用于燃料电池车辆的车载直流快速充电器系统技术方案

提出了用于燃料电池车辆的直流快速充电器（

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池车辆的车载直流快速充电器系统、方法和装置


[0001]本公开总体上涉及用于将富氢燃料转化为电力的电化学燃料电池系统
。
更具体地，本公开的方面涉及用于为车辆的电气化动力系统供电的车载燃料电池系统
。

技术介绍

[0002]当前生产的机动车辆，例如现代汽车，最初配备有动力系统，其操作以推进车辆并为车辆的车载电子装置供电
。
例如，在汽车应用中，车辆动力系统通常以原动机为代表，该原动机通过自动或手动换档的动力传动装置将驱动扭矩传递到车辆的最终传动系统（例如差速器
、
车轴
、
角部模块
、
车轮等）
。
由于其易于获得和相对低成本
、
轻质以及整体效率，汽车历史上由往复活塞式内燃发动机（
ICE
）组件提供动力
。
作为一些非限制性示例，这种发动机包括压缩点火（
CI
）柴油发动机
、
火花点火（
SI
）汽油发动机
、
二冲程
、
四冲程和六冲程架构以及旋转发动机
。
另一方面，混合动力电动和全电动汽车（统称为“电动车辆”）利用替代功率源来推进车辆，从而最小化或消除对基于化石燃料的发动机的牵引功率的依赖
。
[0003]混合动力电动和全电动动力系统采用各种架构，其中一些利用燃料电池系统（
FCS
）来产生所需电力，用于为车辆的电牵引马达供电
。
燃料电池是电化学装置，通常由接收氢气（
H2）的阳极电极
、
接收氧气（
O2）的阴极电极以及插入在阳极和阴极电极之间的电解质屏障组成
。
引发电化学反应以氧化
FCS
阳极侧的氢分子（氢气在氧化半电池反应中被催化分解），以产生自由电子（
‑
）和自由质子（
H+
）
。
自由的氢质子通过电解质到达阴极，在阴极处，这些质子与阴极中的氧和电子发生反应，形成各种堆副产物
。
然而，来自阳极的自由电子不能通过电解质；这些电子在被发送到阴极之前被再次引导到负载，例如车辆的牵引马达和附件
。
[0004]汽车应用中通常采用的燃料电池设计利用固体聚合物电解质膜（
PEM
）（也称为“质子交换膜”）在阳极和阴极之间提供离子传输
。
质子交换膜燃料电池（
PEMFC
）通常采用固体聚合物电解质（
SPE
）质子传导膜，例如全氟磺酸膜，除了质子的传导之外，以分离产物气体并提供电极的电绝缘
。
阳极和阴极通常由支撑在碳颗粒上并与离聚物混合的精细分散的催化剂颗粒（例如铂）组成
。
这种催化剂混合物沉积在膜的侧面上以形成阳极和阴极层
。
阳极催化剂层
、
阴极催化剂层和电解质膜的组合限定膜电极组件（
MEA
），其中阳极催化剂和阴极催化剂覆盖离子传导固体聚合物膜的相对面
。
为了产生用于给汽车供电所需的电力，多个燃料电池组装成燃料电池堆，以实现更高的输出电压并允许更强的电流消耗
。
例如，典型的燃料电池堆可能具有超过两百个堆叠的燃料电池
。
[0005]随着混合动力和电动车辆变得越来越普遍，正在开发和部署基础设施，以使这种车辆的日常使用变得可行和方便
。
用于对这种电动车辆进行再充电的电动车辆供应设施（
EVSE
）以许多形式出现，包括由车主购买和操作（例如，安装在车主的车库中）的住宅电动车辆充电站（
EVCS
）
。
其它
EVSE
示例包括通过公共设施或私人零售商（例如，在市政充电设施或商业充电站处）可用的可公共访问的
EVCS
，以及由制造商
、
经销商和服务站使用的复杂高电压
、
高电流充电站
。
例如，插电式混合动力和电动车辆可以通过将
EVCS
的充电电缆物理连
接到车辆的互补充电端口来再充电
。
相比之下，无线充电系统利用电磁场（
EMF
）感应或其它无线功率传输（
WPT
）技术来提供车辆充电能力，而无需充电电缆和电缆端口
。
不言而喻，大规模车辆电气化继而需要同时构建易于访问的充电基础设施，其支持城市和农村场景两者中的日常车辆使用，包括短距离和长距离车辆里程两者
。

技术实现思路

[0006]本文提出了用于燃料电池车辆的直流快速充电器（
DCFC
）系统
、
用于制造这种系统的方法和用于操作这种系统的方法
、
以及配备有车载
DC
快速充电器的
FCS
机动车辆
。
作为示例，公开了商业级燃料电池电动车辆（
FCEV
），其携带用于存放大量氢燃料的大型氢容器，氢燃料可用于车辆推进和为其它电动车辆充电两者
。
车载
DCFC
模块永久地或可拆卸地安装在主车辆上，可操作识别受让车辆（
transferee vehicle
）的充电需求和约束，并在向该车辆传输功率期间调节充电电压
。DCFC
模块可以利用
SAE DC2
级充电电缆和
J
型插头来实现与受让车辆的连接和通信
。DCFC
模块中包含
DC
‑
DC
转换器，位于接触器模块的上游，该接触器模块插入在充电电缆和转换器之间
。DC
‑
DC
转换器调节从
FCS
接收的电压，该电压被升压或降压以匹配受让车辆的期望充电电压
。
接触器模块管理主车辆和受让车辆之间的电联接，同时监测充电电压并与受让车辆的电池充电模块（
BCM
）通信
。
高电压（
HV
）配电中心包含
HV
电路
、
总线或其它合适的连接，以将电功率从主车辆的
FCS
传输到其电气化动力系统和
DCFC
模块，以便对受让车辆充电
。
辅助功率模块（
APM
）包含降压电子装置和低电压（
LV
）电路
、
总线或其它合适的连接，以给
DCFC
模块内的各个硬件模块供电
。
[0007]所公开构思中的至少一些的附带益处包括用于
FCEV
的
DCFC
系统，其减少了对永久本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于安装到车辆的车载直流快速充电器（
DCFC
）系统，车辆包括电气化动力系统和配置成输出
FCS
电压以为电气化动力系统供电的车辆燃料电池系统（
FCS
），车载
DCFC
系统包括：电连接器，所述电连接器配置成安装到车辆且将车辆电联接到受让车辆；高电压（
HV
）配电单元，配置成安装到车辆且包括配置成电连接到车辆
FCS
和电气化动力系统的
HV
总线电路；
DC
‑
DC
转换器，所述
DC
‑
DC
转换器电连接到
HV
总线电路，且配置成从
HV
配电单元接收
FCS
电压且将
FCS
电压调整为受让车辆的再充电电压；以及接触器模块，所述接触器模块电连接到
DC
‑
DC
转换器和电连接器，并且配置成将
DC
‑
DC
转换器选择性地连接到电连接器，从而将再充电电压传输到受让车辆
。2.
根据权利要求1所述的车载
DCFC
系统，其中，
DC
‑
DC
转换器包括电连接到
HV
总线电路的升压电感器，以及电连接到接触器模块的高电压直流（
HVDC
）大容量电容器
。3.
根据权利要求2所述的车载
DCFC
系统，其中，升压电感器包括多个电感器电阻器，所述电感器电阻器彼此并联电连接并且电连接到
HVDC
大容量电容器
。4.
根据权利要求3所述的车载
DCFC
系统，其中，
DC
‑
DC
转换器还包括升压功率模块，所述升压功率模块电连接到升压电感器和
HVDC
电容器并且插入在升压电感器和
HVDC
电容器之间，该升压功率模块包括多个栅极端子开关和多个二极管，每个二极管串联电...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：