CN103010044B - 一种混合动力汽车的供电*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种混合动力汽车的供电***，与驱动汽车运行的电机驱动***相连，所述供电***包括：燃料电池、供氢***、燃料电池附件、辅助动力源、电源变换器；所述供电***还包括：与电源变换器相连、在电源变换器未工作时连接燃料电池和电机驱动***的控制元件；具有第一连接端和第二连接端、连接在燃料电池和电源变换器之间的接触器，所述第一连接端与所述燃料电池相连、所述第二连接端与所述电源变换器相连；用于控制燃料电池为燃料电池附件供电的二极管，所述二极管的阳极与所述燃料电池相连，所述二极管的阴极与所述燃料电池附件相连。本发明可以解决现有供电***的电源变换器成本高、体积大以及燃料电池***运行效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池汽车技术领域，特别是涉及一种混合动力汽车的供电***。
背景技术
混和动力汽车是指拥有至少两种动力源，使用其中一种或多种动力源提供部分或者全部动力的车辆。但是，在目前实际生活中，混合动力汽车多半采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热能和电力两套***开动汽车。使用的内燃机既有柴油机又有汽油机，因此可以使用传统汽油或者柴油，也有的发动机经过改造使用其他替代燃料，例如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等。
车载动力源有多种：蓄电池、超级电容、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。燃料电池汽车采用氢气作为能源，燃料电池***将氢能转化为电能，进而通过电机驱动***驱动车辆运行。由于燃料电池在电压特性以及功率输出的动态响应等方面存在问题，因此通常需要辅助动力源在功率输出能力等方面对它加以补充和改善，从而构成燃料电池混合动力***。由于燃料电池输出特性较软，目前一般采用间接燃料电池混合动力***结构，即通过电源变换器来耦合燃料电池和辅助动力源，从而控制从燃料电池到电机驱动***和辅助动力源的功率流。
与传统汽车发动机通过12V蓄电池启动不同，燃料电池附件***一般采用高压供电，因此在启动成功前一般由辅助动力源供电，这样必然带来以下问题：
1．电源变换器需求功率相对大（涵盖燃料电池附件***功率），取决于燃料电池的功率输出，因此必然带来***成本的增加以及电源变换器的体积增加。
2．由于燃料电池附件***的供电经过电源变换器，导致燃料电池***效率相对低。
因此，目前需要对现有技术中的供电***进行改造，来解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种混合动力汽车的供电***，用于解决现有供电***的电源变换器成本高、体积大以及燃料电池***运行效率低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种混合动力汽车的供电***，与驱动汽车运行的电机驱动***相连，所述供电***包括：燃料电池，与所述电机驱动***相连、为所述电机驱动***供电；供氢***，与所述燃料电池相连、为所述燃料电池提供产生电能所需的氢能；燃料电池附件，与所述燃料电池相连、为所述燃料电池的启动和停止提供支持；辅助动力源，分别与电机驱动***和所述燃料电池附件相连、为所述电机驱动***和所述燃料电池附件供电；电源变换器，连接在燃料电池和电机驱动***之间、同时还与辅助动力源相连，用于耦合所述燃料电池和所述辅助动力源，控制所述燃料电池和所述辅助动力源为所述电机驱动***供电；控制元件，与所述电源变换器相连，在所述电源变换器未工作时，连接所述燃料电池和所述电机驱动***；接触器，连接在所述燃料电池和所述电源变换器之间，具有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述燃料电池相连，所述第二连接端与所述电源变换器相连；二极管，用于控制所述燃料电池为所述燃料电池附件供电，所述二极管的阳极与所述燃料电池相连，所述二极管的阴极与所述燃料电池附件相连。
可选地，所述控制元件为功率管。
可选地，所述控制元件为继电器。
可选地，所述电源变换器为DC-DC变换器。
可选地，所述电源变换器中包含控制所述燃料电池为所述电机驱动***供电的二极管，所述控制元件的两端与该二极管的两端相连。
可选地，所述燃料电池附件包括：空压机***、水泵。
可选地，所述辅助动力源为动力蓄电池、超级电容、太阳能电池。
如上所述，本发明的一种混合动力汽车的供电***，具有以下有益效果：
1、本发明通过在所述燃料电池和辅助动力源之间的电源变换器上设置一个控制元件、在电源变换器和燃料电池之间的线路上设置一个继电器和一个二极管，可以在燃料电池未启动的情况下，由辅助动力源为燃料电池附件供电，从而解决了现有供电***的电源变换器成本高、体积大以及燃料电池***运行效率低的问题。
2、本发明的供电***在保证燃料电池顺利启动的情况下，可以通过电源变换器控制平滑切换向电机驱动***的供电电压，同时不影响原电源变换器的功能和性能。
3、本发明的供电***结构简单，成本小，控制方便。
附图说明
图1显示为本发明一种混合动力汽车的供电***的结构示意图。
图2显示为本发明一种混合动力汽车的供电***的一种优选的结构示意图。
元件标号说明
1 供电***
11 燃料电池
12 供氢***
13 燃料电池附件
131 空压机***
132 水泵
14 辅助动力源
15 电源变换器
16 控制元件
17 接触器
18 二极管
19 充电器
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
燃料电池附件***一般采用高压供电，因此在启动成功前一般由辅助动力源供电，这样电源变换器需求功率相对大（涵盖燃料电池附件功率），取决于燃料电池的功率输出，因此必然带来***成本的增加以及电源变换器的体积增加。同时由于燃料电池附件的供电经过电源变换器，导致燃料电池***效率相对低。
有鉴于此，本发明提供一种混合动力汽车的供电***，用于解决现有供电***的电源变换器成本高、体积大以及燃料电池***运行效率低的问题。以下将详细阐述本发明的一种混合动力汽车的供电***的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种混合动力汽车的供电***。
请参阅图1和图2，显示为本发明一种混合动力汽车的供电***的结构示意图和优选的结构示意图。如1图和图2所示，本发明提供一种混合动力汽车的供电***，与驱动汽车运行的电机驱动***相连，所述供电***1包括：燃料电池11、供氢***12、燃料电池附件13、辅助动力源14、电源变换器15、控制元件16、接触器17、以及二极管18。
所述燃料电池11，与电机驱动***相连、为电机驱动***供电。在本实施例中，所述电机驱动***包括依次相连的电机控制器、电机、减速器等。在本发明中，燃料电池汽车采用氢能作为能源，燃料电池11将氢能转化为电能，进而通过电机驱动***驱动车辆运行。所以在本发明中，还包括与所述燃料电池11相连、为所述燃料电池11提供产生电能所需的氢能的供氢***12。
所述燃料电池附件13，与所述燃料电池11和所述辅助动力源14相连、为所述燃料电池11的启动和停止提供支持。具体地，在本实施例中，所述燃料电池附件13包括但不限于：空压机***131和水泵132。
在本实施例中，仅以空压机***由燃料电池启动后直接供电，水泵132由辅助动力源直接供电。在本发明中，在燃料电池启动前，空压机***需要辅助动力源供电。
由于燃料电池11在电压特性以及功率输出的动态响应等方面存在问题，因此通常需要辅助动力源14在功率输出能力等方面对它加以补充和改善，从而构成燃料电池混合动力***。所述辅助动力源14，分别与电机驱动***和所述燃料电池附件13相连、为所述电机驱动***和所述燃料电池附件13供电。具体地，所述辅助动力源14可以但不限于动力蓄电池、、超级电容、太阳能电池。所述辅助动力源14为可充电的蓄电池时，所述可充电的动力蓄电池还连接有充电器19，通过充电器19对所述蓄电池进行充电。
所述电源变换器15，连接在燃料电池11和电机驱动***之间、同时还与辅助动力源14相连，用于耦合所述燃料电池11和所述辅助动力源14，控制所述燃料电池11和所述辅助动力源14为所述电机驱动***供电。
在本实施例中，所述电源变换器15为DC-DC变换器。具体地，所述电源变换器15中包括：与燃料电池11相连的电感线圈；控制所述燃料电池11为所述电机驱动***供电的第一二极管，该第一二极管的阴极与所述电机驱动***相连，该第一二极管的阳极与所述电感线圈相连；并联连接的一个晶体管和一个第二二极管，该晶体管和该第二二极管的一个公共端连接在电感线圈与第一二极管的阳极之间，该晶体管和该第二二极管的另一个公共端连接在所述燃料电池11和电机驱动***之间的线路上；一端连接在第一二极管的阴极，另一端连接在所述燃料电池11和电机驱动***之间的线路上的电容。
为了在燃料电池11未启动的情况下，由辅助动力源14为燃料电池附件13供电，在保证燃料电池11顺利启动的情况下，又可以通过电源变换器15控制平滑切换向电机驱动***的供电电压，同时不影响原电源变换器15的功能和性能，所以在本发明中，在所述电源变换器15上设置了一个控制元件16、连接在所述燃料电池11和所述电源变换器15之间设置了一个二极管18和一个接触器17。下面对上述的控制元件16、二极管18和接触器17的连接和功能做详细说明。
所述控制元件16与所述电源变换器15相连，具体地，所述控制元件16的两端与所述电源变换器15中的第一二极管的两端相连。该控制元件16的作用是在所述电源变换器15未工作时，连接（即导通）。由于所述电源变换器15是用于耦合所述燃料电池11和所述辅助动力源14，控制所述燃料电池11和所述辅助动力源14为所述电机驱动***供电。在燃料电池11在未开启时，所述电源变换器15不工作，此时，燃料电池11和电机驱动***之间的线路相当于断开了，从图1中可以看出，此时，所述辅助动力源14无法与所述燃料电池附件13连接，也就无法为所述燃料电池附件13供电，所以增设了一个控制元件16，该控制元件16相当于一个开关，在电源变换器15不工作时，可以让所述辅助动力源14为所述燃料电池附件13供电。
具体地，所述控制元件16为功率管或继电器等起开关作用的元件。在本实施例中，所述控制元件16为功率管。
所述接触器17，具有第一连接端和第二连接端，连接在所述燃料电池11和所述电源变换器15之间。具体地，所述第一连接端与所述燃料电池11相连，所述第二连接端与所述电源变换器15中的电感线圈相连。
所述二极管18，用于控制所述燃料电池11为所述燃料电池附件13供电，所述二极管18的阳极与所述燃料电池11相连，所述二极管18的阴极与所述燃料电池附件13相连。具体地，所述二极管18的阴极连接在所述接触器17与所述电感线圈之间的线路上。
为使本领域技术人员进一步理解本发明的原理和实施方式，下面对增设了上述控制元件16、二极管18和接触器17的混合动力汽车的供电***的使用进行详细说明。
燃料电池11启动时，电源变换器15不工作，接触器17开通，功率管开通，燃料电池附件13（在本实施例中是空压机***131）通过辅助动力源14供电，此时燃料电池11中电压逐步建立，二极管18反向截止；当燃料电池11启动成功后，功率管关断，二极管18正向导通，燃料电池附件13由燃料电池11自供电，此时闭合接触器17，电源变换器15可按照正常模式进行燃料电池11和辅助动力源14之间的功率分配。
当燃料电池11需要停机时，电源变换器15停止工作，功率管开通，二极管18反向截止，燃料电池附件（在本实施例中是空压机***131）13通过辅助动力源14供电，然后可以通过一些清扫和冷却装置完成燃料电池11的吹扫和冷却，直至燃料电池11停机。
综上所述，本发明的一种混合动力汽车的供电***，达到了以下有益效果：
1、本发明通过在所述燃料电池和辅助动力源之间的电源变换器上设置一个控制元件、在电源变换器和燃料电池之间的线路上设置一个继电器和一个二极管，可以在燃料电池未启动的情况下，由辅助动力源为燃料电池附件供电，从而解决了现有供电***的电源变换器成本高、体积大以及燃料电池***运行效率低的问题。
2、本发明的供电***在保证燃料电池顺利启动的情况下，可以通过电源变换器控制平滑切换向电机驱动***的供电电压，同时不影响原电源变换器的功能和性能。
3、本发明的供电***结构简单，成本小，控制方便。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种混合动力汽车的供电***，与驱动汽车运行的电机驱动***相连，其特征在于，所述供电***包括：
燃料电池，与所述电机驱动***相连、为所述电机驱动***供电；
供氢***，与所述燃料电池相连、为所述燃料电池提供产生电能所需的氢能；
燃料电池附件，与所述燃料电池相连、为所述燃料电池的启动和停止提供支持；
辅助动力源，分别与电机驱动***和所述燃料电池附件相连、为所述电机驱动***和所述燃料电池附件供电；
电源变换器，连接在燃料电池和电机驱动***之间、同时还与辅助动力源相连，用于耦合所述燃料电池和所述辅助动力源，控制所述燃料电池和所述辅助动力源为所述电机驱动***供电，其中，所述电源变换器中包含控制所述燃料电池为所述电机驱动***供电的二极管；
控制元件，其两端与所述电源变换器的二极管的两端相连，在所述电源变换器未工作时，所述控制元件导通连接所述辅助动力源和所述燃料电池附件以使所述辅助动力源为所述燃料电池附件供电；
二极管，用于控制所述燃料电池为所述燃料电池附件供电，所述二极管的阳极与所述燃料电池相连，所述二极管的阴极与所述燃料电池附件相连；
接触器，连接在所述燃料电池和所述电源变换器之间，具有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述燃料电池相连，所述第二连接端与所述电源变换器和所述二极管的阴极相连；
其中，在所述燃料电池启动时，所述电源变换器不工作，所述控制元件接通，所述燃料电池附件通过所述辅助动力源供电，所述二极管反向截止；当所述燃料电池启动成功后，所述控制元件关断，所述二极管正向导通，所述燃料电池附件由所述燃料电池供电，并且闭合所述接触器。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的供电***，其特征在于：所述控制元件为功率管。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车的供电***，其特征在于：所述控制元件为继电器。
4.根据权利要求1所述的混合动力汽车的供电***，其特征在于：所述电源变换器为DC-DC 变换器。
5.根据权利要求1所述的混合动力汽车的供电***，其特征在于：所述燃料电池附件包括： 空压机***、水泵。
6.根据权利要求1所述的混合动力汽车的供电***，其特征在于：所述辅助动力源为动力蓄 电池、超级电容、太阳能电池。
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