一种燃料电池汽车功率系统模拟平台及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池汽车功率系统模拟平台及方法，包括储能单元，提供输出电压；第二组DC‑DC转换电路，为降压型双向三相直流转换电路，对由储能单元施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压；被测DC‑DC转换电路，为单向直流转换电路，对第一组DC‑DC转换电路施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压；第一组DC‑DC转换电路，为降压型双向三相直流转换电路，对由被测DC‑DC转换电路施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压至储能单元、第二组DC‑DC转换电路。该一种燃料电池汽车功率系统模拟平台及方法与现有技术相比，可将测试消耗能量在系统中进行循环，无须大功率并网回馈，减小研发办公地点对大功率电源测试的限制。

A fuel cell vehicle power system simulation platform and method

The invention discloses a fuel cell vehicle power system simulation platform and method, including an energy storage unit, which provides an output voltage; a second group of DC \u2011 DC conversion circuits, which is a step-down bidirectional three-phase DC conversion circuit, converts the DC voltage applied to the circuit by the energy storage unit, and outputs the converted DC voltage; the tested DC \u2011 DC conversion circuit, which is a one-way DC conversion circuit, The first group of DC \u2011 DC conversion circuit is used to convert the DC voltage applied to the circuit and output the converted DC voltage; the first group of DC \u2011 DC conversion circuit is a step-down bidirectional three-phase DC conversion circuit, which converts the DC voltage applied to the circuit by the tested DC \u2011 DC conversion circuit and outputs the converted DC voltage to the energy storage unit and the second group of DC \u2011 DC conversion circuit. Compared with the existing technology, the fuel cell vehicle power system simulation platform and method can cycle the test energy consumption in the system, without high-power grid connection feedback, and reduce the restrictions on high-power power power test in the research and development office.

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池汽车功率系统模拟平台及方法
本专利技术涉及可再生能源氢燃料应用领域，具体地说是一种实用性强、燃料电池汽车功率系统模拟平台及方法。
技术介绍
氢燃料电池是绝对清洁和零污染排放的且车辆添加氢燃料简单快速。氢燃料电池系统质量轻，结构简单，化学反应效率高，其动力强劲，续航里程远，是未来公交运输，重载物流运输的理想动力形式。氢燃料电池汽车动力系统由氢燃料电池、直流功率变换器、车载动力电池组、电驱逆变器、电机五大部分组成，后三者为传统纯电动汽车主要动力组成部分，简称“三电系统”。其中直流功率变换器（简称DC-DC）是连接氢燃料电池与车载动力电池的必不可少的重要组成部分。DC-DC将燃料电池输出电压与车载动力电池电压合理进行匹配，并为“三电”系统持续提供汽车续航所需能量。现有DC-DC测试解决方案大多通过大功率电源来提供DC-DC的输入，DC-DC输出直接消耗在负载电阻上。由于DC-DC功率较大（30kW-120kW）通过此方案测试会消耗大量的能量，并在测试空间内产生大量的热。而且大功率电阻负载的体积庞大，更占据了很多研发办公空间。为减少测试过程中不必要的能量消耗，以电力电子变换器并网为基础的测试平台成为了DC-DC常用的解决方案。但是，大功率的并网对办公研发生产场地电力系统要求较高，往往需要铺设大功率三相电缆及配电柜等设施。所以此并网方案并不适用所有办公研发场地。进一步的，针对上述不足可参照附图1、图2、图3、图4，其中：图1为现有氢燃料电池汽车动力系统的系统框图，其结构由氢燃料电池、直流功率变换器、车载动力电池组、电驱逆变器、电机五大部分组成，其中DC-DC是连接氢燃料电池与车载动力电池的必不可少的重要组成部分。其电力电子拓扑原理图如图2所示。DC-DC的输入为燃料电池输出电压，燃料电池为高阻抗特性，即燃料电池输出电压随输出功率增大而降低，所以DC-DC需具有宽幅输入特性。DC-DC输出端对接车载动力电池组（600V）。车载动力电池组电压随电芯电量变化而变化。例如车辆加速，车载电池组为电机驱动提供较大瞬时功率，车载电池电压降低。当车辆刹车时，电机能量会回传给车载电池，使其电压升高，DC-DC输出测需迎合车辆运行时的暂态特性。在氢燃料电池汽车动力系统中，对DC-DC的性能要求极为挑战。所以一种高效节能并能模拟氢燃料电池车功率系统特性的DC-DC测试平台至关重要。传统测试大功率DC-DC的方案如图3所示。此方法将从电网抽出的全部功率都消耗在了电阻负载上，产生大量热。显然不是一种有效节能的测试方法。功率为30kW测试10小时所消耗的电量为300度。为减少测试过程中不必要的能量消耗，如图4所示的以电力电子变换器并网为基础的测试平台成为了测试DC-DC常用的解决方案：此方案用双向AC-DC变换器以整流的方式将三相交流电变为高压直流电（750V），再通过DC-DC降压变换器将整流后电压降至60V-120V被测DC-DC转换电路输入电压。另一个通道，整流后电压750V通过另一个降压DC-DC变换器将被测DC-DC转换电路输出端电压稳定控制在600V，模拟车载动力电池组电压源。被测DC-DC转换电路开启后，被测DC-DC转换电路功率流向决定系统功率流向，能量最终通过系统1.双向DC-AC变换器以逆变的形式送回电网。此方案将测试消耗功率回馈给电网，整个系统所消耗的功率为子系统1、2、3电力电子变换器自身开关器件及磁性元件损耗。但是，大功率的并网对办公研发生产场地电力系统要求较高，往往需要铺设大功率三相电缆及配电柜等设施。所以此并网方案并不适用所有办公研发场地。基于这种情况，如何设计一种既能使测试功率在系统中进行循环，又对研发办公场地无限制（无需大功率并网回馈）的测试平台，极为重要。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是针对以上不足之处，提供一种实用性强、燃料电池汽车功率系统模拟平台及方法。一种燃料电池汽车功率系统模拟平台，包括：储能单元，提供输出电压；第二组DC-DC转换电路，为降压型双向三相直流转换电路，对由储能单元施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压；被测DC-DC转换电路，为单向直流转换电路，对第一组DC-DC转换电路施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压；第一组DC-DC转换电路，为降压型双向三相直流转换电路，对由被测DC-DC转换电路施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压至储能单元、第二组DC-DC转换电路。进一步的，所述储能单元由充电机、电池包组成，充电机接入包括市电在内的交流电源并完成交流到直流的转换，充电机的直流端接入电池包，充电机的交流端接入电网。进一步的，所述电池包为蓄电池包，该电池包的电压等级为200V。进一步的，所述第二组DC-DC转换电路用于将200V直流电压降为60～120V燃料电池电压，输出至被测DC-DC转换电路，被测DC-DC转换电路为升压型单向直流转换电路，将60～120V燃料电池电压升压为600V固定电压并输出至第一组DC-DC转换电路中，第一组DC-DC转换电路将600V直流电压降为200V直流电压。作为优选，所述第二组DC-DC转换电路包括绝缘栅双极型晶体管21、22、23、24、25、26，电感L1、L2、L3，其具体结构为：绝缘栅双极型晶体管21、22、23的集电极均接入储能单元的输出端；绝缘栅双极型晶体管21、22、23的发射极则分别接入电感L1、L2、L3的一端、晶体管24、25、26的集电极；绝缘栅双极型晶体管24、25、26的发射极均接入储能单元的输出端、被测DC-DC转换电路的输入侧；电感L1、L2、L3的另一端接入被测DC-DC转换电路的输入侧。作为优选，所述第一组DC-DC转换电路包括绝缘栅双极型晶体管11、12、13、14、15、16，电感L4、L5、L6，其具体结构为：绝缘栅双极型晶体管11、12、13的集电极均接入被测DC-DC转换电路的输出侧；绝缘栅双极型晶体管11、12、13的发射极分别接入电感L4、L5、L6的一端、绝缘栅双极型晶体管14、15、16的集电极；绝缘栅双极型晶体管14、15、16的发射极接入储能单元的输出端、第二组DC-DC转换电路的输出端、被测DC-DC转换电路的输出侧。在电感L1、L2、L3的输出端、被测DC-DC转换电路的输入侧与绝缘栅双极型晶体管24、25、26的发射极之间设置有电压源Vdc1，在被测DC-DC转换电路的输出侧与绝缘栅双极型晶体管11、12、13的集电极、绝缘栅双极型晶体管14、15、16的发射极之间设置有电压源Vdc2，该电压源Vdc1、Vdc2均为电容。所述燃料电池汽车功率系统模拟平台中第一组DC-DC转换电路还可通过PI控制器来对600V电压动态响应速度进行调节。一种燃料电池汽车功率系统模拟方法，具体模拟过程为：步骤一、首先启动第一组DC-DC转换电路将储能单元提供的电压提升，使被测DC-DC转换电路的输出侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池汽车功率系统模拟平台，其特征在于，包括：/n储能单元，提供输出电压；/n第二组DC-DC转换电路，为降压型双向三相直流转换电路，对由储能单元施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压；/n被测DC-DC转换电路，为单向直流转换电路，对第一组DC-DC转换电路施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压；/n第一组DC-DC转换电路，为降压型双向三相直流转换电路，对由被测DC-DC转换电路施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压至储能单元、第二组DC-DC转换电路。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池汽车功率系统模拟平台，其特征在于，包括：
储能单元，提供输出电压；
第二组DC-DC转换电路，为降压型双向三相直流转换电路，对由储能单元施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压；
被测DC-DC转换电路，为单向直流转换电路，对第一组DC-DC转换电路施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压；
第一组DC-DC转换电路，为降压型双向三相直流转换电路，对由被测DC-DC转换电路施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压至储能单元、第二组DC-DC转换电路。


2.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车功率系统模拟平台，其特征在于，所述储能单元由充电机、电池包组成，充电机接入包括市电在内的交流电源并完成交流到直流的转换，充电机的直流端接入电池包，充电机的交流端接入电网。


3.根据权利要求2所述的一种燃料电池汽车功率系统模拟平台，其特征在于，所述电池包为蓄电池包，该电池包的电压等级为200V。


4.根据权利要求3所述的一种燃料电池汽车功率系统模拟平台，其特征在于，所述第二组DC-DC转换电路用于将200V直流电压降为60～120V燃料电池电压，输出至被测DC-DC转换电路，被测DC-DC转换电路为升压型单向直流转换电路，将60～120V燃料电池电压升压为600V固定电压并输出至第一组DC-DC转换电路中，第一组DC-DC转换电路将600V直流电压降为200V直流电压。


5.根据权利要求4所述的一种燃料电池汽车功率系统模拟平台，其特征在于，所述第二组DC-DC转换电路包括绝缘栅双极型晶体管21、22、23、24、25、26，电感L1、L2、L3，其具体结构为：
绝缘栅双极型晶体管21、22、23的集电极均接入储能单元的输出端；绝缘栅双极型晶体管21、22、23的发射极则分别接入电感L1、L2、L3的一端、晶体管24、25、26的集电极；绝缘栅双极型晶体管24、25、26的发射极均接入储能单元的输出端、被测DC-DC转换电路的输入侧；电感L1、L2、L3的另一端接入被测DC-DC转换电路的输入侧。


6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿直，顾大重，赵晓楠，
申请(专利权)人：山东省纽特动力科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东;37