一种基于燃料电池的电动汽车动力系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于燃料电池的电动汽车动力系统，其包括整车控制器VCU、燃料电池系统、单向DC/DC变换器、充电控制器、钛酸锂动力电池系统、高压配电器、电机控制器。本实用新型专利技术以高功率密度的钛酸锂动力电池系统为车载动力输出源，以高能量密度的质子交换膜燃料电池系统作为“移动充电桩”通过控制系统经由单向DC/DC变换器为钛酸锂动力电池充电，从而大幅提升电动汽车的续驶里程并从根本上规避燃料电池作为动力输出源所面临的车载动工况下频繁变载对燃料电池系统的冲击，进而有效保障燃料电池的可靠性、耐久性及长寿命，此外还可有效降低整个动力系统的成本。

A power system of electric vehicle based on fuel cell

The utility model discloses a fuel cell-based electric vehicle power system, which comprises a vehicle controller VCU, a fuel cell system, a unidirectional DC/DC converter, a charging controller, a lithium titanate power battery system, a high voltage distributor and a motor controller. The utility model takes the lithium titanate power battery system with high power density as the vehicle power output source, and the proton exchange membrane fuel cell system with high energy density as the \mobile charging pile\ to charge the lithium titanate power battery through the control system via a unidirectional DC/DC converter, thereby greatly improving the driving range of the electric vehicle and from Essentially, it avoids the impact of frequent load change on fuel cell system when fuel cell is used as power source in vehicle dynamic condition, thus effectively guaranteeing the reliability, durability and long life of fuel cell, in addition, it can effectively reduce the cost of the whole power system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于燃料电池的电动汽车动力系统
本技术属于新能源汽车
，具体涉及一种基于燃料电池的电动汽车动力系统。
技术介绍
当前汽车工业可持续发展正面临着严峻的能源和环境挑战，而我国石油对外依存度逐年攀升，今年一季度依存度已升至69％，原油日均进口量303万桶，预计原油进口将在2020年翻倍，严重威胁着国家的能源安全。另一方面，我国已成为全球最大的二氧化碳排放国，交通耗能约占能源消耗总量的30％，汽车尾气已成为大中城市温室气体的首要来源，交通领域的PM2.5贡献率超过25％，雾霾天气频发，汽车节能减排任务艰巨。因而，发展新能源汽车已是全球的共识，同时也是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，已成为我国的基本国策之一。新能源汽车主流路线包括纯电动汽车和燃料电池汽车；纯电动汽车主要以锂离子电池提供动力，存在着充电时间长(＞60分钟)、能量密度低(电池系统＜150Wh/kg)、续航里程短(＜300公里)以及安全性差等瓶颈问题。燃料电池汽车则以燃料电池提供动力，将氢气和氧气通入电池内二者即发生电催化反应产生纯水并释放出电能，具有零排放无污染、能量密度高(电池系统＞350Wh/kg)、续航里程与传统汽车相当、加注燃料(压缩氢气)时间短(5-10分钟)等优点，因而业内一致认为燃料电池汽车将是汽车工业的终极目标。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的主要目的在于提供一种基于燃料电池的电动汽车动力系统。为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：本技术实施例提供一种基于燃料电池的电动汽车动力系统，其包括：整车控制器VCU、燃料电池系统、单向DC/DC变换器、充电控制器、钛酸锂动力电池系统、高压配电器、电机控制器，所述燃料电池系统经第一继电器与单向DC/DC变换器连接，所述单向DC/DC变换器与充电控制器连接，所述充电控制器经第二继电器与高压配电器连接，所述高压配电器与电机控制器连接，所述钛酸锂动力电池系统分别与充电控制器、高压配电器、燃料电池系统、整车控制器VCU连接，并且，所述钛酸锂动力电池系统与燃料电池系统之间连接有第三继电器，所述整车控制器VCU分别与第一继电器、第二继电器、第三继电器连接用于控制断开和闭合上述方案中，其进一步还包括充电接口，所述充电接口与高压配电器连接，用于接收外部充电设备输出的电能；所述高压配电器，还用于将通过充电接口接收的电能输出到充电控制器。上述方案中，所述整车控制器VCU，还用于采集燃料电池系统、钛酸锂动力电池系统、单向DC/DC变换器、充电控制器、高压配电器、电机控制器的信号并且采集电动汽车的状态信号。上述方案中，所述燃料电池系统为质子交换膜燃料电池系统，包括质子交换膜燃料电池电堆、质子交换膜燃料电池辅助系统和质子交换膜燃料电池控制器；所述质子交换膜燃料电池电堆为由若干个质子交换膜燃料电池单体串联而成的堆栈；所述质子交换膜燃料电池辅助系统包括氢气子系统、空气子系统和温控子系统，并与质子交换膜燃料电池电堆进行气液双向流的交互；所述温控子系统至少包括冷却水加热器；所述质子交换膜燃料电池控制器，用于获得质子交换膜燃料电池电堆的电压、电流、压力、温度，接收整车控制器VCU的控制信号经由质子交换膜燃料电池辅助系统控制进入质子交换膜燃料电池电堆的氢气和空气的量从而产生电能，并通过控制温控子系统对质子交换膜燃料电池电堆进行热管理。上述方案中，所述单向DC/DC变换器包括单向DC/DC拓扑变换器和单向DC/DC控制器，所述单向DC/DC拓扑变换器，用于将所述质子交换膜燃料电池系统输出的电能变换并通过充电控制器为钛酸锂动力电池组进行可控充电；所述单向DC/DC控制器，用于接收整车控制器VCU给定的数值进行充电功率的控制。与现有技术相比，本技术以高功率密度的钛酸锂动力电池系统为车载动力输出源，以高能量密度的质子交换膜燃料电池系统作为“移动充电桩”通过控制系统经由单向DC/DC变换器为钛酸锂动力电池充电，从而大幅提升电动汽车的续驶里程并从根本上规避燃料电池作为动力输出源所面临的车载动工况下频繁变载对燃料电池系统的冲击，进而有效保障燃料电池的可靠性、耐久性及长寿命，此外还可有效降低整个动力系统的成本。附图说明图1为本技术实施例提供一种基于燃料电池的电动汽车动力系统的结构示意图。图2为本技术实施例提供一种基于燃料电池的电动汽车动力系统中高压配电器的分配供电示意图。图3为本技术实施例提供一种基于燃料电池的电动汽车动力系统的控制流程示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本技术实施例提供一种基于燃料电池的电动汽车动力系统，如图1所示，其包括：整车控制器VCU用于根据钛酸锂动力电池系统的荷电状态SOC值控制位于燃料电池系统和充电控制器之间的第一继电器的断开和闭合、根据电动汽车的运行状态信号控制位于充电控制器和高压配电器之间的第二继电器的断开和闭合、以及根据燃料电池系统的温度情况控制燃料电池系统、钛酸锂动力电池系统之间的第三继电器的断开和闭合；具体地，所述整车控制器VCU为整个动力系统的核心执行部件，一方面它根据钛酸锂电池组的荷电状态SOC值直接通过I/O口控制燃料电池系统输出直流高压线上的第一继电器K1的闭合和断开，根据平稳运行、下坡、减速、停车等实际车况或停车充电等情况控制充电控制器与高压配电器之间的第二继电器K2的闭合和断开，在燃料电池系统启动时根据燃料电池电堆是否处于低温状态控制钛酸锂电池组与燃料电池辅助系统温控子系统之间的第三继电器K3的闭合和断开；另一方面通过CAN网络通讯线与燃料电池系统中的燃料电池控制器、单向DC/DC控制器、充电控制器、钛酸锂动力电池系统中的电池管理系统、高压配电器以及电机控制器进行通讯，以协调和控制动力系统中每个关键部件的运行和工作，实现对整个动力系统的控制和管理。所述电动汽车的运行状态包括钥匙启动信号、加速踏板信号、制动踏板信号。所述整车控制器VCU还用于采集燃料电池系统、钛酸锂动力电池系统、单向DC/DC变换器、充电控制器、高压配电器、电机控制器的信号并且采集电动汽车的运行状态信号。燃料电池系统用于当所述第一继电器闭合、第二继电器和第三继电器断开时向单向DC/DC变换器输出电能、以及当所述第三级电器闭合、第一继电器和第二继电器断开时接收钛酸锂动力电池系统输出的电能进行系统预热；具体地，所述燃料电池系统为质子交换膜燃料电池系统，包括质子交换膜燃料电池电堆、质子交换膜燃料电池辅助系统和质子交换膜燃料电池控制器；所述质子交换膜燃料电池电堆为由若干个质子交换膜燃料电池单体串联而成的堆栈；所述质子交换膜燃料电池单体包括膜电极组件(MEA)、石墨或超薄金属双极板，两端的质子交换膜燃料电池单体外侧紧贴气体分配集流板刻有流道的一侧，气体分配集流板的另一侧(未刻流道)贴合导电集流板，导电集流板外侧贴合电堆紧固端板，并由紧固螺栓将依次叠放的若干个质子交换膜燃料电池单体和气体分配集流板、导电集流板和电堆紧固端板紧固从而形成质子交换膜燃料电池电堆。所述质子交换膜燃料电池辅助系统包括氢气子系统、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于燃料电池的电动汽车动力系统，其特征在于，其包括：整车控制器VCU、燃料电池系统、单向DC/DC变换器、充电控制器、钛酸锂动力电池系统、高压配电器、电机控制器，所述燃料电池系统经第一继电器与单向DC/DC变换器连接，所述单向DC/DC变换器与充电控制器连接，所述充电控制器经第二继电器与高压配电器连接，所述高压配电器与电机控制器连接，所述钛酸锂动力电池系统分别与充电控制器、高压配电器、燃料电池系统、整车控制器VCU连接，并且，所述钛酸锂动力电池系统与燃料电池系统之间连接有第三继电器，所述整车控制器VCU分别与第一继电器、第二继电器、第三继电器连接用于控制断开和闭合。

【技术特征摘要】
1.一种基于燃料电池的电动汽车动力系统，其特征在于，其包括：整车控制器VCU、燃料电池系统、单向DC/DC变换器、充电控制器、钛酸锂动力电池系统、高压配电器、电机控制器，所述燃料电池系统经第一继电器与单向DC/DC变换器连接，所述单向DC/DC变换器与充电控制器连接，所述充电控制器经第二继电器与高压配电器连接，所述高压配电器与电机控制器连接，所述钛酸锂动力电池系统分别与充电控制器、高压配电器、燃料电池系统、整车控制器VCU连接，并且，所述钛酸锂动力电池系统与燃料电池系统之间连接有第三继电器，所述整车控制器VCU分别与第一继电器、第二继电器、第三继电器连接用于控制断开和闭合。2.根据权利要求1所述的基于燃料电池的电动汽车动力系统，其特征在于，其进一步还包括充电接口，所述充电接口与高压配电器连接，用于接收外部充电设备输出的电能；所述高压配电器，还用于将通过充电接口接收的电能输出到充电控制器。3.根据权利要求1或2所述的基于燃料电池的电动汽车动力系统，其特征在于，所述整车控制器VCU，还用于采集燃料电池系统、钛酸锂动力电池系统、单向DC/DC变换器、充电控制器、高压配电器、电机控制器的信号并且采集电动汽车的状态信号。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：季孟波，马学明，魏银仓，
申请(专利权)人：银隆新能源股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44