，会出现反极现象，导致燃料电池的性能快速衰退。也因此，现今主要都专注解决功率不足的问题，缺乏对大功率燃料电池系统的功率的有效控制方式。
发明内容
基于上述现有技术的不足，本申请提供了一种燃料电池动力系统及其控制方法，以解决现有技术缺乏可靠的可控大功率燃料电池动力系统的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
本申请第一方面提供了一种燃料电池动力系统，包括：
驱动电机、系统控制器、多个燃料电池、并联协调模块、DC/DC功率转换器；
每个所述燃料电池的阴极和阳极分别与所述并联协调模块的一组输入端连接；其中，所述并联协调模块的一组输入端包括阴极和阳极，且阴极通过一个逆阻型IGBT与所述并联协调模块的正极连接，阳极与所述并联协调模块的负极连接；
所述并联协调模块的正极和负极分别与所述DC/DC功率转换器的输入端连接；
所述DC/DC功率转换器的输出端与所述驱动电机连接；
所述系统控制器分别与所述驱动电机、各个所述燃料电池、所述并联协调模块、所述DC/DC功率转换器连接，用于控制驱动电机的输出需求扭矩、根据需求功率设置所述燃料电池的电流和所述DC/DC功率转换器的输出功率、以及控制所述并联协调模块中的逆阻型IGBT。
可选地，在上述的燃料电池动力系统中，所述系统控制器，包括：电机控制器、总成控制器以及燃料电池控制器。
其中，所述系统控制器分别与所述驱动电机、各个所述燃料电池以及并联协调模块连接，包括：
所述总成控制器分别与所述电机控制器和所述燃料电池控制器连接，用于将向电机控制器发送需求扭矩，以及向燃料电池控制器发送发电功率需求；
所述电机控制器的输出端与所述驱动电机的输入连接，输入端与所述DC/DC功率转换器的输出端；
所述燃料电池控制器的输出端分别连接各个所述燃料电池、所述并联协调模块以及所述DC/DC功率转换器。
可选地，在上述的燃料电池动力系统中，还包括动力电池；
所述动力电池并联于所述DC/DC功率转换器与所述电机控制器的连接电路上。
可选地，在上述的燃料电池动力系统中，所述并联协调模块还包括多个泄放电路；
一个所述泄放电路的两端分别连接于所述并联协调模块的一组所述输入端的阴极和阳极。
可选地，在上述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述并联协调模块还包括多个断电器；
其中，并联协调模块的阳极与所述并联协调模块的负极连接，包括：
所述并联协调模块的每个阳极通过一个所述断电器与所述并联协调模块的负极连接。
本申请第二方面提供了一种动力系统的控制方法，应用于燃料电池动力系统，所述燃料电池动力系统至少包括驱动电机、系统控制器、多个燃料电池、并联协调模块、DC/DC功率转换器；每个所述燃料电池的阴极和阳极分别与所述并联协调模块的一组输入端连接；所述并联协调模块的正极和负极分别与所述DC/DC功率转换器连接；所述DC/DC功率转换器的输出端与所述驱动电机连接；所述系统控制器分别与所述驱动电机、各个所述燃料电池、所述并联协调模块、以及所述DC/DC功率转换器连接；所述并联协调模块的一组输入端包括阴极和阳极，且阴极通过一个逆阻型IGBT与所述并联协调模块的正极连接，阳极与所述并联协调模块的负极连接，所述动力控制方法，包括：
所述系统控制器获取整车的需求扭矩以及需求功率，并根据所述需求扭矩控制所述驱动电机的输出扭矩，以及根据所述需求功率设置各个所述燃料电池的设定电流以及设置所述DC/DC功率转换器的输出功率；
所述系统控制器控制各个所述逆阻型IGBT导通，并控制各个所述燃料电池在对应的操作条件下进行发电，以向所述DC/DC功率转换器传输电能；其中，所述燃料电池对应的操作条件基于所述燃料电池对应的所述设定电流确定；
所述DC/DC功率转换器将输入的电能的功率转换为设置的所述输入功率输出至所述驱动电机，以使所述驱动电机输出所述需求扭矩。
可选地，在上述的方法中，所述系统控制器包括电机控制器、总成控制器以及燃料电池控制器；所述总成控制器分别与所述电机控制器和所述燃料电池控制器连接；所述电机控制器的输出端与所述驱动电机的输入连接；所述燃料电池控制器的输出端分别连接各个所述燃料电池、所述并联协调模块以及所述DC/DC功率转换器；所述DC/DC功率转换器与电机控制器的输入端连接；
其中，所述系统控制器获取整车的需求扭矩以及需求功率，并根据所述需求扭矩控制所述驱动电机的输出扭矩，以及根据所述需求功率设置各个所述燃料电池的设定电流以及设置所述DC/DC功率转换器的输出功率，包括：
所述总成控制器获取整车的驱动需求；其中，所述整车驱动需求至少包括所述需求扭矩以及所述需求功率；
所述总成控制器通过CAN通信将所述需求扭矩发送给所述电机控制器，以使所述电机控制器控制所述驱动电机输出所述需求扭矩；
所述总成控制器基于所述需求功率确定出所述燃料电池的发电功率需求信息，并将所述发电功率需求信息通过CAN通信发送给所述燃料电池控制器；
所述燃料电池控制器根据所述发电功率需求信息设置各个所述燃料电池的设定电流以及设置所述DC/DC功率转换器的输出功率。
可选地，在上述的方法中，所述控制各个所述燃料电池在对应的操作条件下进行发电，包括：
所述燃料电池控制器在监测到各个所述燃料电池的电压到达第一预设电压后，向所述DC/DC功率转换器发送上电指令，并在接收到所述DC/DC功率转换器反馈的正常指令后，基于各个所述燃料电池对应的操作条件给各个所述燃料电池进行配气，以使各个所述燃料电池进行发电。
可选地，在上述的方法中，还包括：
所述燃料电池控制器控制各个所述逆阻型IGBT断开连接，并打开所述并联协调模块中的各个泄放电路，直至所述燃料电池的电压低于第二预设电压时，关闭各个所述泄放电路；其中，一个所述泄放电路的两端分别连接于所述并联协调模块的一组所述输入端的阴极和阳极。
可选地，在上述的方法中，还包括：
所述燃料电池控制器在接收到紧急下电指令时，控制各个所述逆阻型IGBT断开连接，若所述逆阻型IGBT出现异常，则控制所述并联协调模型中与异常的所述逆阻型IGBT连接同一组输入端的断电器打开；其中，所述并联协调模块的每个阳极通过一个所述断电器与所述并联协调模块的负极连接。
本申请提供了一种燃料电池动力系统，包括驱动电机、系统控制器、多个燃料电池、并联协调模块、DC/DC功率转换。其中，每个所述燃料电池的阴极和阳极分别与并联协调模块的一组输入端连接。由于，并联协调模块的一组输入端包括阴极和阳极，且阴极通过一个逆阻型IGBT与并联协调模块的正极连接，阳极与并联协调模块的负极连接，所以各个燃料电池通过并联协调模块来实现并联，以通过并联协调模块对燃料电池的输出控制，从而满足大功率的需求。并且，由于逆阻型IGBT具有反向阻断能力，所以可以有效的避免出现反极现象。并通过并联协调模块的正极和负极分别与DC/DC功率转换器的输入端连接，DC/DC功率转换器的输出端与驱动电机连接，以对驱动电机的驱动。并且，系统控制器分别与所述驱动电机、各个燃料电池、并联协调模块、DC/DC功率转换器连接，通过用于控制驱动电机的输出需求扭矩、根据需求功率设置燃料电池的电流和DC/DC功率转换器的输出功率、以及控制并联协调模块中的逆阻型IGBT通断，从而实现了对燃料电池动力系统的功率的有效控制。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种燃料电池动力系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种并联协调模块的结构示意图；
图3为本申请另一实施例提供的另一种并联协调模块的结构示意图；
图4为本申请另一实施例提供的另一种燃料电池动力系统的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种动力系统的控制方法的流程图；
图6为本申请实施例提供的一种系统控制器的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请实施例提供的了一种燃料电池动力系统，如图1所示，具体包括：
驱动电机101、系统控制器102、多个燃料电池103、并联协调模块104、DC/DC功率转换器105。
如图2所示，并联协调模块104设置一组输出端，即设置有一个正极和一个负极，并且设置有多一组输入端，每组输入端包括一个阴极和一个阳极，即并联协调模块104设置有多个阴极和多个阳极，并且为了使得每个燃料电池103都能与并联协调模块104连接，设置的阴极和阳极的个数应均不少于燃料电池103的数量。
同样参见如图2，并联协调模块中的每个阴极通过一个逆阻型IGBT与并联协调模块的正极连接，即阴极的数量等于逆阻型IGBT的数量。而每个阳极与并联协调模块的负极连接。
其中，逆阻型IGBT为具有反向阻断能力的功率半导体器件，与传统的IGBT下相比，其取消了并联的反向二极管。
可选地，在本申请另一实施例中，如图3所示，并联协调模块104还包括有多个泄放电路以及多个断电器。
参见图3，在本申请实施例中，在泄放电路的两端分别连接于并联协调模块的一组输入端的阴极和阳极。并联协调模块的每个阳极通过一个断电器与并联协调模块的负极连接，所以并联协调模块上的阳极的数量等于断电器的数量。
其中，泄放电路用于在燃料电池103下电时，控制燃料电池103阴极和阳极短接，从而通过缓慢放电将燃料电池103中的参与反应物消耗掉，降低燃料电池103的电势。
断电器主要在系统出现故障需要紧急下电时，若逆阻型IGBT也出现异常时，则可以通过打开断电器，从而保证能彻底断电。
可选地，断电器可以是常闭继电器，在需要的时候再进行断开。
如图1所示，每个燃料电池103的阴极和阳极分别与并联协调模块104的一组输入端连接。由于并联协调模块104的一组输入端连接分步连接着并联协调模块104的正极和负极，所以各个燃料电池103通过连接并联协调模块104实现并联。
同样参见图1，并联协调模块104的正极和负极分别与DC/DC功率转换器105的输入端连接。DC/DC功率转换器105的输出端与驱动电机101连接，为驱动电机101提供电能。
系统控制器102分别与驱动电机101、各个燃料电池103、并联协调模块104、DC/DC功率转换器105连接，用于控制驱动电机101的输出需求扭矩、根据需求功率设置燃料电池103的电流和DC/DC功率转换器105的输出功率、以及控制并联协调模块104中的逆阻型IGBT。
需要说明的是，系统控制器102与驱动电机101连接是为了控制驱动电机101的输出扭矩，所以需要通过控制驱动电机101的功率，因此系统控制器102与驱动电机101的连接为电气连接。
由于系统控制器102对燃料电池103、并联协调模块104、DC/DC功率转换器105的控制是通过信号指令进行控制的，所以系统控制器102对燃料电池103、并联协调模块104、DC/DC功率转换器105的连接为通信连接，可以采用有线的方式进行连接，也可以采用无线的方式进行连接。
本申请实施例提供了一种燃料电池动力系统，包括驱动电机、系统控制器、多个燃料电池、并联协调模块、DC/DC功率转换。其中，每个所述燃料电池的阴极和阳极分别与并联协调模块的一组输入端连接。由于，并联协调模块的一组输入端包括阴极和阳极，且阴极通过一个逆阻型IGBT与并联协调模块的正极连接，阳极与并联协调模块的负极连接，所以各个燃料电池通过并联协调模块来实现并联，以通过并联协调模块对燃料电池的输出控制，从而满足大功率的需求。并且，由于逆阻型IGBT具有反向阻断能力，所以可以有效的避免出现反极现象。并通过并联协调模块的正极和负极分别与DC/DC功率转换器的输入端连接，DC/DC功率转换器的输出端与驱动电机连接，以对驱动电机的驱动。并且，系统控制器分别与所述驱动电机、各个燃料电池、并联协调模块、DC/DC功率转换器连接，通过用于控制驱动电机的输出需求扭矩、根据需求功率设置燃料电池的电流和DC/DC功率转换器的输出功率、以及控制并联协调模块中的逆阻型IGBT通断，从而实现了对燃料电池动力系统的功率的有效控制。
本申请另一实施例公开了另一种燃料电池动力系统，如图4所示，包括：
驱动电机401、电机控制器402、总成控制器403、燃料电池控制器404、多个燃料电池405、并联协调模块406、DC/DC功率转换器407、动力电池408。
所以可见，在本申请实施例总，系统控制器由电机控制器402、总成控制器403以及燃料电池控制器404组成。
如图4所示，每个燃料电池405的阴极和阳极分别与并联协调模块406的一组输入端连接。
其中，并联协调模块406的一组输入端包括阴极和阳极，且阴极通过一个逆阻型IGBT与并联协调模块406的正极连接，阳极与并联协调模块406的负极连接。可选地，每个阳极可以通过一个断电器与并联协调模块406的负极连接，并且每组输入端的阴极和阳极间可以连接有一个泄放电路。需要说明的是，并联协调模块406的具体结构可以相应的参考图2和图3，此处不再赘述。
并联协调模块406的正极和负极分别与DC/DC功率转换器407的输入端连接。
DC/DC功率转换器407的输出端与驱动电机401连接。
总成控制器403分别与所述电机控制器402和燃料电池控制器404连接，用于将向电机控制器402发送需求扭矩，以及向燃料电池控制器404发送发电功率需求。
电机控制器402的输出端与驱动电机401的输入连接，输入端与DC/DC功率转换器407的输出端，即在本申请实施例中，驱动电机401通过电机控制器402与DC/DC功率转换器407进行电气连接。电机控制器402用于从DC/DC功率转换器407获取电能，并控制驱动电机401的输出需求扭矩。
燃料电池控制器404的输出端分别连接各个燃料电池405、并联协调模块406、以及DC/DC功率转换器407。需要说明的是，燃料电池控制器404与各个燃料电池405、并联协调模块406以及DC/DC功率转换器407为通信连接，用于根据需求功率设置所述燃料电池405的电流和所述DC/DC功率转换器407的输出功率、以及控制并联协调模块406中的逆阻型IGBT、断电器以及泄放电路的导通和断开。
动力电池408并联于DC/DC功率转换器407与电机控制器402的连接电路上，从而可以为驱动电机401提供电能，从而实现燃料电池405与动力电池408相结合的混合动力系统。并且，可以通过DC/DC功率转换器407为动力电池408进行充电。
基于上述实施例提供的燃料电池405动力系统，本申请实施例提供了一种动力系统的控制方法，应用于上述各个实施例提供的燃料电池405动力系统，所以所控制的燃料电池405动力系统至少包括驱动电机401、系统控制器、多个燃料电池405、并联协调模块406、DC/DC功率转换器407。
其中，每个燃料电池405的阴极和阳极分别与并联协调模块406的一组输入端连接。并联协调模块406的正极和负极分别与DC/DC功率转换器407连接。DC/DC功率转换器407的输出端与驱动电机401连接。系统控制器分别与所述驱动电机401、各个燃料电池405、并联协调模块406、以及DC/DC功率转换器407连接。并联协调模块406的一组输入端包括阴极和阳极，且阴极通过一个逆阻型IGBT与所述并联协调模块406的正极连接，阳极与所述并联协调模块406的负极连接。
如图5所示，本申请实施例提供的动力系统的控制方法，包括以下步骤：
S501、系统控制器获取整车的需求扭矩以及需求功率，并根据需求扭矩控制驱动电机的输出扭矩，以及根据需求功率设置各个燃料电池的设定电流以及设置DC/DC功率转换器的输出功率。
可选地，可以预先确定燃料电池的电流与电压特性，并进一步可以得到燃料电池的电流与功率的特性曲线。从而，在获取到需求功率时，可以基于该曲线设置燃料电池的设定电流。
可选地，在系统控制器由电机控制器、总成控制器、燃料电池控制器组成时，参见图4可知：总成控制器分别与电机控制器和燃料电池控制器连接，电机控制器的输出端与驱动电机的输入连接。燃料电池控制器的输出端分别连接各个燃料电池、并联协调模块以及DC/DC功率转换器。DC/DC功率转换器与电机控制器的输入端连接。
此时相应的，步骤S401的一种实施方式，如图6所示，包括：
S601、总成控制器获取整车的驱动需求。
其中，整车驱动需求至少包括需求扭矩以及需求功率。
可选地，总成控制器可以与行车电脑进行交互，获取整车的驱动需求。
S602、总成控制器通过CAN通信将需求扭矩发送给电机控制器，以使电机控制器控制驱动电机输出需求扭矩。
需要说明的是，在本申请实施例中，总成控制器通过CAN总线与电机控制器以及燃料电池控制器进行连接，所以总成控制器通过CAN通信与电机控制器以及燃料电池进行交互。
S603、总成控制器基于需求功率确定出燃料电池的发电功率需求信息，并将发电功率需求信息通过CAN通信发送给燃料电池控制器。
具体的，总成控制器基于需求功率以及燃料电池的状态，确定出发点功率需求，并发送给燃料电池控制器。
S604、燃料电池控制器根据发电功率需求信息设置各个燃料电池的设定电流以及设置DC/DC功率转换器的输出功率。
S502、系统控制器控制各个逆阻型IGBT导通，并控制各个燃料电池在对应的操作条件下进行发电，以向DC/DC功率转换器传输电能。
其中，燃料电池对应的操作条件基于燃料电池对应的设定电流确定。
具体的，系统控制器通过设置燃料电池的设定电流，从而可以按照设定的电流去控制燃料电池的相关部件，如氢气系统、空气系统和冷却循环系统等，以使得燃料电池处于相应的操作条件下，具有电流输出的能力。并且，根据燃料电池的功率分配情况，控制并联协调模块，实现各个燃料电池的电气并联，其中功率分配情况可以根据设定电流确定。同时可以通过设定DC/DC功率转换器的输出控制，使得DC/DC功率转换器实现动态拉载。
可选地，在系统控制器包括燃料电池控制器时，由燃料电池控制器控制各个燃料电池在对应的操作条件下进行发电，即控制燃料电池的上电，具体的过程可以为：
燃料电池控制器在监测到各个燃料电池的电压到达第一预设电压后，向DC/DC功率转换器发送上电指令，并在接收到DC/DC功率转换器反馈的正常指令后，基于各个燃料电池对应的操作条件给各个燃料电池进行配气，以使各个燃料电池进行发电。
需要说明的是，在本申请实施例中，由于各个燃料电池的配置系统是相互独立，所以可以使用不同的操作条件，加上逆阻型IGBT的设置，使得各个燃料电池的功率可以进行差异化控制，实现各个燃料电池的功率的动态分配。
S503、DC/DC功率转换器将输入的电能的功率转换为设置的输入功率输出至驱动电机，以使驱动电机输出需求扭矩。
可选地，在联协调模块中包括各个泄放电路时，控制燃料电池正常下电的过程为：
燃料电池控制器控制各个逆阻型IGBT断开连接，并打开并联协调模块中的各个泄放电路，直至燃料电池的电压低于第二预设电压时，关闭各个泄放电路。
其中，一个泄放电路的两端分别连接于所述并联协调模块的一组输入端的阴极和阳极。
具体的在燃料电池关机前，控制逆阻型TGBT断开，从而切断了燃料电池阴极与DC/DC功率转换器的连接，不再向外提供电能。并且，通过打开泄放电路，使得燃料电池的阴极和阳极短接，从而通过缓慢放电，将燃料电池中的残余反应物消耗掉，降低燃料电池的电势。
可选地，并联协调模块还可以包括有多个断电时，若系统出现高压故障等问题，需要紧急下电时，具体的控制下电的方式可以为：
燃料电池控制器在接收到紧急下电指令时，控制各个逆阻型IGBT断开连接。若逆阻型IGBT出现异常，则控制并联协调模型中与异常的逆阻型IGBT连接同一组输入端的断电器打开。
由于，并联协调模块的每个阳极通过一个断电器与并联协调模块的负极连接，所以逆阻型IGBT异常无法断电时，通过打开断电器，可以有效地保证系统彻底断电。
当然，这只是一种可选地的方式，可以是在接收到紧急下电指令时，直接将所有的断电器断开。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池动力系统，其特征在于，包括：
驱动电机、系统控制器、多个燃料电池、并联协调模块、DC/DC功率转换器；
每个所述燃料电池的阴极和阳极分别与所述并联协调模块的一组输入端连接；其中，所述并联协调模块的一组输入端包括阴极和阳极，且阴极通过一个逆阻型IGBT与所述并联协调模块的正极连接，阳极与所述并联协调模块的负极连接；
所述并联协调模块的正极和负极分别与所述DC/DC功率转换器的输入端连接；
所述DC/DC功率转换器的输出端与所述驱动电机连接；
所述系统控制器分别与所述驱动电机、各个所述燃料电池、所述并联协调模块、所述DC/DC功率转换器连接，用于控制驱动电机的输出需求扭矩、根据需求功率设置所述燃料电池的电流和所述DC/DC功率转换器的输出功率、以及控制所述并联协调模块中的逆阻型IGBT。
2.根据权利要求1所述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述系统控制器，包括：电机控制器、总成控制器以及燃料电池控制器；
其中，所述系统控制器分别与所述驱动电机、各个所述燃料电池以及并联协调模块连接，包括：
所述总成控制器分别与所述电机控制器和所述燃料电池控制器连接，用于将向电机控制器发送需求扭矩，以及向燃料电池控制器发送发电功率需求；
所述电机控制器的输出端与所述驱动电机的输入连接，输入端与所述DC/DC功率转换器的输出端；
所述燃料电池控制器的输出端分别连接各个所述燃料电池、所述并联协调模块以及所述DC/DC功率转换器。
3.根据权利要求2所述的燃料电池动力系统，其特征在于，还包括动力电池；
所述动力电池并联于所述DC/DC功率转换器与所述电机控制器的连接电路上。
4.根据权利要求1所述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述并联协调模块还包括多个泄放电路；
一个所述泄放电路的两端分别连接于所述并联协调模块的一组所述输入端的阴极和阳极。
5.根据权利要求1所述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述并联协调模块还包括多个断电器；
其中，并联协调模块的阳极与所述并联协调模块的负极连接，包括：
所述并联协调模块的每个阳极通过一个所述断电器与所述并联协调模块的负极连接。
6.一种动力系统的控制方法，其特征在于，应用于燃料电池动力系统，所述燃料电池动力系统至少包括驱动电机、系统控制器、多个燃料电池、并联协调模块、DC/DC功率转换器；每个所述燃料电池的阴极和阳极分别与所述并联协调模块的一组输入端连接；所述并联协调模块的正极和负极分别与所述DC/DC功率转换器连接；所述DC/DC功率转换器的输出端与所述驱动电机连接；所述系统控制器分别与所述驱动电机、各个所述燃料电池、所述并联协调模块、以及所述DC/DC功率转换器连接；所述并联协调模块的一组输入端包括阴极和阳极，且阴极通过一个逆阻型IGBT与所述并联协调模块的正极连接，阳极与所述并联协调模块的负极连接，所述动力控制方法，包括：
所述系统控制器获取整车的需求扭矩以及需求功率，并根据所述需求扭矩控制所述驱动电机的输出扭矩，以及根据所述需求功率设置各个所述燃料电池的设定电流以及设置所述DC/DC功率转换器的输出功率；
所述系统控制器控制各个所述逆阻型IGBT导通，并控制各个所述燃料电池在对应的操作条件下进行发电，以向所述DC/DC功率转换器传输电能；其中，所述燃料电池对应的操作条件基于所述燃料电池对应的所述设定电流确定；
所述DC/DC功率转换器将输入的电能的功率转换为设置的所述输入功率输出至所述驱动电机，以使所述驱动电机输出所述需求扭矩。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述系统控制器包括电机控制器、总成控制器以及燃料电池控制器；所述总成控制器分别与所述电机控制器和所述燃料电池控制器连接；所述电机控制器的输出端与所述驱动电机的输入连接；所述燃料电池控制器的输出端分别连接各个所述燃料电池、所述并联协调模块以及所述DC/DC功率转换器；所述DC/DC功率转换器与电机控制器的输入端连接；
其中，所述系统控制器获取整车的需求扭矩以及需求功率，并根据所述需求扭矩控制所述驱动电机的输出扭矩，以及根据所述需求功率设置各个所述燃料电池的设定电流以及设置所述DC/DC功率转换器的输出功率，包括：
所述总成控制器获取整车的驱动需求；其中，所述整车驱动需求至少包括所述需求扭矩以及所述需求功率；
所述总成控制器通过CAN通信将所述需求扭矩发送给所述电机控制器，以使所述电机控制器控制所述驱动电机输出所述需求扭矩；
所述总成控制器基于所述需求功率确定出所述燃料电池的发电功率需求信息，并将所述发电功率需求信息通过CAN通信发送给所述燃料电池控制器；
所述燃料电池控制器根据所述发电功率需求信息设置各个所述燃料电池的设定电流以及设置所述DC/DC功率转换器的输出功率。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制各个所述燃料电池在对应的操作条件下进行发电，包括：
所述燃料电池控制器在监测到各个所述燃料电池的电压到达第一预设电压后，向所述DC/DC功率转换器发送上电指令，并在接收到所述DC/DC功率转换器反馈的正常指令后，基于各个所述燃料电池对应的操作条件给各个所述燃料电池进行配气，以使各个所述燃料电池进行发电。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
所述燃料电池控制器控制各个所述逆阻型IGBT断开连接，并打开所述并联协调模块中的各个泄放电路，直至所述燃料电池的电压低于第二预设电压时，关闭各个所述泄放电路；其中，一个所述泄放电路的两端分别连接于所述并联协调模块的一组所述输入端的阴极和阳极。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
所述燃料电池控制器在接收到紧急下电指令时，控制各个所述逆阻型IGBT断开连接，若所述逆阻型IGBT出现异常，则控制所述并联协调模型中与异常的所述逆阻型IGBT连接同一组输入端的断电器打开；其中，所述并联协调模块的每个阳极通过一个所述断电器与所述并联协调模块的负极连接。
CN202110850130.4A 2021-07-27 2021-07-27 一种燃料电池动力系统及其控制方法 Pending CN113352947A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110850130.4A CN113352947A (zh) 2021-07-27 2021-07-27 一种燃料电池动力系统及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110850130.4A CN113352947A (zh) 2021-07-27 2021-07-27 一种燃料电池动力系统及其控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113352947A true CN113352947A (zh) 2021-09-07

Family

ID=77540361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110850130.4A Pending CN113352947A (zh) 2021-07-27 2021-07-27 一种燃料电池动力系统及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113352947A (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1571205A (zh) * 2003-07-18 2005-01-26 上海神力科技有限公司 一种集成式燃料电池堆的控制连接方法
CN1807144A (zh) * 2006-02-24 2006-07-26 清华大学 一种基于can总线网络通信的燃料电池客车能量控制方法
DE102008023291A1 (de) * 2008-05-13 2009-11-19 Clean Mobile Ag Elektrisches Leichtfahrzeug mit elektrischer Energieversorgungseinheit und Verfahren zum Laden und Entladen von Akkumulatoren eines elektrischen Leichtfahrzeugs
CN102170166A (zh) * 2010-02-25 2011-08-31 中兴电工机械股份有限公司 并联式燃料电池电力系统
CN103579643A (zh) * 2012-07-25 2014-02-12 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池系统及停车控制方法与应用
CN105633436A (zh) * 2014-11-14 2016-06-01 丰田自动车株式会社 燃料电池系统、燃料电池车辆以及燃料电池系统的控制方法
CN106427651A (zh) * 2016-11-22 2017-02-22 中车株洲电力机车有限公司 一种动力控制系统及具有该系统的储能车辆
CN106828126A (zh) * 2017-03-09 2017-06-13 西南交通大学 一种有轨电车的混合动力能量管理系统及控制方法
JP2021064575A (ja) * 2019-10-16 2021-04-22 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1571205A (zh) * 2003-07-18 2005-01-26 上海神力科技有限公司 一种集成式燃料电池堆的控制连接方法
CN1807144A (zh) * 2006-02-24 2006-07-26 清华大学 一种基于can总线网络通信的燃料电池客车能量控制方法
DE102008023291A1 (de) * 2008-05-13 2009-11-19 Clean Mobile Ag Elektrisches Leichtfahrzeug mit elektrischer Energieversorgungseinheit und Verfahren zum Laden und Entladen von Akkumulatoren eines elektrischen Leichtfahrzeugs
CN102170166A (zh) * 2010-02-25 2011-08-31 中兴电工机械股份有限公司 并联式燃料电池电力系统
CN103579643A (zh) * 2012-07-25 2014-02-12 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池系统及停车控制方法与应用
CN105633436A (zh) * 2014-11-14 2016-06-01 丰田自动车株式会社 燃料电池系统、燃料电池车辆以及燃料电池系统的控制方法
CN106427651A (zh) * 2016-11-22 2017-02-22 中车株洲电力机车有限公司 一种动力控制系统及具有该系统的储能车辆
CN106828126A (zh) * 2017-03-09 2017-06-13 西南交通大学 一种有轨电车的混合动力能量管理系统及控制方法
JP2021064575A (ja) * 2019-10-16 2021-04-22 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
姚绪梁: "《现代交流调速技术》", 30 September 2009, 哈尔滨工程大学出版社 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3978307B1 (en) Battery system of vehicle, charging and discharging method, and vehicle
US6781343B1 (en) Hybrid power supply device
US8154242B2 (en) Method of fully charging an electrical energy storage device using a lower voltage fuel cell system
US8837179B2 (en) Alternating current power supply device and method of controlling same
US20070129859A1 (en) Control apparatus for fuel cell vehicle
US8027759B2 (en) Fuel cell vehicle system
US20230322098A1 (en) Electrical topology of integrated dc charging station and operation control method thereof
CN114977381A (zh) 一种多电池簇并联的储能系统控制电路及其控制方法
US8604637B2 (en) Method for high voltage bus control in fuel cell vehicles
CN113459888A (zh) 车辆供电系统、方法和车辆
CN108736531A (zh) 动力电池组、复合电源、控制方法以及车辆
US20210028642A1 (en) Electrical energy storage system and method for operating same
CN219801959U (zh) 一种储能汇流柜及使用该储能汇流柜的储能系统
CN113352947A (zh) 一种燃料电池动力系统及其控制方法
CN116599201A (zh) 储能系统、电池子系统及其电源电路和内部供电方法
CN110949132A (zh) 动力电池系统及其控制方法、车辆
CN115158092A (zh) 充放电装置、飞行设备和充放电控制方法及其控制装置
JPH05299109A (ja) 燃料電池発電設備の並列運転制御装置
EP4152547A1 (en) Energy storage system
CN113422421B (zh) 一种电池装置、供电系统及相关的控制方法
CN211106993U (zh) 一种车辆供电系统和固态氧化物燃料电池汽车
CN113422403B (zh) 电池装置、供电系统及相关的控制方法
CN211377641U (zh) 一种具有充电限流功能的bms保护电路
CN114132223A (zh) 一种电动汽车充电机在线输出串并联自动投切装置及方法
US20230133126A1 (en) Battery system and method for controlling a battery system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210907

RJ01 Rejection of invention patent application after publication