[发明专利]电动汽车多模式混合储能系统复合式拓扑结构及控制方法

权利要求书

1.一种电动汽车多模式混合储能系统复合式拓扑结构，其特征在于：包括燃料电池FC、电池组Bat、超级电容UC、第二MOS管S2、第三MOS管S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第二储能电感L2、电机逆变器(1)、ARM控制器(5)、第一电压采集电路(2)、第二电压采集电路(4)、电流采集电路(3)；

所述燃料电池FC的正极通过开关S7与第一储能电感L1的一端相连接，第一储能电感L1的另一端与第四二极管D4的阳极和第一MOS管S1的漏极相连接，第四二极管D4的阴极与稳压电容器C的正极、电池组Bat的正极、第二储能电感L2的一端、开关S4的一端以及开关S5的一端相连接，第二储能电感L2的另一端与第二MOS管S2的漏极和第三MOS管S3的源极相连接，第三MOS管S3的漏极与超级电容UC正极和电机逆变器(1)的正极相连接，开关S4的另一端与超级电容UC的负极相连接，开关S5的另一端与开关S6的一端和电机逆变器(1)的负极相连接，第一二极管D1的阳极和阴极分别与第一MOS管S1的源极和漏极相连接，第二二极管D2的阳极和阴极分别与第二MOS管S2的源极和漏极相连接，第三二极管D3的阳极和阴极分别与第三MOS管S3的源极和漏极相连接，燃料电池FC的负极与第一MOS管S1的源极、稳压电容器C的负极、电池组Bat的负极、第二MOS管S2的源极、开关S6的另一端相连接；

所述第一电压采集电路(2)的输入端及电流采集电路(3)的输入端与电机逆变器(1)的输入端相连接，第二电压采集电路(4)的输入端与超级电容UC相连接，第一电压采集电路(2)的输出端、第二电压采集电路(4)的输出端及电流采集电路(3)的输出端均与ARM控制器(5)的输入端相连接，ARM控制器(5)的输出端分别与第一MOS管S1的栅极、第二MOS管S2的栅极、第三MOS管S3的栅极以及开关S4、开关S5、开关S6相连接。

2.根据权利要求1所述的电动汽车多模式混合储能系统复合式拓扑结构，其特征在于，第一MOS管S1、第四二极管D4、第一储能电感L1、稳压电容器C构成升压电路。

3.根据权利要求1所述的电动汽车多模式混合储能系统复合式拓扑结构，其特征在于，所述电池组Bat与超级电容UC之间为串/并联结构，通过控制开关的通断进行切换；燃料电池FC与电池组Bat之间为级联结构；

所述超级电容UC为多个单体超级电容UC串联或并联组成，超级电容UC的额定电压高于电池组Bat的额定电压。

4.根据权利要求1所述的电动汽车多模式混合储能系统复合式拓扑结构，其特征在于，所述燃料电池FC为质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池或直接甲醇燃料电池，燃料电池FC是由多个单电池层叠组合构成燃料电池堆。

5.一种如权利要求1至4任意一项所述的电动汽车多模式混合储能系统复合式拓扑结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)ARM控制器(5)通过第一电压采集电路(2)、电流采集电路(3)以及第二电压采集电路(4)分别采集电机逆变器(1)的母线电压和电流以及超级电容UC的电压，并根据电机逆变器(1)的母线电压及电流计算出电机逆变器(1)的实际需求功率；

2)当电机逆变器(1)的实际需求功率大于零时，ARM控制器(5)根据实际需求功率的大小控制混合储能系统的工作模式在小功率输出方案、中等功率输出方案和大功率输出方案间进行选择切换；大功率输出方案与中等功率输出方案之间采用功率滞环控制方法进行切换；

3)当电机逆变器(1)的实际需求功率小于零时，进行制动能量回收。

6.根据权利要求5所述的电动汽车多模式混合储能系统复合式拓扑结构的控制方法，其特征在于，功率滞环控制方法的具体切换方式为：

进行大功率输出方案工作时，当电机逆变器(1)的实际需求功率小于燃料电池FC和电池组Bat最大功率总和的80％时，切换为中等功率输出方案；进行中等功率输出方案时，当电机逆变器(1)的实际需求功率大于燃料电池FC和电池组Bat最大功率总和时，切换为大功率输出方案。