CN201058578Y - 燃料电池混合超级电容的电动车辆动力源 - Google Patents

燃料电池混合超级电容的电动车辆动力源 Download PDF

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Abstract

燃料电池混合超级电容的电动车辆动力源，其特征是在以燃料电池为主动力源的电动车辆动力系统中，设置超级电容器作为电动车辆动力系统辅助动力源，超级电容器通过双向DC/DC装置与燃料电池共同并联在直流母线上，为电机供电，驱动车辆行驶。本实用新型可实现燃料电池和超级电容之间功率的合理分配，从而保证燃料电池车辆的动力性、经济型、安全性以及延长燃料电池的使用寿命。

Description

燃料电池混合超级电容的电动车辆动力源
技术领域
本实用新型涉及车辆动力源，更具体地说涉及到燃料电池车辆动力源。
背景技术
燃料电池汽车动力系统是采用比能量较高的燃料电池作为其主要动力源。但是燃料电池动态响应能力较差，会导致汽车起动慢和加速时间较长。为了解决其比功率较低的矛盾，可以选择辅助动力源在加速和上坡时提供功率支持。另外，在城市工况再生制动能量可以使效率提高约25％。为了节约能量以增加行驶里程，要求本车具有制动能量再生能力，利用辅助能量源回收制动能量。
常用的辅助动力源有动力蓄电池和超级电容。蓄电池比容量较大，能够有效地增加车子的行驶里程，但是充放电速度较慢，在回收制动能量方面效果不够理想。普通铅酸蓄电池寿命短(循环充放电600次左右)且不宜深度放电，不能很好地满足城市工况的频繁起步、制动时的放电充电要求。
超级电容是一种电化学装置，它能提供比电解电容器更高的比能量，比电池更高的比功率和更长的寿命。其充放电过程高度可逆，可进行高效率(0.85～0.98)的快速(秒级)充放电。超级电容比功率较高，寿命长，可以循环充放电10万次左右，且具有较大的放电深度。以超级电容作为辅助功率型动力源，能够利用其快速充放电能力提供快速的功率响应，提高加速能力和爬坡特性，并有效回收制动能量。所以相对蓄电池而言，超级电容更适合用作辅助动力源。然后，迄今还没有关于燃料电池和超级电容并联使用的车辆混合动力源的相关报导。
发明内容
本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种燃料电池混合超级电容的电动车辆动力源，以改进燃料电池车辆的动态响应能力，提高燃料电池使用寿命，实现燃料电池车辆制动能量的回收，减小燃料电池功率，降低成本。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：
本实用新型的结构特点是在以燃料电池为主动力源的电动车辆动力系统中，设置超级电容器作为电动车辆动力系统的辅助动力源，所述超级电容器通过双向DC/DC装置与燃料电池共同并联在直流母线上。
本实用新型的结构特点也在于所述DC/DC装置是由功率器件T1和二极管D1构成以超级电容器作为辅助动力源的超级电容器放电回路，由功率器件T2和二极管D2构成超级电容器对于制动能量进行回收的超级电容器充电回路。
DC/DC装置的控制方式包括：
车辆起步时，由超级电容器启动燃料电池作为动力源工作；
车辆正常行驶时，以燃料电池为电机工作的动力源，并通过母线向低压电器供电；
在超级电容器电量低于设定值时，燃料电池向超级电容器充电；
车辆加速和爬坡时，燃料电池和超级电容器同时作为动力源向电机供电；
车辆下坡减速或刹车减速时，以电动机作为发电机对超级电容器进行充电。
本实用新型可实现燃料电池和超级电容之间功率的合理分配，从而保证燃料电池汽车的动力性、经济型、安全性，并提高燃料电池的寿命。与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
1、本实用新型选择超级电容作为辅助动力源，选用较小功率燃料电池即可满足要求(现有燃料电池价格昂贵)，从而降低了成本。改进了燃料电池车辆的动态响应能力，提高燃料电池使用寿命。
2、本实用新型中的超级电容通过一个双向DC/DC接入母线，实现超级电容快速充放电，并使得超级电容器的电压始终保持在一个理想的工作状态。
3、本实用新型的实施，使得当燃料电池能量有富余及汽车制动时，母线可以直接通过双向DC/DC变换器迅速给超级电容器充电，超级电容可以在数秒内充电到其容量的80％，从而可以保障在加速和上坡时所需的功率要求。
4、本实用新型结构简单，易于实现。
附图说明
图1为本实用新型结构框图。
图2为本实用新型电路原理图。
图3为升压工作方式示意图。
图4为升压方式的两个步骤，其中，
图4(a)为T1导通、D2截止，图4(b)为T1截止、D2导通
图5为降压工作方式的等效电路
图6为降压方式的两个步骤，其中，
图6(a)为T2导通、D1截止，图6(b)为T2截止、D1导通
以下通过具体实施方式，结合附图对本实用新型作进一步描述：
具体实施方式
参见图1，本实施例是在以燃料电池为主动力源的电动车辆动力系统中，设置作为电动车辆动力系统辅助动力源的超级电容器，超级电容器通过双向DC/DC装置与燃料电池共同并联在电机控制系统的直流母线。
参见图2，本实施例中，DC/DC装置是由功率器件T1和二极管D1构成以超级电容器作为辅助动力源的超级电容器放电回路，由功率器件T2和二极管D2构成超级电容器对于制动能量进行回收的超级电容器充电回路。
图2所示，DC/DC为Buck-Boost Converter，它具有两种工作模式，通过功率器件IGBT和二极管的协调工作，可以实现升压和降压。当IGBT管即功率管T1工作时，能量由超级电容器传递到动力母线，超级电容器工作在放电状态；当IGBT管即功率管T2工作时，能量反方向流动，超级电容器工作在充电状态。
1、升压工作方式
以Boost工作方式工作时，通过控制功率管T1的开关将超级电容器的能量传递到母线，其等效电路如图3所示。
当T1闭合时，能量由超级电容器储存到电感L。当T1关断时，储存在电感L中的能量通过D2传递到电容器C，然后再向外电路供电。当T1导通、D2截止和T1截止、D2导通时，其等效电路分别如图4(a)、图4(b)所示。
2、降压工作方式
以Buck方式工作时，通过控制IGBT功率器件T2的开关将母线上的能量传入超级电容器，对其进行充电，其等效电路如图5所示。
当T2闭合时，能量由外面的母线存储到超级电容器和电感L；当T2断开时，储存在电感L中的能量传递到超级电容器；T2导通、D1截止和T2截止、D1导通的等效电路分别如图6(a)、图6(b)所示。
控制方式如下：
在车辆起步时，由超级电容器启动燃料电池作为动力源，从而带动电机工作；在车辆正常行驶时，以燃料电池为动力向电机供电驱动车轮，并通过母线向低压电器供电；当超级电容电量低于设定值时，燃料电池向超级电容器充电；当车辆加速或爬坡时，燃料电池和超级电容同时向电机供电驱动车轮工作；当车辆下坡减速或刹车减速时，电机作为发电机给超级电容充电。

Claims (2)

1.燃料电池混合超级电容的电动车辆动力源，其特征是在以燃料电池为主动力源的电动车辆动力系统中，设置超级电容器作为电动车辆动力系统的辅助动力源，所述超级电容器通过双向DC/DC装置与燃料电池共同并联在直流母线上。
2.根据权利要求1所述的燃料电池混合超级电容的电动车辆动力源，其特征是所述DC/DC装置是由功率器件T1和二极管D1构成以超级电容器作为辅助动力源的超级电容器放电回路，由功率器件T2和二极管D2构成超级电容器对于制动能量进行回收的超级电容器充电回路。
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