基于飞轮动力的燃料电池汽车动力总成系统技术方案

本发明专利技术涉及燃料电池汽车动力总成技术领域，尤其是一种基于飞轮动力的燃料电池汽车动力总成系统，包括燃料电池系统、燃料电池控制器、主驱动电机、主驱动电机控制器、DC/DC转换器、飞轮动力系统及辅助储能组件，其从动力总成系统输出端优化匹配车辆在各种复杂工况下的动力需求，大大简化并降低了燃料电池系统输出特性的要求，从而使动力总成系统的成本大幅度降低，飞轮动力系统和辅助储能组件的配合可适应车辆动态和负载功率的变化，做到功率输出的快速响应，不但解决了降低动力总成系统的电功率和辅助储能组件的容量，同时增加了该动力总成系统的动态响应速度和性能，让燃料电池系统动态响应速度慢、系统成本高、控制复杂的问题大大改善。题大大改善。题大大改善。

【技术实现步骤摘要】
基于飞轮动力的燃料电池汽车动力总成系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池汽车动力总成
，尤其是一种基于飞轮动力的燃料电池汽车动力总成系统。

技术介绍

[0002]能源与环境是各国政府密切关注的可持续发展战略问题。全球变暖和能源危机迫使人们重新考虑未来汽车的动力问题。燃料电池汽车以其清洁、高效的特性逐渐成为公认的未来最有前途的新能源汽车。纯燃料电池汽车存在以下弊端：燃料电池发动机存在输出特性较软，成本过高，起动困难以及瞬态响应性差等特点，并且电堆不允许电流双向流动，无法回收刹车时的能量。辅助设备可以解决上述问题，它能使燃料电池工作在较高的效率区域，在刹车制动的过程中回收部分能量，因此，在以燃料电池为主要动力源的汽车动力系统设计中，需要配置辅助储能器件。燃料电池动力系统的匹配方案的直接影响到整车动力总成的性能和效率。
[0003]目前燃料电池车主要有纯燃料电池、燃料电池加蓄电池、燃料电池加超级电容、燃料电池加蓄电池加超级电容、燃料电池加飞轮储能等多种类动力匹配方案，其中燃料电池系统为主要动力源，电池组配合燃料电池系统进行混合驱动，电能经过电机转化成机械能传给传动系统。加速时，电池组和燃料电池电堆共同输出能量，保证整车的加速性能，由于电池组提供了部分能量，减轻了电堆瞬时加速时的负担，避免阴极“氧气饥饿”现象的发生，延长电堆寿命。刹车制动时，电池回收部分能量，此过程由电池管理系统控制，其优点是：燃料电池成本降低、对电堆动态特性及功率要求降低，启动容易、可靠性高；缺点是：结构复杂，急刹车时，能量回收瞬时电流较高，动力电池组会受到一定损伤，因此，在有些场合需要结合超级电容和飞轮储能系统一起，以补充动力电池系统的不足，但无论超级电容还是飞轮储能系统，均存在成本非常昂贵、控制系统比较复杂、参数匹配困难、重量大、体积大及不易车辆搭载等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：为了解决现有技术中燃料电池汽车动力总成的系统电功率高，动态响应速度和性能不佳的问题，现提供一种基于飞轮动力的燃料电池汽车动力总成系统。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于飞轮动力的燃料电池汽车动力总成系统，包括燃料电池系统、燃料电池控制器、主驱动电机、主驱动电机控制器、DC/DC转换器、DC/DC控制器、飞轮动力系统及能够存储电能的辅助储能组件；
[0006]所述飞轮动力系统包括能够将车辆制动的动能转化为飞轮的动能并在车辆起步或加速时释放以提供动力的飞轮动力总成、飞轮电机控制器及飞轮系统控制器，所述飞轮动力总成的输出端和主驱动电机的输出轴均与车辆的车桥的输入端传动连接；
[0007]所述燃料电池控制器、辅助储能组件、DC/DC控制器及飞轮系统控制器均与整车控
制器信号连接，所述主驱动电机控制器及飞轮电机控制器均与飞轮系统控制器信号连接；
[0008]所述燃料电池控制器及DC/DC转换器均与燃料电池系统电连接，DC/DC控制器和DC/DC转换器电连接，所述主驱动电机控制器及飞轮电机控制器均与DC/DC转换器电连接，且均与辅助储能组件电连接，所述主驱动电机控制器和主驱动电机电连接，飞轮电机控制器和飞轮动力总成电连接。
[0009]本方案中结合飞轮动力系统的特性，从动力总成系统输出端优化匹配车辆在各种复杂工况下的动力需求，大大简化并降低了燃料电池系统输出特性的要求，从而使动力总成系统的成本大幅度降低，飞轮动力系统和辅助储能组件的配合可适应车辆动态和负载功率的变化，做到功率输出的快速响应，不但解决了降低动力总成系统的电功率和辅助储能组件的容量，同时增加了该动力总成系统的动态响应速度和性能，让燃料电池系统动态响应速度慢、系统成本高、控制复杂的问题大大改善。
[0010]其飞轮动力总成与主驱动电机构成车辆的驱动单元，该驱动单元可以同时实现单一驱动控制，以及共同驱动控制，飞轮系统控制器可以根据整车控制器的指令，结合燃料电池系统工作状态，以及辅助储能组件的能力，对主驱动电机和飞轮动力系统进行实时功率和扭矩分配，减少电能输出。
[0011]进一步地，所述辅助储能组件包括超级电容、辅助DC/DC转换器、动力电池系统及电池管理系统；
[0012]所述超级电容和辅助DC/DC转换器电连接，所述主驱动电机控制器及飞轮电机控制器均与辅助DC/DC转换器电连接，且均与动力电池系统电连接；
[0013]所述辅助DC/DC转换器和电池管理系统均与整车控制器信号连接，所述电池管理系统和动力电池系统信号连接。
[0014]进一步地，所述辅助储能组件包括动力电池系统及电池管理系统，所述主驱动电机控制器及飞轮电机控制器均与动力电池系统电连接，所述整车控制器和电池管理系统信号连接，电池管理系统和动力电池系统信号连接。
[0015]进一步地，所述辅助储能组件包括超级电容及辅助DC/DC转换器，所述辅助DC/DC转换器和超级电容电连接，所述主驱动电机控制器及飞轮电机控制器均与辅助DC/DC转换器电连接，所述整车控制器和辅助DC/DC转换器信号连接。
[0016]进一步地，所述辅助储能组件包括超级电容、辅助DC/DC转换器及蓄电池；
[0017]所述超级电容和辅助DC/DC转换器电连接，所述主驱动电机控制器及飞轮电机控制器均与辅助DC/DC转换器电连接，且均与蓄电池电连接；
[0018]所述辅助DC/DC转换器与整车控制器信号连接。
[0019]进一步地，所述飞轮动力总成包括：
[0020]行星齿轮机构，包括齿圈、行星齿轮、行星架和太阳轮，所述主驱动电机的输出轴和行星架输入端传动连接，所述行星架的输出端和车辆的车桥的输入端传动连接；
[0021]飞轮，与齿圈传动连接；
[0022]电动机/发电机，所述电动机/发电机的动力输出轴与太阳轮传动连接；
[0023]以及单向离合器，所述单向离合器设置在齿圈与飞轮的传动路径上。
[0024]进一步地，所述飞轮有多个，多个所述飞轮均与齿圈传动连接。
[0025]进一步地，所述行星架的输出端和变速器的输入端传动连接，变速器的输出端和
车辆的车桥的输入端传动连接。
[0026]本专利技术的有益效果是：本专利技术基于飞轮动力的燃料电池汽车动力总成系统结合飞轮动力系统的特性，从动力总成系统输出端优化匹配车辆在各种复杂工况下的动力需求，大大简化并降低了燃料电池系统输出特性的要求，从而使动力总成系统的成本大幅度降低，飞轮动力系统和辅助储能组件的配合可适应车辆动态和负载功率的变化，做到功率输出的快速响应，不但解决了降低动力总成系统的电功率和辅助储能组件的容量，同时增加了该动力总成系统的动态响应速度和性能，让燃料电池系统动态响应速度慢、系统成本高、控制复杂的问题大大改善。
附图说明
[0027]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0028]图1是本专利技术实施例1中基于飞轮动力的燃料电池汽车动力总成系统的示意图；
[0029]图2是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于飞轮动力的燃料电池汽车动力总成系统，其特征在于：包括燃料电池系统(1)、燃料电池控制器(2)、主驱动电机(3)、主驱动电机控制器(4)、DC/DC转换器(5)、DC/DC控制器(6)、飞轮动力系统及能够存储电能的辅助储能组件；所述飞轮动力系统包括能够将车辆制动的动能转化为飞轮(706)的动能并在车辆起步或加速时释放以提供动力的飞轮动力总成(7)、飞轮电机控制器(9)及飞轮系统控制器(10)，所述飞轮动力总成(7)的输出端和主驱动电机(3)的输出轴均与车辆的车桥的输入端传动连接；所述燃料电池控制器(2)、辅助储能组件、DC/DC控制器(6)及飞轮系统控制器(10)均与整车控制器(8)信号连接，所述主驱动电机控制器(4)及飞轮电机控制器(9)均与飞轮系统控制器(10)信号连接；所述燃料电池控制器(2)及DC/DC转换器(5)均与燃料电池系统(1)电连接，DC/DC控制器(6)和DC/DC转换器(5)电连接，所述主驱动电机控制器(4)及飞轮电机控制器(9)均与DC/DC转换器(5)电连接，且均与辅助储能组件电连接，所述主驱动电机控制器(4)和主驱动电机(3)电连接，飞轮电机控制器(9)和飞轮动力总成(7)电连接。2.根据权利要求1所述的基于飞轮动力的燃料电池汽车动力总成系统，其特征在于：所述辅助储能组件包括超级电容(11)、辅助DC/DC转换器(12)、动力电池系统(13)及电池管理系统(14)；所述超级电容(11)和辅助DC/DC转换器(12)电连接，所述主驱动电机控制器(4)及飞轮电机控制器(9)均与辅助DC/DC转换器(12)电连接，且均与动力电池系统(13)电连接；所述辅助DC/DC转换器(12)和电池管理系统(14)均与整车控制器(8)信号连接，所述电池管理系统(14)和动力电池系统(13)信号连接。3.根据权利要求1所述的基于飞轮动力的燃料电池汽车动力总成系统，其特征在于：所述辅助储能组件包括动力电池系统(13)及电池管理系统(14)，所述主驱动电机控制器(4)及飞轮电机控制器(9)均与动力电池系统(13)电连接，所述整车控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖越峰，杨敏，郭春吉，王涛，
申请(专利权)人：常州海科新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：