[发明专利]基于双源电机的燃料电池汽车动力系统

说明书

一种基于双源电机的燃料电池汽车动力系统，包括双源电机、第一控制开关、第二控制开关、第一逆变器、第二逆变器、二极管、燃料电池及动力二次电源。双源电机具有两套星型定子绕组：第一绕组、第二绕组。第一逆变器直流侧通过二极管连接燃料电池，交流侧连接第一绕组；第二逆变器连接动力二次电源、第二绕组。第一逆变器、第二逆变器、燃料电池及动力二次电源共地。燃料电池额定电压低于动力二次电源额定电压。第一绕组通过控制开关可以作为定子绕组或升压电感工作，第二绕组作为常规的定子绕组工作。本发明应用于燃料电池汽车电‑电混合动力构型中，可以在双源电机低速运行时实现由燃料电池向动力二次电源的高效率充电，且无需DC/DC环节。

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车领域和电机控制领域，涉及到一种基于双源电机的燃料电池汽车动力系统，特别涉及到一种可以在双源电机低速运行时实现燃料电池向动力二次电源高效率充电的新型燃料电池汽车动力系统。

背景技术

由于燃料电池响应速度慢、输出特性偏软，现有的燃料电池汽车动力系统通常采用电-电混合动力构型，即由燃料电池提供车辆运行所需的平均功率，而由蓄电池或超级电容等动力二次电源提供动态辅助功率，以改善车辆的动态特性。由于燃料电池与动力二次电源的电压等级不同，在实现燃料电池向动力二次电源充电时通常需要对燃料电池进行升压。

基于DC/DC的燃料电池汽车电-电混合动力构型通常采用DC/DC(直流/直流)变换器来实现燃料电池向动力二次电源(蓄电池或超级电容)充电，如图1所示。然而，DC/DC环节的存在降低了燃料电池汽车动力系统的效率，且大功率DC/DC变换器成本较高、体积较大。

基于双源电机的燃料电池汽车电-电混合动力构型中，双源电机具有两套独立的定子绕组：燃料电池侧绕组、动力二次电源侧绕组，并分别通过第一逆变器、第二逆变器与燃料电池、动力二次电源相连，如图2所示。通过第一逆变器、第二逆变器对燃料电池侧绕组、动力二次电源侧绕组所产生转矩的独立控制及合理分配，可以实现：燃料电池或动力二次电源单独驱动双源电机、燃料电池和动力二次电源共同驱动双源电机、燃料电池向动力二次电源充电、制动能量回收。相对于基于DC/DC的燃料电池汽车电-电混合动力构型，基于双源电机的燃料电池汽车电-电混合动力构型省去了DC/DC环节；但由于电机在偏离额定工作点运行时效率会降低，低速运行的双源电机的效率要低于采用Boost变换器原理的DC/DC环节的效率，故基于双源电机的燃料电池汽车电-电混合动力构型在双源电机低速运行时，由燃料电池向动力二次电源充电的效率偏低。

本发明保留了基于双源电机的燃料电池汽车电-电混合动力构型的特点，省去了DC/DC环节，且通过将双源电机的燃料电池侧绕组作为升压电感，可以在双源电机低速运行时利用Boost变换器原理实现由燃料电池向动力二次电源的高效率充电。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于双源电机的新型燃料电池汽车动力系统。

本发明采用的技术方案为：

一种基于双源电机的燃料电池汽车动力系统，包括双源电机、第一控制开关、第二控制开关、第一逆变器、第二逆变器、二极管、燃料电池及动力二次电源，其中双源电机定子上有两套星型(Y型)绕组：第一绕组、第二绕组。所述第一逆变器的直流侧通过二极管连接燃料电池，第一逆变器的交流侧连接第一绕组；所述第二逆变器的直流侧连接动力二次电源，第二逆变器的交流侧连接第二绕组。所述第一逆变器、第二逆变器、燃料电池及动力二次电源共地。所述燃料电池的额定电压低于动力二次电源的额定电压。

所述的第一绕组的中性点通过第一控制开关、第二控制开关的配合可以连接到动力二次电源的正、负直流母线上。所述第一控制开关、第二控制开关有如下三种工作状态：第一控制开关断开、第二控制开关闭合，第一绕组的中性点连接到动力二次电源的负极，即状态A；第一控制开关闭合、第二控制开关断开，第一绕组的中性点连接到动力二次电源的正极，即状态B；第一控制开关、第二控制开关均断开，第一绕组的中性点与动力二次电源的直流母线断开，即状态C。