CN208069423U - 一种增程式燃料电池电动汽车动力装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，该装置包括驱动电机、双向变流器、斩波器、动力电池、燃料电池、高压储氢罐、电控阀门、控制器、油门踏板和制动踏板；驱动电机的输出通过变速齿轮箱与电动汽车的传动轴连接，驱动电机的输入与双向变流器的交流输出端连接，双向变流器的直流输入端并联动力电池的输出与斩波器的输出，斩波器的输入与燃料电池的电源输出连接，燃料电池的燃料进口通过电控阀门与高压储氢罐的输出连接，控制器的输出分别与电控阀门的控制端口和双向变流器的控制端口连接，控制器输入端分别连接油门踏板和制动踏板的输出信号。本实用新型可实施性高，节能减排效果好。

Description

一种增程式燃料电池电动汽车动力装置
技术领域
本实用新型涉及一种电动汽车能量管理装置，特别涉及一种增程式燃料电池电动汽车动力装置。
背景技术
电动汽车在国际上已经得到了广泛的关注。目前最具有代表性的美国特斯拉电动汽车，已经在全球大部分国家开始销售。电动汽车不排放任何有害气体和温室气体，但是电动汽车最为担心的问题是：一次充电续航能力，以及充电时间的长短以及充电设施的配套等。我国正在积极推动电动汽车的产业，但是电动汽车的快速发展带来的充电问题也相当严重。亚洲电动汽车之父陈清泉院士指出：“电动汽车发展所经历的三个阶段，第一阶段以丰田普锐斯为代表的油电混合电动汽车，目前我国自主研发了该类型的电动汽车；第二阶段是纯电动汽车，目前我国正处于大力发展发展阶段，比亚迪、北汽等推出多款纯电动汽车；第三阶段是燃料电池电动汽车，目前国际上已经商业化产品代表为丰田的Mira”。燃料电池是将燃料中的化学能高效地转化为电能，每辆燃料电池电动汽车就好像一座小型的发电站，可以自己发电，提供车辆所需要的电力，在必要的情况下，也可为其他设备提供电力。
从国际上看，燃料电池电动汽车还存在诸多问题，然而，利用燃料电池作为辅助动力，与充电式电动汽车结合，构成综合能源的电动汽车，是电动汽车发展的一个重要的阶段，利用装机容量较小的燃料电池作为增程器，提升电动汽车的续航能力。增程式电动汽车一般采用串联式拓扑结构，结构相对较简单，是混合动力汽车的一种，其在纯电动汽车的基础上增加一套燃料电池发动机，目的是为了增加汽车的行驶路程，从而有效解决一般纯电动汽车行驶路程较短，续航能力不足的问题。燃料电池发动机作为整车动力系统增程器充当备用能源角色，而动力蓄电池作为车辆驱动的主要能源。当动力蓄电池电能不足或输出功率难以满足工况需求时，增程器开始工作，为动力蓄电池充电或直接驱动车辆，从而增加车辆的续驶里程。
实用新型内容
实用新型目的：针对现有技术存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，在纯电动汽车的基础上增加一套燃料电池系统，作为增程器，提升电动汽车的续航能力；另一方面，采用智能控制方案控制燃料电池的工作状态，达到节能减排的效果。
技术方案：本实用新型提供了一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，该装置包括：驱动电机、双向变流器、斩波器、动力电池、燃料电池、高压储氢罐、电控阀门、控制器、油门踏板和制动踏板；
所述驱动电机的输出通过变速齿轮箱与电动汽车的传动轴连接，驱动电机的输入与双向变流器的交流输出端连接，双向变流器的直流输入端并联动力电池的输出与斩波器的输出，斩波器的输入与燃料电池的电源输出连接，燃料电池的燃料进口通过电控阀门与高压储氢罐的输出连接，所述控制器的输出分别与电控阀门的控制端口和双向变流器的控制端口连接，控制器输入端分别连接油门踏板和制动踏板的输出信号。
优选的，所述控制器为BP神经网络控制器，其中，BP神经网络的结构为2-5-2结构，即输入层神经元个数为2，中间层为神经元个数为5，输出层神经元个数为2；输入层为信号传递，输出两个控制量y1和y2。
优选的，所述动力电池为锂离子电池。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型采用在纯电动汽车的基础上，增加一套燃料电池系统，形成轻度混合动力系统，增加电动汽车的续航能力，在现有纯电动汽车上进行改造，可实施性高，同时将小容量的燃料电池系统运用在车辆上，为将来的燃料电池电动汽车奠定技术基础。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型的BP神经网络控制结构示意图；
图3是本实用新型控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型的技术方案，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本实用新型的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，包括驱动电机1、双向变流器2、斩波器3、动力电池4、燃料电池5、高压储氢罐6、电控阀门7、控制器8、油门踏板9和制动踏板10。
所述驱动电机的输出为机械能，通过变速齿轮箱与电动汽车的传动轴连接，驱动电机的输入与双向变流器的交流输出端连接，双向变流器的直流输入端并联动力电池的输出与斩波器的输出，斩波器的输入与燃料电池的电源输出连接，燃料电池的燃料进口与高压储氢罐的输出连接，中间串联电控阀门，电控阀门的控制端口与控制器的输出连接，控制器的输出还连接双向变流器的控制端口，控制双向变流器的工作状态，控制器输入端连接油门踏板、制动踏板的输出信号；所述高压储氢罐设有燃料注入接口，所述动力电池设有充电接口。
所述驱动电机是将电能转化为机械能，用于驱动车辆。
所述双向变流器正向运行是将述动力电池的直流电能逆变为交流，给驱动电机提供交流电能，反向运行时将驱动电机制动时产生的电能，给动力电池充电，实现可再生制动。
所述斩波器是将燃料电池的直流电能变化为双向变流器直流输入端可接受的电压范围。
所述动力电池用于储存电力，可有锂离子电池等构成。
所述燃料电池是将化学能转化为电能，相当于小型的发电装置。
所述高压储氢罐用于储存氢气。
所述电控阀门用于控制氢气的供给量。
所述控制器由高性能芯片及外围电路构成，采集油门踏板和制动踏板的信号，控制控阀门和双向变流器的工作状态。控制器可以为TMS320F28335PGFA。
所述油门踏板用于控制车辆速度，该信号送至控制器的输入端。
所述制动踏板用于控制车辆制动过程该信号送至控制器的输入端。
所述控制器可以为BP神经网络控制器，如图2所示，BP神经网络的结构为2-5-2结构，即输入层神经元个数为2，中间层为神经元个数为5，输出层神经元个数为2；输入层i为信号传递，xi为输入变量，包括功率误差信号△P和功率变化率信号dP/dt，中间层为j，ωij为中间层与输入层之间的连接权值，ωjl为输出层与中间层之间的连接权值，输出层l输出控制量yl。
所述控制双向变流器的工作方式包括电动汽车形式状态时的逆变状态和电动汽车工作在制动时的整流状态，逆变状态时，驱动电机运行在电动状态，动力电池给通过双向变流器，将直流逆变为交流，给驱动电机提供电力，整流状态时，驱动电机运行在发电状态，驱动电机将电动汽车的制动时产生的能量转化为电能，通过双向变流器，将驱动电机发出的交流电整流为直流，给动力电池进行充电；当油门踏板有信号产生时，驱动电机运行在发电状态，当制动踏板有信号产生时，驱动电机运行在电动状态。
如图3所示，给定功率Pin为正时，电动汽车工作在行驶状态，为给定功率Pin为负时，电动汽车工作在制动状态，驱动电机的实际输出功率Pout驱动电动汽车，将驱动电机的实际输出功率Pout信号反馈到输入端，与给定功率Pin进行比较，构成反馈控制系统，Pout信号与Pin的信号输入到比较器中，得到功率误差信号△P，并将功率误差信号△P进行微分处理，得到功率变化率信号dP/dt，将△P与dP/dt经过控制算法得到两个控制量y1和y2，控制量y1控制电控阀门的开度，从而控制燃料电池的输出电功率；控制量y2控制双向变流器的控制端口的PWM信号，从而控制双向变流器的工作方式以及功率大小。

Claims (3)

1.一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，其特征在于，该装置包括：驱动电机(1)、双向变流器(2)、斩波器(3)、动力电池(4)、燃料电池(5)、高压储氢罐(6)、电控阀门(7)、控制器(8)、油门踏板(9)和制动踏板(10)；
所述驱动电机的输出通过变速齿轮箱与电动汽车的传动轴连接，驱动电机的输入与双向变流器的交流输出端连接，双向变流器的直流输入端并联动力电池的输出与斩波器的输出，斩波器的输入与燃料电池的电源输出连接，燃料电池的燃料进口通过电控阀门与高压储氢罐的输出连接，所述控制器的输出分别与电控阀门的控制端口和双向变流器的控制端口连接，控制器输入端分别连接油门踏板和制动踏板的输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，其特征在于：所述控制器为BP神经网络控制器，其中，BP神经网络的结构为2-5-2结构，即输入层神经元个数为2，中间层为神经元个数为5，输出层神经元个数为2；输入层为信号传递，输出两个控制量y1和y2。
3.根据权利要求1所述的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，其特征在于：所述动力电池为锂离子电池。
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