CN209274372U - 一种电动汽车用动力能源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电动汽车用动力能源系统，包括整车控制器、燃料电池系统、辅助能源系统和负载，燃料电池系统通过主高压线连接负载，辅助能源系统包括超级电容、动力电池和双向DC/DC转换器，超级电容和动力电池通过双向DC/DC转换器连接于主高压线上，辅助能源系统还包括连接超级电容的超级电容管理系统和连接动力电池的电池管理系统，燃料电池系统包括燃料电池管理系统，整车控制器与燃料电池管理系统、超级电容管理系统、电池管理系统和负载双向通信。通过最优化的能源结合，使各能源系统得到最大化利用，使续航里程得到最优，其不仅使各个能源利用率最优，还可使整车重量降低、空间布置最优、能耗最低、成本较低。

Description

一种电动汽车用动力能源系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车用动力能源系统。

背景技术

纯锂电池电动汽车逐渐开始规模化应用，但其在续航里程方面短时间内难以得到较大提升、充电便捷性方面还有欠缺、安全性方面还需要持续改善。氢燃料电池电动汽车由于氢气的特性，对于锂电池电动汽车的所有问题都可以得到完美解决，因此氢燃料电池技术被认为是利用氢能解决未来人类能源危机的终极方案，也是电动汽车的最终发展目标。近年来，特别是2018年丰田mira和本田clarity燃料电池汽车的商业化应用，氢燃料电池汽车进一步得到重视，国家各部委相继出台各项政策鼓励氢燃料电池汽车的大力发展，氢燃料电池汽车将在后续得到较大发展。

目前的氢燃料电池汽车一般是将燃料电池作为辅助能源，仅起到增程的作用；也有将燃料电池作为主要能量源，但其设计原则类似传统燃油车，燃料电池系统的后备功率较大，车辆大部分运行工况下燃料电池只有较小的功率输出；还有的为了解决后备功率较大的问题，通过2档或2档以上变速箱的运用，这种方案虽能在一定程度上降低对后备功率的要求，但基于能量守恒的原理，并没有真正解决这个问题。以上方案都会造成整车重量较大、空间布置存在一定难度、能耗较高、后备功率的大部分浪费等问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种电动汽车用动力能源系统，能够辅助燃料电池系统为整车运行提供所需的能源，且能够在一定程度上降低整车的重量、体积和成本。

本实用新型的实施例提供一种电动汽车用动力能源系统，包括整车控制器、燃料电池系统、辅助能源系统和负载，所述燃料电池系统通过主高压线连接所述负载，所述辅助能源系统包括超级电容、动力电池和双向DC/DC转换器，所述超级电容和所述动力电池通过所述双向DC/DC转换器连接于所述主高压线上，所述辅助能源系统还包括连接所述超级电容的超级电容管理系统和连接所述动力电池的电池管理系统，所述燃料电池系统包括燃料电池管理系统，所述整车控制器与所述燃料电池管理系统、所述超级电容管理系统、所述电池管理系统和所述负载双向通信。

进一步地，所述双向DC/DC转换器包括双向Buck/Boost变换器、控制电路、隔离电路和两个抗干扰电路，所述隔离电路使两个所述抗干扰电路相互隔离，两个所述抗干扰电路的输入端分别连接所述超级电容和所述动力电池，其中一所述抗干扰电路的输出端通过所述隔离电路连接所述双向Buck/Boost变换器，所述双向Buck/Boost变换器与所述主高压线连接，所述双向DC/DC转换器还包括多个电流/电压采样电路，其中两个所述电流/电压采样电路分别将两个所述抗干扰电路的输出端连接到所述控制电路以将其采集的两个所述抗干扰电路的输出端的电流/电压信号传至所述控制电路，所述控制电路连接所述双向Buck/Boost变换器以控制所述双向Buck/Boost变换器，所述控制电路连接所述隔离电路以使所述隔离电路导通或者关断。

进一步地，所述双向Buck/Boost变换器具有Boost状态和Buck状态，当所述控制电路控制所述双向Buck/Boost变换器处于Boost状态时，所述燃料电池系统通过所述双向DC/DC转换器对所述超级电容和/或所述动力电池充电，当所述控制电路控制所述双向Buck/Boost变换器处于Buck状态时，所述超级电容和/或所述动力电池通过所述双向DC/DC转换器为所述负载供电。

进一步地，所述隔离电路为开关，其输出端与所述隔离电路连接的所述抗干扰电路与所述动力电池连接，另一所述抗干扰电路的输入端与所述超级电容连接，输出端与所述双向Buck/Boost变换器直接连接。

进一步地，所述抗干扰电路包括依次串联的EMC滤波器、整流电路和滤波器，所述超级电容和所述动力电池分别与对应的所述的EMC滤波器连接；所述双向Buck/Boost变换器通过另一整流电路与所述主高压线连接，多个所述电流/电压采样电路中的另一所述电流/电压采样电路连接所述控制电路和所述另一整流电路与所述主高压线之间的线路。

进一步地，所述负载包括依次连接的电机控制器、电机和变速器，所述主高压线与所述电机控制器连接，所述整车控制器与所述电机控制器通过CAN总线双向通信。

进一步地，所述燃料电池系统包括燃料电池及均与所述燃料电池连接的供氢供氧系统和燃料电池管理系统，还包括与所述燃料电池通过内部高压线连接的燃料电池DC/DC转换器和连接所述燃料电池DC/DC转换器的燃料电池DC/DC控制器，所述整车控制器与所述燃料电池管理系统和所述燃料电池DC/DC控制器通过CAN总线双向通信。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型所述的电动汽车用动力能源系统，所述超级电容和所述动力电池采用同一所述双向DC/DC转换器与所述主高压线连接取代现有技术中超级电容和动力电池分别通过与各自对应的一双向DC/DC转换器与主高压线连接，从而减少了所述的电动汽车用动力能源系统中元器件的数量，降低所述的电动汽车用动力能源系统的成本。同时，所述双向DC/DC转换器相比现有的双向DC/DC转换器因其同时与所述超级电容和所述动力电池连接且实现相应的功能而具有更高的集成度，符合电子产品的发展趋势。

附图说明

图1是本实用新型电动汽车用动力能源系统的整体示意图；

图2是本实用新型电动汽车用动力能源系统的双向DC/DC转换器示意图；

图3是双向Buck/Boost变换器的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种电动汽车用动力能源系统，为电动汽车提供能源动力，包括：整车控制器3、燃料电池系统1、辅助能源系统2和负载，所述整车控制器3与所述燃料电池系统1、所述辅助能源系统2和所述负载通过CAN总线连接且所述整车控制器3与所述燃料电池系统1、所述辅助能源系统2和所述负载通过所述CAN总线双向通信。

所述燃料电池系统1包括燃料电池11及均与所述燃料电池11连接的供氢供氧系统13和燃料电池管理系统14，还包括与所述燃料电池11通过内部高压线连接的燃料电池DC/DC转换器12和连接所述燃料电池DC/DC转换器12的燃料电池DC/DC控制器15，所述整车控制器3与所述燃料电池管理系统14和所述燃料电池DC/DC控制器15通过CAN总线连接且双向通信。

所述整车控制器3通过控制所述燃料电池DC/DC控制器15来控制所述燃料电池DC/DC转换器12对所述燃料电池11的输出功率的调节作用，所述整车控制器3通过控制所述燃料电池管理系统14来管控所述燃料电池11。同时，所述燃料电池管理系统14和所述燃料电池DC/DC控制器15将其采集的所述燃料电池11和所述燃料电池DC/DC转换器12的相关数据通过所述CAN总线反馈给所述整车控制器3。

所述燃料电池系统1通过所述燃料电池DC/DC转换器12与主高压线的连接来连接所述负载，所述辅助能源系统2包括超级电容23、动力电池22和双向DC/DC转换器21，所述超级电容23和所述动力电池22通过同一所述双向DC/DC转换器21连接于所述主高压线上。

请参考图2，本实用新型所述的双向DC/DC转换器21具有一个输出端和两个输入端的与现有的双向DC/DC转换器不同，本实用新型所述的双向DC/DC转换器21具有两个输入端和一个输出端，且因具有更多的功能而具有更高的集成度，具体的；所述双向DC/DC转换器21包括双向Buck/Boost变换器215、控制电路216、隔离电路218和两个抗干扰电路。所述双向Buck/Boost变换器215具有第一I/O接口、第二I/O接口和控制接口，所述第一I/O接口和所述第二I/O接口互为输入接口和输出接口。每一所述抗干扰电路包括依次串联的EMC滤波器211、整流电路212和滤波器213，所述超级电容23连接一所述抗干扰电路上的EMC滤波器211，所述动力电池22连接另一所述所述抗干扰电路上的EMC滤波器211。优选的，与所述超级电容23连接的所述抗干扰电路的上的滤波器213直接连接所述第一I/O接口，与所述动力电池22连接的所述抗干扰电路的上的滤波器213通过所述隔离电路218连接所述第一I/O接口，即：其中一所述抗干扰电路的输入端连接所述超级电容23，其输出端直接连接所述第一I/O接口，另一所述抗干扰电路的输入端连接所述动力电池22，其输出端通过所述隔离电路218连接所述第一I/O接口。所述第二I/O接口通过另一整流电路217连接所述主高压线，所述隔离电路218的作用是使两所述超级电容23和动力电池22互相隔离、互不干扰。现有的凡是能够使两所述抗干扰电路可以互相隔离、互不干扰的电路或者电子元件均可以为本实用新型所述的隔离电路218，如开关电路、开关、三极管、晶体管等。

所述向DC/DC转换器21还包括三个电流/电压采样电路214，其中二所述电流/电压采样电路214分别连接二所述抗干扰电路的输出端与所述控制电路216，以将其采集的两个所述抗干扰电路的输出端的电流/电压信号传至所述控制电路216，剩余一所述电流/电压采样电路214连接所述控制电路216和所述另一整流电路217与所述主高压线之间的线路，用于将其采集的所述另一整流电路217与所述主高压线之间的线路上的电流/电压信号传至所述控制电路216。所述控制电路216连接所述控制接口以控制所述双向Buck/Boost变换器215的状态，所述控制电路216连接所述隔离电路218以使所述隔离电路导通或者关断。

所述双向Buck/Boost变换器215的原理图如图3所示，所述双向Buck/Boost变换器215具有Boost状态和Buck状态，当所述控制电路216控制所述双向Buck/Boost变换器215处于Boost状态时，开关S1断开，开关S2导通，这时，所述燃料电池系统1对储能元件L(超级电容23和/或动力电池22)进行充电，此时，当所述控制电路216控制所述隔离电路218导通时，则所述燃料电池系统1同时对所述超级电容23和所述动力电池22充电，当所述控制电路216控制所述隔离电路218关断时，则所述燃料电池系统1只对所述超级电容23进行充电。当所述控制电路216控制所述双向Buck/Boost变换器215处于Buck状态时，开关S2断开，开关S1导通，这时所述储能元件L(超级电容23和/或动力电池22)对外放电即对负载供电，此时，当所述控制电路216控制所述隔离电路218导通时，则所述辅助能源系统2中的所述超级电容23和所述动力电池22同时对负载供电，当所述控制电路216控制所述隔离电路218关断时，则所述辅助能源系统2中唯有所述超级电容23对负载供电。

请参考图1，所述辅助能源系统2还包括连接所述超级电容23的超级电容管理系统25和连接所述动力电池22的电池管理系统24，所述整车控制器3与所述燃料电池管理系统14、所述超级电容管理系统25、所述电池管理系统24和所述负载双向通信。

所述负载包括依次连接的电机控制器41、电机42和变速器43，所述主高压线与所述电机控制器41连接，所述整车控制器3与所述电机控制器41通过CAN总线双向通信。所述整车控制器3用于通过所述电机控制器41来控制整车相应工况的运行。本实用新型所述的电机42为直流电机。

所述整车控制器3通过所述燃料电池管理系统14、所述超级电容管理系统25、所述电池管理系统24和所述电机控制器41等了解整车的工况，然后根据环境因素或者人为因素通过所述整车控制器3对所述燃料电池管理系统14、所述超级电容管理系统25、所述电池管理系统24和所述电机控制器41等发送命令，来调整所述燃料电池11、所述超级电容23、所述动力电池22和所述电机42等的工况，使整车满足运行要求。

本实用新型所述的燃料电池系统1可以提供持续稳定的动力输出，但燃料电池的启动需要辅助能源提供，同时为避免燃料电池11后备功率过大，造成整车重量、体积、成本过高，辅助能源十分有必要；本实用新型所述的辅助能源系统2中的超级电容23，可以为整车提供短暂的大功率输出，但其能量密度较低，仅以超级电容23作为辅助电源，需要较大的超级电容23来支撑，造成成本过高、对布置空间要求较大；本实用新型所述的辅助能源系统2中的动力电池22为超级电容23能力不足的有效补充，与所述超级电容23共同组成功率型和能量型的完美组合，以满足整车各种工况需求，且因与所述超级电容23配合，能够减少所述超级电容23的数量，从而能够有效的控制整车的重量、体积和成本。

本实用新型所述的燃料电池系统1为主要能量源，在车辆持续稳定行驶时可单独驱动车辆行驶。本实用新型所述的辅助能源系统2为辅助能量源，在车辆启动时输出功率以启动所述燃料电池系统1，在车辆加速、超车、爬坡等需要输出额外功率时提供峰值功率需求；在整车行驶需求功率比所述燃料电池11功率小时，所述燃料电池11可为所述超级电容23和/或所述动力电池22充电；在车辆减速、制动时，通过能量型动力锂电池(动力电池22)和功率型超级电容23，最大限度的回收动能。

在本实用新型所述的辅助能源系统2中，所述双向DC/DC转换器21综合处理所述超级电容23和所述动力电池22两种不同化学特性的能源，从而得到较为稳定的直流电压；通过所述双向DC/DC转换器21可使所述超级电容23和所述动力电池22互相隔离，分别独立工作或同时工作，但又不互相影响。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

本实用新型所述的超级电容23和动力电池22包括所有功率型和能量型的可充放电能源，不限制其类型。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电动汽车用动力能源系统，其特征在于：包括整车控制器、燃料电池系统、辅助能源系统和负载，所述燃料电池系统通过主高压线连接所述负载，所述辅助能源系统包括超级电容、动力电池和双向DC/DC转换器，所述超级电容和所述动力电池通过所述双向DC/DC转换器连接于所述主高压线上，所述辅助能源系统还包括连接所述超级电容的超级电容管理系统和连接所述动力电池的电池管理系统，所述燃料电池系统包括燃料电池管理系统，所述整车控制器与所述燃料电池管理系统、所述超级电容管理系统、所述电池管理系统和所述负载双向通信。

2.如权利要求1所述的电动汽车用动力能源系统，其特征在于：所述双向DC/DC转换器包括双向Buck/Boost变换器、控制电路、隔离电路和两个抗干扰电路，所述隔离电路使两个所述抗干扰电路相互隔离，两个所述抗干扰电路的输入端分别连接所述超级电容和所述动力电池，其中一所述抗干扰电路的输出端通过所述隔离电路连接所述双向Buck/Boost变换器，所述双向Buck/Boost变换器与所述主高压线连接，所述双向DC/DC转换器还包括多个电流/电压采样电路，其中两个所述电流/电压采样电路分别将两个所述抗干扰电路的输出端连接到所述控制电路以将其采集的两个所述抗干扰电路的输出端的电流/电压信号传至所述控制电路，所述控制电路连接所述双向Buck/Boost变换器以控制所述双向Buck/Boost变换器，所述控制电路连接所述隔离电路以使所述隔离电路导通或者关断。

3.如权利要求2所述的电动汽车用动力能源系统，其特征在于：所述双向Buck/Boost变换器具有Boost状态和Buck状态，当所述控制电路控制所述双向Buck/Boost变换器处于Boost状态时，所述燃料电池系统通过所述双向DC/DC转换器对所述超级电容和/或所述动力电池充电，当所述控制电路控制所述双向Buck/Boost变换器处于Buck状态时，所述超级电容和/或所述动力电池通过所述双向DC/DC转换器为所述负载供电。

4.如权利要求2所述的电动汽车用动力能源系统，其特征在于：所述隔离电路为开关，其输出端与所述隔离电路连接的所述抗干扰电路与所述动力电池连接，另一所述抗干扰电路的输入端与所述超级电容连接，输出端与所述双向Buck/Boost变换器直接连接。

5.如权利要求2所述的电动汽车用动力能源系统，其特征在于：所述抗干扰电路包括依次串联的EMC滤波器、整流电路和滤波器，所述超级电容和所述动力电池分别与对应的所述的EMC滤波器连接；所述双向Buck/Boost变换器通过另一整流电路与所述主高压线连接，多个所述电流/电压采样电路中的另一所述电流/电压采样电路连接所述控制电路和所述另一整流电路与所述主高压线之间的线路。

6.如权利要求1所述的电动汽车用动力能源系统，其特征在于：所述负载包括依次连接的电机控制器、电机和变速器，所述主高压线与所述电机控制器连接，所述整车控制器与所述电机控制器通过CAN总线双向通信。

7.如权利要求1所述的电动汽车用动力能源系统，其特征在于：所述燃料电池系统包括燃料电池及均与所述燃料电池连接的供氢供氧系统和燃料电池管理系统，还包括与所述燃料电池通过内部高压线连接的燃料电池DC/DC转换器和连接所述燃料电池DC/DC转换器的燃料电池DC/DC控制器，所述整车控制器与所述燃料电池管理系统和所述燃料电池DC/DC控制器通过CAN总线双向通信。