一种基于多堆燃料电池的电动汽车动力系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多堆燃料电池的电动汽车动力系统，包括多个燃料电池堆，各燃料电池堆分别通过一个单向DC/DC变换器依次串联连接形成多堆燃料电池系统，所述多堆燃料电池系统与动力电池组并联后通过DC/AC变换器与电机串联；还包括控制模块，其通过控制导线分别与多堆燃料电池系统和动力电池组相连，所述控制模块用于通过所述单向DC/DC变换器控制对应的燃料电池堆的输出功率。本发明专利技术的多堆燃料电池系统相比于现有的并联结构，母线电压可在不同的燃料电池堆之间分配，对单向DC/DC变换器要求低，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多堆燃料电池的电动汽车动力系统


[0001]本专利技术涉及电动汽车动力系统领域，尤其是一种基于多堆燃料电池的电动汽车动力系统。

技术介绍

[0002]现有燃料电池电动汽车广泛存在的“电池成本高”、“氢利用率低”和“电池耐用性差”的问题，严重制约了当前燃料电池电动车辆的普及使用。究其根本原因，传统的单堆燃料电池动力系统存在过度设计，其输出功率经常低于其额定功率，多数工作点远离氢利用率峰值点，且工作时需一直运行。此外，单堆燃料电池动力系统仅有一个体积很大的燃料电池，在有限的车辆底盘上布置困难，而且一旦该燃料电池发生故障，仅靠动力电池组难以维持整个动力系统正常工作。针对此，国内外研究者开展了大量理论和实验探讨，如何在满足应用场景功率需求的条件下降低燃料电池动力系统的成本，提高燃料电池的氢利用率低、耐用性、布置灵活性和动力系统的可靠性已经成为了研究重点之一。目前，多堆燃料电池系统成为解决这一问题的首选。
[0003]现有实践和研究证明了应用多堆燃料电池系统能够有效提高燃料电池的氢利用率低、耐用性、布置灵活性和动力系统的可靠性，并具有长期广阔的应用前景。但是现有技术中基于多堆燃料电池的电动汽车动力系统多采用并联设计，对DCDC的要求高，成本高。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于多堆燃料电池的电动汽车动力系统，提高燃料电池系统的氢利用率、耐用性、布置灵活性、可靠性和经济性。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种基于多堆燃料电池的电动汽车动力系统，包括多个燃料电池堆，各燃料电池堆通过一个单向DC/DC变换器依次串联连接形成多堆燃料电池系统，所述多堆燃料电池系统与动力电池组并联后通过DC/AC变换器与电机串联；还包括控制模块，其通过控制导线分别与多堆燃料电池系统和动力电池组相连，所述控制模块用于通过所述单向DC/DC变换器控制对应的燃料电池堆的输出功率。
[0007]其进一步技术方案为：
[0008]所述燃料电池堆可自动执行故障检测和开关机操作，自动开关机的控制指令由所述控制模块根据相应功率管理策略结合动态工况决策后发送给与燃料电池堆相应的电控系统执行。
[0009]所述控制模块根据实时工况功率需求和动力电池组的荷电状态，结合相应的功率管理策略，确定燃料电池堆的开机个数。
[0010]所述控制模块根据动力电池组的荷电状态、多堆燃料电池系统状态和实时工况功率需求控制所述动力电池组的工作状态。
[0011]所述多堆燃料电池系统还与冷却系统连接，所述控制模块用于控制冷却系统中冷
却介质的流量，从而控制燃料电池堆的温度。
[0012]所述燃料电池堆通过管道与氢气供应模块和空气供应模块连接。
[0013]本专利技术的有益效果如下：
[0014]本专利技术的多堆燃料电池系统相比于现有的并联结构，母线电压可在不同的燃料电池堆之间分配，对单向DC/DC变换器要求低，成本低。
[0015]本专利技术的系统可依据动态负载调节燃料电池堆的开机数目和输出功率，提高了燃料电池使用寿命和氢气利用率。
[0016]本专利技术系统可隔离故障燃料电池堆，提高了动力系统可靠性。
[0017]本专利技术系统提高了多堆燃料电池系统在空间有限的车辆底盘上的布置灵活性。
[0018]本专利技术系统的动力电池组解决了纯燃料电池电动汽车无法回收制动能量的问题，同时降低了动态负载对燃料电池系统的冲击。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例的系统结构示意图。
[0020]图2是本专利技术实施例的多堆燃料电池系统与单燃料电池的氢利用率对比曲线图。
[0021]图3是本专利技术实施例的应用在燃料电池堆n被故障隔离时的电流流向示意图。
[0022]图4是本专利技术实施例的系统与传统单堆燃料电池在车辆中的布置结构示意图。
[0023]图5是本专利技术实施例的动力电池组回收制动能量工况时的电流流向示意图。
[0024]图6是本专利技术实施例的动力电池组、多堆燃料电池系统联合驱动工况的示意图。
[0025]图7是本专利技术实施例的动力电池组被多堆燃料电池充电工况的示意图。
[0026]图中：1、燃料电池堆；2、单向DC/DC变换器；3、氢气供应模块；4、空气供应模块；5、多堆燃料电池系统；6、控制模块；7、动力电池组；8、DC/AC变换器；9、电机。
具体实施方式
[0027]以下结合附图说明本专利技术的具体实施方式。
[0028]本实施例的一种基于多堆燃料电池的电动汽车动力系统，如图1所示，包括多个燃料电池堆1，各燃料电池堆1通过一个单向DC/DC变换器2依次串联连接形成多堆燃料电池系统5，多堆燃料电池系统5与动力电池组7并联后通过DC/AC变换器8与电机9串联；还包括控制模块6，其通过控制导线分别与多堆燃料电池子系统5和动力电池组7相连，控制模块6用于通过单向DC/DC变换器2控制对应的燃料电池堆1的输出功率。
[0029]上述实施例中，多个燃料电池堆1通过与之对应连接的单向DC/DC变换器2串联连接，单向DC/DC变换器2可确保燃料电池堆1工作在氢利用率峰值附近：额定功率为P
e
的传统单堆燃料电池被分为n个额定功率为P
e
/n的燃料电池堆，见图2所示，此时多堆燃料电池子系统有n个氢利用率峰值点η
max
，动力系统工作在氢利用率峰值点附近的概率变大，发电效率得到提高。而传统的单堆燃料电池动力系统只有1个氢利用率峰值点η
max
，且其多数工作点远离氢利用率峰值点，氢能浪费严重。
[0030]燃料电池堆1可自动执行故障检测和开关机操作，自动开关机的控制指令由控制模块6根据相应功率管理策略结合动态工况决策后发送给与燃料电池堆1相应的电控系统(图中未示出)执行。
[0031]上述实施例中，控制模块6根据实时工况功率需求和动力电池组7的荷电状态，结合相应的功率管理策略，确定燃料电池堆1的开机个数。
[0032]具体地，燃料电池堆1具有开机状态和隔离状态(关机隔离、故障隔离)。每个燃料电池堆1通过相应的单向DC/DC变换器2实现独立控制，提高了整个动力系统的可靠性。见图3所示，如果燃料电池堆n故障，只需将其进行故障隔离即可，整个动力系统仍能工作。
[0033]上述实施例中，控制模块6根据动力电池组7的荷电状态、多堆燃料电池系统5状态和实时工况功率需求控制动力电池7的工作状态。
[0034]具体地，动力电池组7的工作状态有：放电、充电(电能来自多堆燃料电池系统5)、制动能量回收和保持四种，制动能量回收见图5所示，联合驱动放电见图6所示，充电(电能来自多堆燃料电池系统5)见图7所示。图6和图7均为降低动态负载对燃料电池系统冲击的工况。
[0035]控制模块6可通过与动力电池组7相连的DC/DC模块(图中未示出)或其他有相应功能的结构控制其工作状态，达到“削峰填谷”、制动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多堆燃料电池的电动汽车动力系统，其特征在于，包括多个燃料电池堆(1)，各燃料电池堆(1)分别通过一个单向DC/DC变换器(2)依次串联连接形成多堆燃料电池系统(5)，所述多堆燃料电池系统(5)与动力电池组(7)并联后通过DC/AC变换器(8)与电机(9)串联；还包括控制模块(6)，其通过控制导线分别与多堆燃料电池系统(5)和动力电池组(7)相连，所述控制模块(6)用于通过所述单向DC/DC变换器(2)控制对应的燃料电池堆(1)的输出功率。2.根据权利要求1所述的基于多堆燃料电池的电动汽车动力系统，其特征在于，所述燃料电池堆(1)可自动执行故障检测和开关机操作，自动开关机的控制指令由所述控制模块(6)根据相应功率管理策略结合动态工况决策后发送给与燃料电池堆(1)相应的电控系统执行。3.根据权利要求2所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷国栋，牛俊严，庄伟超，徐利伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：