[发明专利]车载燃料电池与锂电池直接并联混合动力系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池汽车的混合动力系统，属于燃料电池汽车动力系统研发领域。

背景技术

燃料电池汽车有着节能、环保、效率高、运行平稳无噪声等优点，成为新一代汽车研发的热点。近年来，燃料电池汽车技术已经取得了重大的进展，然而在燃料电池汽车开发过程中仍然存在着技术性挑战，如燃料电池组的一体化，提高商业化电动汽车燃料处理器，优化燃料电池汽车动力系统等。

燃料电池汽车动力系统是其区别于其他类型车辆(内燃机汽车、蓄电池纯电动汽车以及油电混合动力汽车)的主要标志。使用燃料电池系统作为动力源是燃料电池汽车动力系统的标志性特点。而由于燃料电池系统的燃料电池在峰值功率输出能力以及功率输出的动态响应等性能方面欠佳，因此往往需要一些辅助能源来在功率输出能力等方面对它加以补充和改善，这些辅助能源包括蓄电池和超级电容等。由燃料电池系统和辅助能源组成的混合动力系统的结构及配置必须保证燃料电池汽车动力系统良好的经济性、动力性及安全性，特别保证燃料电池系统的安全。

现有的燃料电池汽车混合动力系统一般采用燃料电池系统与辅助能源间接并联式的形式，辅助能源可选择镍氢电池或锂电池、或者蓄电池与超级电容的组合。

图1展示了现有的一种燃料电池汽车间接并联混合动力系统的结构。如图1所示，混合动力系统的燃料电池系统不直接与驱动电机相连，而是通过DC/DC变换器再与辅助电池并网。燃料电池系统通过DC/DC变换器联入直流母线，DC/DC变换器对燃料电池的输出电压进行稳压调节，并根据电机的功率需求调节燃料电池输出的母线电压。同时DC/DC变换器可以对燃料电池最大输出电流和功率进行控制，起到保护燃料电池的作用。此外，在DC/DC的输出端并联一个辅助电池来覆盖功率波动，提高峰值功率，以改善燃料电池输出功率的瞬态特性。实践表明，这个方案中，DC/DC转换器的存在降低了整个系统的效率，此外，DC/DC转换器的高频斩波取电方式对燃料电池系统存在一定的伤害。

图2展示了现有的另外一种燃料电池汽车间接并联混合动力系统的结构。如图2所示，混合动力系统的燃料电池系统直接与驱动电机相联，而辅助电池通过DC/DC变换器再与燃料电池并网。在这种结构中辅助电池是主能源，给车辆的稳定运行提供能量；燃料电池是辅助能源，在辅助电池不需要输出能量的时候给它充电。这种结构中，DC/DC变换器采用恒压式能量分配控制策略，通过电压控制可稳定燃料电池系统输出电流，避免燃料电池系统出现极大电流的恶劣情况。然而，燃料电池系统输出为随动量，这样，一方面燃料电池系统会受到伤害，并且给其控制策略带来挑战，另一方面对DC/DC变换器的要求较高，开发成本较大。

由于上述现有燃料电池汽车间接并联混合动力系统存在的种种缺陷，因此有必要提供一种改进的燃料电池汽车混合动力系统。

发明内容

本发明提供了一种车载燃料电池与锂电池直接并联混合动力系统，能避免现有燃料电池汽车间接并联混合动力系统结构中DC/DC变换器导致的降低系统效率、增加控制策略难度、对燃料电池本身带来伤害，以及增加开发大功率DC/DC变换器的成本的问题。

为实现上述目的，本发明提提供了一种车载燃料电池与锂电池直接并联混合动力系统，包括燃料电池发电装置、获取燃料电池发电装置的电压、电流、压力、温度信息的燃料电池控制器、锂电池组、获取锂电池组的SOC值、电压、电流信息的锂电池管理系统、第一开关导电装置、第二开关导电装置以及系统能量管理控制器；燃料电池发电装置的一个输出端连接第一开关导电装置的一端，锂电池组的一个输出端连接第二开关导电装置的一端，第一开关导电装置的另一端、第二开关导电装置的另一端适用于连接电机控制器的一个输入端，燃料电池发电装置的另一输出端、锂电池组的另一输出端适用于连接电机控制器的另一输入端，其中电机控制器的两个输出端连接电机；系统能量管理控制器分别连接第一开关导电装置的控制端、第二开关导电装置的控制端、燃料电池控制器、锂电池管理系统和电机控制器，用于根据燃料电池控制器和锂电池管理系统获取的信息控制第一开关导电装置导通或断开以及控制第二开关导电装置正向导通或反向导通或断开。