CN209545436U - 一种集成式燃料电池dc/dc变换装置、系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种集成式燃料电池DC/DC变换装置、系统及车辆，DC/DC变换装置包括壳体，壳体中设置有升压DC/DC变换器、空压机控制器和低压DC/DC变换器，壳体上设置有高压接口、低压接口、电机接口以及电池接口；升压DC/DC变换器的一侧连接高压接口，升压DC/DC变换器的另一侧连接电池接口；空压机控制器的一端连接高压接口，另一端连接所述电机接口；低压DC/DC变换器的高压侧连接高压接口，低压DC/DC变换器的低压侧连接低压接口。本实用新型提供的技术方案能够减少燃料电池系统体积，减少燃料电池系统重量，提高燃料电池系统的集成度，提高燃料电池系统效率，解决燃料电池系统现有的设计困难问题及燃料电池系统损耗较大的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池车辆上燃料电池DC/DC变换装置的集成设置技术领域，具体涉及一种集成式燃料电池DC/DC变换装置、系统及车辆。
背景技术
燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车，能量转化效率高、无噪音、少污染，几乎不排放氮氧化合物。其动力方面的不同在于燃料电池车用的电力来自车载燃料电池装置，电动汽车所用的电力来自电网充电的蓄电池。目前燃料电池高压供电系统的各部件之间相互独立，通过高低压线束进行电气连接，如图1所示为现有燃料电池动力系统，包括燃料电池系统、升压DC/DC变换器、BMS动力电池、空压机及其控制器、低压DC/DC变换器，其中空压机为电堆提供充足的空气(氧气)，升压DC/DC变换器为将电堆的输出电压提升到合适电压输送给车辆的电机控制器及动力电池。
从图1可以看到，升压DC/DC变换器、空压机电机控制器和低压DC/DC变换器均为单独设置的部件，相互之间需要高压线缆、接触器等器件连接，每个部件有自己的高压输入接口、高压线缆、散热系统，这就使得动力系统的整体结构变得复杂，对安装空间有较高需求。授权公告号为CN208014811U的中国实用新型专利公开了一种燃料电池高压集成装置、系统以及汽车，该专利中将升压DC/DC变换器、空压机控制器、低压DC/DC变换器集成设置，简化了系统结构。
但是上述专利文件中的技术方案只是将三个部件集成设置，没有对部件的具体连接关系进行改进，相关电路也保持原有的结构。升压DC/DC变换器、空压机、低压DC/DC变换器的工作状态与燃料电池系统保持一致，现有技术将空压机控制器和低压DC/DC变换器设置在升压DC/DC变换器的下游，如此便增大了升压DC/DC变换器的损耗。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种集成式燃料电池DC/DC变换装置、系统及车辆，用于解决现有技术燃料电池动力系统中升压DC/DC变换器的功耗较大的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：
一种集成式燃料电池DC/DC变换装置，包括壳体，壳体中设置有升压DC/DC变换器、空压机控制器和低压DC/DC变换器，所述壳体上设置有用于与燃料电池连接的高压接口、用于与车辆上低压用电设备连接的低压接口、用于与空压机连接的电机接口以及用于与动力电池连接的电池接口；所述升压DC/DC变换器的一侧连接所述高压接口，所述升压DC/DC变换器的另一侧连接所述电池接口；
所述空压机控制器的一端连接所述高压接口，另一端连接所述电机接口；所述低压DC/DC变换器的高压侧连接所述高压接口，所述低压DC/DC变换器的低压侧连接所述低压接口。
本实用新型所提供的技术方案，空压机控制器的一端连接高压接口，另一端连接电机接口；低压DC/DC变换器的高压侧连接高压接口，低压DC/DC变换器的低压侧连接低压接口；由于本实用新型所提的技术方案中空压机控制器、低压DC/DC变换器的取电位置由升压DC/DC变换器后端移至前端，所以与现有技术相比，本实用新型所提供的技术方案能够减少燃料电池DC/DC变换装置的功率，解决了现有技术燃料电池动力系统中升压DC/DC变换器的功耗较大的问题。
进一步的，所述升压DC/DC变换器连接电池接口的线路上串联设置有预充电路，预充电路包括充电开关、预充电阻和预充开关，预充电阻和预充开关串联后与充电开关并联。
设置预充电路，能够防止充电启动时由于产生较大充电电流而损坏动力电池。
一种集成式燃料电池系统，包括燃料电池、空压机和DC/DC变换装置，所述DC/DC变换装置包括壳体，所述壳体中设置有升压DC/DC变换器、空压机控制器和低压DC/DC变换器；所述壳体上设置有用于与燃料电池连接的高压接口、用于与车辆上低压用电设备连接的低压接口、用于与空压机连接的电机接口以及用于与动力电池连接的电池接口；所述升压DC/DC变换器的一侧连接所述高压接口，所述升压DC/DC变换器的另一侧连接所述电池接口；
所述空压机控制器的一端连接所述高压接口，另一端连接所述电机接口，所述低压DC/DC变换器的高压侧连接所述高压接口，所述低压DC/DC变换器的低压侧连接所述低压接口。
本实用新型所提供的技术方案，空压机控制器的一端连接高压接口，另一端连接电机接口；低压DC/DC变换器的高压侧连接高压接口，低压DC/DC变换器的低压侧连接低压接口；由于本实用新型所提的技术方案中空压机控制器、低压DC/DC变换器的取电位置由升压DC/DC变换器后端移至前端，所以与现有技术相比，本实用新型所提供的技术方案能够减少燃料电池DC/DC变换装置的功率，解决了现有技术燃料电池动力系统中升压DC/DC变换器的功耗较大的问题。
进一步的，所述升压DC/DC变换器连接电池接口的线路上串联设置有预充电路，预充电路包括充电开关、预充电阻和预充开关，预充电阻和预充开关串联后与充电开关并联。
设置预充电路，能够防止充电启动时由于产生较大充电电流而损坏动力电池。
一种集成式燃料电池车辆，包括燃料电池、空压机、低压用电设备、DC/DC变换装置以及动力电池；所述DC/DC变换装置包括壳体，所述壳体中设置有升压DC/DC变换器、空压机控制器和低压DC/DC变换器；所述壳体上设置有用于与燃料电池连接的高压接口、用于与低压用电设备连接的低压接口、用于与空压机连接的电机接口以及用于与动力电池连接的电池接口；所述升压DC/DC变换器的一侧连接所述高压接口，所述升压DC/DC变换器的另一侧连接所述电池接口；
所述空压机控制器的一端连接所述高压接口，另一端连接所述电机接口，所述低压DC/DC变换器的高压侧连接所述高压接口，所述低压DC/DC变换器的低压侧连接所述低压接口。
本实用新型所提供的技术方案，空压机控制器的一端连接高压接口，另一端连接电机接口；低压DC/DC变换器的高压侧连接高压接口，低压DC/DC变换器的低压侧连接低压接口；由于本实用新型所提的技术方案中空压机控制器、低压DC/DC变换器的取电位置由升压DC/DC变换器后端移至前端，所以与现有技术相比，本实用新型所提供的技术方案能够减少燃料电池DC/DC变换装置的功率，解决了现有技术燃料电池动力系统中升压DC/DC变换器的功耗较大的问题。
进一步的，所述升压DC/DC变换器连接电池接口的线路上串联设置有预充电路，预充电路包括充电开关、预充电阻和预充开关，预充电阻和预充开关串联后与充电开关并联。
设置预充电路，能够防止充电启动时由于产生较大充电电流而损坏动力电池。
进一步的，所述燃料电池连接电池接口的线路上串联设置有预启动电路，预启动电路包括启动开关、预启动电阻和预启动开关，预启动电阻和预启动开关串联后与启动开关并联。
设置预启动电路，能够防止DC/DC变换装置启动时由于瞬时电流过大而损坏。
附图说明
图1为现有技术中DC/DC变换装置的结构原理图；
图2为本实用新型车辆实施例中DC/DC变换装置的结构原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步说明。
车辆实施例：
本实施例提供一种集成式燃料电池车辆，将空压机控制器、低压DCDC变换器的取电位置由升压DCDC变换器后端移至前端，用于解决现有技术燃料电池动力系统中升压DC/DC变换器的功耗较大的问题。
本实施例所提供的集成式燃料电池车辆，包括燃料电池、空压机、低压用电设备、DC/DC变换装置以及动力电池。空压机用于为燃料电池的电堆提供空气，氢气与空气中的氧气在燃料电池的电堆处发生反应产生电能，从而为车辆上的用电设备供电。
本实施例所提供的集成式燃料电池车辆，其DC/DC变换装置的结构如图2所示，包括壳体，壳体内设置有升压DC/DC变换器、空压机控制器和低压DC/DC变换器，壳体上设置有高压接口、电机接口、低压接口和电池接口。
在壳体的内部，空压机控制器的一端连接高压接口，另一端连接电机接口；低压DC/DC变换器的高压侧连接高压接口，低压侧连接低压接口；升压DC/DC变换器的一侧连接高压接口，另一侧连接电池接口。
在壳体的外部，高压接口连接燃料电池的输出端，低压接口与车辆的低压用电设备连接，电机接口连接空压机的电机，电池接口连接动力电池，并且在电池接口连接动力电池的线路上设置有开关K5，通过开关K5能够控制电池接口与动力电池之间的连接关系。
燃料电池的输出端为高压接口供电，空压机控制器的其中一端从高压接口取电后为空压机的电机供电，驱动空压机的电机，使空压机开始工作；为了保证空压机的正常工作，本实施例中空压机控制器的型号根据燃料电池的输出电压以及空压机工作时其电机的需求转速进行选择。
低压DC/DC变换器与现有技术中燃料电池车辆上的低压DC/DC变换器相同，其高压侧通过高压接口从燃料电池得到高压直流电，经过对该高压直流电进行降压处理后，从低压接口输出低压直流电，为车辆的低压用电设备供电。车辆的低压用电设备是指车辆上采用24V直流电压的设备，包括车辆的蓄电池、车辆仪表等。
升压DC/DC变换器与现有技术中燃料电池车辆上的升压DC/DC变换器相同，其一端通过高压接口从燃料电池得到高压直流电，对其进行升压变换处理后，通过电池接口为车辆的动力电池供电。
在燃料电池连接DC/DC变换装置上高压接口的线路上串设有预启动电路，预启动电路包括第一开关K1、预启动电阻R1和预启动开关K2，预启动开关K2和预启动电阻R1串联后与第一开关K1并联。当DC/DC变换装置启动时，首先控制预启动开关K2闭合、第一开关K1断开，此时燃料电池的电流通过预启动电阻R1流入DC/DC变换装置，当燃料电池与DC/DC变换装置之间的电流达到第一设定值时控制第一开关K1闭合，预启动开关K2断开，DC/DC变换装置完成启动过程；由于预启动电阻R1的限流作用，所以在启动过程中DC/DC变换装置不会受到大电流的冲击，能够保证DC/DC变换装置启动过程的安全性能。
在DC/DC变换装置内部升压DC/DC变换器连接电池接口的线路上串联设置有预充电路，预充电路包括第二开关K3、预充电阻R2和预充开关K4，预充电阻R2和预充开关K4串联后与第二开关K3并联。在动力电池充电启动时，首先控制预充开关K4闭合、第二开关K3断开，此时升压DC/DC变换器产生的电流通过预充电阻R2流入到动力电池，当升压DC/DC变换器与动力电池之间的电压得到第二设定值时控制第二开关K3闭合、预充开关K4断开，动力电池的预充电过程完成；由于预充电阻R2的限流作用，所以在启动过程中动力电池不会承受较大的冲击电流，能够保证动力电池充电启动过程的安全性能。
电池实施例：
本实施例提供一种集成式燃料电池系统，包括燃料电池、空压机、燃料电池低压附件和DC/DC变换装置，其中的DC/DC变换装置与上述车辆实施例中的DC/DC变换装置相同，该DC/DC变换装置已在上述车辆实施例中做了详细介绍，这里不多做说明。
装置实施例：
本实施例提供一种集成式燃料电池DC/DC变换装置，与上述车辆实施例中的DC/DC变换装置相同，该DC/DC变换装置已在上述车辆实施例中做了详细介绍，这里不多做说明。
以上给出了本实用新型涉及的具体实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。在本实用新型给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本实用新型中的相应技术手段基本相同、实现的实用新型目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种集成式燃料电池DC/DC变换装置，包括壳体，壳体中设置有升压DC/DC变换器、空压机控制器和低压DC/DC变换器，所述壳体上设置有用于与燃料电池连接的高压接口、用于与车辆上低压用电设备连接的低压接口、用于与空压机连接的电机接口以及用于与动力电池连接的电池接口；所述升压DC/DC变换器的一侧连接所述高压接口，所述升压DC/DC变换器的另一侧连接所述电池接口；
其特征在于，所述空压机控制器的一端连接所述高压接口，另一端连接所述电机接口；所述低压DC/DC变换器的高压侧连接所述高压接口，所述低压DC/DC变换器的低压侧连接所述低压接口。
2.根据权利要求1所述的集成式燃料电池DC/DC变换装置，其特征在于，所述升压DC/DC变换器连接电池接口的线路上串联设置有预充电路，预充电路包括充电开关、预充电阻和预充开关，预充电阻和预充开关串联后与充电开关并联。
3.一种集成式燃料电池系统，包括燃料电池、空压机和DC/DC变换装置，所述DC/DC变换装置包括壳体，所述壳体中设置有升压DC/DC变换器、空压机控制器和低压DC/DC变换器；所述壳体上设置有用于与燃料电池连接的高压接口、用于与车辆上低压用电设备连接的低压接口、用于与空压机连接的电机接口以及用于与动力电池连接的电池接口；所述升压DC/DC变换器的一侧连接所述高压接口，所述升压DC/DC变换器的另一侧连接所述电池接口；
其特征在于，所述空压机控制器的一端连接所述高压接口，另一端连接所述电机接口，所述低压DC/DC变换器的高压侧连接所述高压接口，所述低压DC/DC变换器的低压侧连接所述低压接口。
4.根据权利要求3所述的集成式燃料电池系统，其特征在于，所述升压DC/DC变换器连接电池接口的线路上串联设置有预充电路，预充电路包括充电开关、预充电阻和预充开关，预充电阻和预充开关串联后与充电开关并联。
5.一种集成式燃料电池车辆，包括燃料电池、空压机、低压用电设备、DC/DC变换装置以及动力电池；所述DC/DC变换装置包括壳体，所述壳体中设置有升压DC/DC变换器、空压机控制器和低压DC/DC变换器；所述壳体上设置有用于与燃料电池连接的高压接口、用于与低压用电设备连接的低压接口、用于与空压机连接的电机接口以及用于与动力电池连接的电池接口；所述升压DC/DC变换器的一侧连接所述高压接口，所述升压DC/DC变换器的另一侧连接所述电池接口；
其特征在于，所述空压机控制器的一端连接所述高压接口，另一端连接所述电机接口，所述低压DC/DC变换器的高压侧连接所述高压接口，所述低压DC/DC变换器的低压侧连接所述低压接口。
6.根据权利要求5所述的集成式燃料电池车辆，其特征在于，所述升压DC/DC变换器连接电池接口的线路上串联设置有预充电路，预充电路包括充电开关、预充电阻和预充开关，预充电阻和预充开关串联后与充电开关并联。
7.根据权利要求5所述的集成式燃料电池车辆，其特征在于，所述燃料电池连接电池接口的线路上串联设置有预启动电路，预启动电路包括启动开关、预启动电阻和预启动开关，预启动电阻和预启动开关串联后与启动开关并联。
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|---|---|---|---|---|
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| CN110834569A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-25 | 武汉地质资源环境工业技术研究院有限公司 | 一种氢燃料电池汽车用集成四合一系统 |
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| CN113119806A (zh) * | 2020-01-15 | 2021-07-16 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 一种燃料电池系统、汽车及燃料电池系统的供电控制方法 |
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Address after: 450061 Yudao Road, Guancheng District, Zhengzhou City, Henan Province Patentee after: Yutong Bus Co.,Ltd. Address before: 450061 Yudao Road, Guancheng District, Zhengzhou City, Henan Province Patentee before: ZHENGZHOU YUTONG BUS Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |