本发明专利技术公开了一种增程式燃料电池电动汽车动力装置及其控制方法，该装置包括驱动电机、双向变流器、斩波器、动力电池、燃料电池、高压储氢罐、电控阀门、控制器、油门踏板和制动踏板；驱动电机的输出通过变速齿轮箱与电动汽车的传动轴连接，驱动电机的输入与双向变流器的交流输出端连接，双向变流器的直流输入端并联动力电池的输出与斩波器的输出，斩波器的输入与燃料电池的电源输出连接，燃料电池的燃料进口通过电控阀门与高压储氢罐的输出连接，控制器的输出分别与电控阀门的控制端口和双向变流器的控制端口连接，控制器输入端分别连接油门踏板和制动踏板的输出信号。控制方法为BP神经网络控制。本发明专利技术可实施性高，节能减排效果好。
【技术实现步骤摘要】
一种增程式燃料电池电动汽车动力装置及其控制方法
本专利技术涉及一种电动汽车能量管理装置及控制方法，特别涉及一种增程式燃料电池电动汽车动力装置及其控制方法。
技术介绍
电动汽车在国际上已经得到了广泛的关注。目前最具有代表性的美国特斯拉电动汽车，已经在全球大部分国家开始销售。电动汽车不排放任何有害气体和温室气体，但是电动汽车最为担心的问题是：一次充电续航能力，以及充电时间的长短以及充电设施的配套等。我国正在积极推动电动汽车的产业，但是电动汽车的快速发展带来的充电问题也相当严重。亚洲电动汽车之父陈清泉院士指出：“电动汽车发展所经历的三个阶段，第一阶段以丰田普锐斯为代表的油电混合电动汽车，目前我国自主研发了该类型的电动汽车；第二阶段是纯电动汽车，目前我国正处于大力发展发展阶段，比亚迪、北汽等推出多款纯电动汽车；第三阶段是燃料电池电动汽车，目前国际上已经商业化产品代表为丰田的Mira”。燃料电池是将燃料中的化学能高效地转化为电能，每辆燃料电池电动汽车就好像一座小型的发电站，可以自己发电，提供车辆所需要的电力，在必要的情况下，也可为其他设备提供电力。从国际上看，燃料电池电动汽车还存在诸多问题，然而，利用燃料电池作为辅助动力，与充电式电动汽车结合，构成综合能源的电动汽车，是电动汽车发展的一个重要的阶段，利用装机容量较小的燃料电池作为增程器，提升电动汽车的续航能力。增程式电动汽车一般采用串联式拓扑结构，结构相对较简单，是混合动力汽车的一种，其在纯电动汽车的基础上增加一套燃料电池发动机，目的是为了增加汽车的行驶路程，从而有效解决一般纯电动汽车行驶路程较短，续航能力不足的问题。燃料电池发动机作为整车动力系统增程器充当备用能源角色，而动力蓄电池作为车辆驱动的主要能源。当动力蓄电池电能不足或输出功率难以满足工况需求时，增程器开始工作，为动力蓄电池充电或直接驱动车辆，从而增加车辆的续驶里程。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种增程式燃料电池电动汽车动力装置及其控制方法，在纯电动汽车的基础上增加一套燃料电池系统，作为增程器，提升电动汽车的续航能力；另一方面，采用智能控制方案控制燃料电池的工作状态，达到节能减排的效果。技术方案：本专利技术提供了一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，该装置包括：驱动电机、双向变流器、斩波器、动力电池、燃料电池、高压储氢罐、电控阀门、控制器、油门踏板和制动踏板；所述驱动电机的输出通过变速齿轮箱与电动汽车的传动轴连接，驱动电机的输入与双向变流器的交流输出端连接，双向变流器的直流输入端并联动力电池的输出与斩波器的输出，斩波器的输入与燃料电池的电源输出连接，燃料电池的燃料进口通过电控阀门与高压储氢罐的输出连接，所述控制器的输出分别与电控阀门的控制端口和双向变流器的控制端口连接，控制器输入端分别连接油门踏板和制动踏板的输出信号。优选的，所述控制器为BP神经网络控制器，其中，BP神经网络的结构为2-5-2结构，即输入层神经元个数为2，中间层为神经元个数为5，输出层神经元个数为2；输入层为信号传递，输出两个控制量y1和y2。优选的，所述动力电池为锂离子电池。本专利技术还提供了一种增程式燃料电池电动汽车动力装置的控制方法，给定功率Pin为正时，电动汽车工作在行驶状态，为给定功率Pin为负时，电动汽车工作在制动状态，驱动电机的实际输出功率Pout驱动电动汽车，将驱动电机的实际输出功率Pout信号反馈到输入端，与给定功率Pin锦绣比较，构成反馈控制系统，Pout信号与Pin的信号输入到比较器中，得到功率误差信号△P，并将功率误差信号△P进行微分处理，得到功率变化率信号dP/dt，将△P与dP/dt经过控制算法得到两个控制量y1和y2，控制量y1控制电控阀门的开度，从而控制燃料电池的输出电功率；控制量y2控制双向变流器的控制端口的PWM信号，从而控制双向变流器的工作方式以及功率大小。其中，所述控制双向变流器的工作方式包括电动汽车形式状态时的逆变状态和电动汽车工作在制动时的整流状态，逆变状态时，驱动电机运行在电动状态，动力电池给通过双向变流器，将直流逆变为交流，给驱动电机提供电力，整流状态时，驱动电机运行在发电状态，驱动电机将电动汽车的制动时产生的能量转化为电能，通过双向变流器，将驱动电机发出的交流电整流为直流，给动力电池进行充电；当油门踏板有信号产生时，驱动电机运行在发电状态，当制动踏板有信号产生时，驱动电机运行在电动状态。进一步的，所述控制算法为BP神经网络控制算法，包括以下步骤：(1)建立BP神经网络结构BP神经网络的结构为2-5-2结构，即输入层神经元个数i＝1,2，xi对应两个输入变量，输入层为信号传递；输入变量一：x1：△P；输入变量一：x2：dP/dt；中间层为神经元个数j＝1,2,3,4,5；中间层神经元的输入为xj，输出为xj′；输出层为神经元个数l＝1,2，输出为yl，对应两个控制量y1和y2；(2)进行BP网络的训练优选的，所述步骤(2)包括：(21)前向传播：计算BP神经网络输出中间层神经元的输入为所有输入的加权之和，即：中间层神经的输出xj′采用S函数激发xj，得：则：输出层神经元的输出为：BP神经网络第l个输出去与相应理想输出的误差为：以第p个样本为例，第p个样本的误差性能指标函数为：(22)反向传播：采用梯度下降法，调整各层间的权值；输出层与中间层之间的连接权值ωjl学习算法为：式中η为学习速率，η∈[0,1]；△ωjl为输出层与中间层连接至权值ωjl的变化量；k+1时刻网络权值为：ωjl(k+1)＝ωjl(k)+△ωjl(8)；中间层与输入层之间的连接权值ωij的学习算法为：式中，△ωij为中间层与输入层之间的连接权ωij的变化量；t+1时刻网络权值为：ωij(k+1)＝ωij(k)+△ωij(10)。有益效果：与现有技术相比，本专利技术采用在纯电动汽车的基础上，增加一套燃料电池系统，形成轻度混合动力系统，增加电动汽车的续航能力，在现有纯电动汽车上进行改造，可实施性高，同时将小容量的燃料电池系统运用在车辆上，为将来的燃料电池电动汽车奠定技术基础；且本专利技术采用智能控制方案控制燃料电池的工作状态，进一步达到节能减排效果。附图说明图1是本专利技术结构示意图；图2是本专利技术控制原理图；图3是本专利技术增程式高温燃料电池电动汽车能量控制流程图；图4是本专利技术的BP神经网络控制结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术的技术方案，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1所示，本专利技术的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置包括：驱动电机1、双向变流器2、斩波器3、动力电池4、燃料电池5、高压储氢罐6、电控阀门7、控制器8、油门踏板9和制动踏板10。所述驱动电机的输出为机械能，通过变速齿轮箱与电动汽车的传动轴连接，驱动电机的输入与双向变流器的交流输出端连接，双向变流器的直流输入端并联动力电池的输出与斩波器的输出，斩波器的输入与燃料电池的电源输出连接，燃料电池的燃料进口与高压储氢罐的输出连接，中间串联电控阀门，电控阀门的控制端口与控制器的输出连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，其特征在于，该装置包括：驱动电机(1)、双向变流器(2)、斩波器(3)、动力电池(4)、燃料电池(5)、高压储氢罐(6)、电控阀门(7)、控制器(8)、油门踏板(9)和制动踏板(10)；所述驱动电机的输出通过变速齿轮箱与电动汽车的传动轴连接，驱动电机的输入与双向变流器的交流输出端连接，双向变流器的直流输入端并联动力电池的输出与斩波器的输出，斩波器的输入与燃料电池的电源输出连接，燃料电池的燃料进口通过电控阀门与高压储氢罐的输出连接，所述控制器的输出分别与电控阀门的控制端口和双向变流器的控制端口连接，控制器输入端分别连接油门踏板和制动踏板的输出信号。
【技术特征摘要】
1.一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，其特征在于，该装置包括：驱动电机(1)、双向变流器(2)、斩波器(3)、动力电池(4)、燃料电池(5)、高压储氢罐(6)、电控阀门(7)、控制器(8)、油门踏板(9)和制动踏板(10)；所述驱动电机的输出通过变速齿轮箱与电动汽车的传动轴连接，驱动电机的输入与双向变流器的交流输出端连接，双向变流器的直流输入端并联动力电池的输出与斩波器的输出，斩波器的输入与燃料电池的电源输出连接，燃料电池的燃料进口通过电控阀门与高压储氢罐的输出连接，所述控制器的输出分别与电控阀门的控制端口和双向变流器的控制端口连接，控制器输入端分别连接油门踏板和制动踏板的输出信号。2.根据权利要求1所述的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，其特征在于：所述控制器为BP神经网络控制器，其中，BP神经网络的结构为2-5-2结构，即输入层神经元个数为2，中间层为神经元个数为5，输出层神经元个数为2；输入层为信号传递，输出两个控制量y1和y2。3.根据权利要求1所述的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置，其特征在于：所述动力电池为锂离子电池。4.一种增程式燃料电池电动汽车动力装置的控制方法，其特征在于：给定功率Pin为正时，电动汽车工作在行驶状态，为给定功率Pin为负时，电动汽车工作在制动状态，驱动电机的实际输出功率Pout驱动电动汽车，将驱动电机的实际输出功率Pout信号反馈到输入端，与给定功率Pin进行比较，构成反馈控制系统，Pout信号与Pin的信号输入到比较器中，得到功率误差信号△P，并将功率误差信号△P进行微分处理，得到功率变化率信号dP/dt，将△P与dP/dt经过控制算法得到两个控制量y1和y2，控制量y1控制电控阀门的开度，从而控制燃料电池的输出电功率；控制量y2控制双向变流器的控制端口的PWM信号，从而控制双向变流器的工作方式以及功率大小。5.根据权利要求4所述的一种增程式燃料电池电动汽车动力装置的控制方法，其特征在于，所述控制双向变流器的工作方式包...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆玉正，颜森林，
申请(专利权)人：南京晓庄学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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