專利名稱：混合燃料電池客車的電力系統(tǒng)及其控制方法
混合燃料電池客車的電力系統(tǒng)及其控制方法 5 相關(guān)申請(qǐng)的 _參考本申請(qǐng)要求2006年10月11日向韓國(guó)專利局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng) No.lO-200W)099024的優(yōu)先to利益。技術(shù)領(lǐng)域10 本申請(qǐng)涉及混^^斗電池客車的電力系 其控制肅去，尤其涉及4頓燃料E包池和超級(jí)電容器作為電源的混^M料電池客車的電力系統(tǒng)以及其控制方法，其中超級(jí)電，是與燃料電池相連的育疆存fi^a。 背景獄15 燃料電池是M3i電化學(xué)^將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。由于這種微斗電池高效率并且?guī)缀鯖]有排放物，因此正在開發(fā)艦麟斗電池作為電源的燃料電池車。車輛中的燃料電池，氫氣作為燃料。氫氣在陽極被，為，子和電子，MJ貢預(yù)過電解質(zhì)遷移到陰極并在陰極與氧和外電鵬供的電子反應(yīng)生 20 成水。，"Bia外電路的電子細(xì)作電能。大多f^料電池車是混合車，其中會(huì)巨量存儲(chǔ)^a例如高^ji電池^^電容器與燃料電池一起^ffi。由于超級(jí)電容器具有各種優(yōu)點(diǎn)，另外，^M料電池車il^低電壓輔助電池作為備用電源。輔助電池給涉 25 及車的啟動(dòng)例如燃料電池的啟動(dòng)部分^i共能量。為了^^料電池產(chǎn)生電能， 應(yīng)當(dāng)事先開動(dòng)燃j斗供應(yīng)系統(tǒng)例如氫和氧的供頓統(tǒng)和各種控制器。迄今為止，燃料電池車主要被研發(fā)的是小型車?yán)缈蛙?。然而，近來?發(fā)了要求—,出功率的大車?yán)缈蛙嚨幕靆i料電池系統(tǒng)。然而，由于傳統(tǒng)的微斗電池車或傳統(tǒng)的混合燃料電池車趙十對(duì)小型車的，標(biāo)準(zhǔn))和各種控制器的控制邏輯也慰十對(duì)小型車的。
然而，由于傳統(tǒng)的內(nèi)伊幼L客車使用24V的輔助電池(自動(dòng)t腿標(biāo)準(zhǔn))， 設(shè)計(jì)各種電動(dòng)部分艦24V的輔助電池。因此，為了研發(fā)混^M料電池客車，存在重新設(shè)計(jì)各種電動(dòng)部分和燃料 電池系統(tǒng)的問題。也就是，在燃料電池車中使用的12V電動(dòng)部分需要重新設(shè) 5計(jì)或者應(yīng)當(dāng)改變傳統(tǒng)內(nèi)燃飢客車中的24V電動(dòng)部分。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明致力于Mi乓一種混合燃料電池客車的電力系^S其控制方法，其 中i^統(tǒng)和方法具有^^t不同電池電壓設(shè)計(jì)的不同部分中的設(shè)計(jì)改變最小化 io 的優(yōu)點(diǎn)。而且，本發(fā)明致力于jeH種混^^斜電池客車的電力系,其控制方 法，其中該系統(tǒng)和方法具有可以利用現(xiàn)有的燃料電池車的12V電動(dòng)部分和內(nèi) 矢m客車的24V電動(dòng)部^j^!^研發(fā)混合燃料電池客車系統(tǒng)的時(shí)間和成本的 優(yōu)點(diǎn)。5 而且，本發(fā)明致力于提供一種混^^料電池客車的電力系 其控制方法，其中該系統(tǒng)和方法具有有^i行超級(jí)電織和燃料電池的混合系統(tǒng)的優(yōu) 占。"、、o本發(fā)明的示例性實(shí)施例JI^一種混合燃料電池客車的電力系統(tǒng)，包括 燃料起也堆；,電，，與燃料電池堆相連并M3iJ^斗電池堆充電；牽20引電機(jī)，由^f斗電池堆^^料電池iffP超級(jí)電^l^同,電能來驅(qū)動(dòng)車輛，并將再生制動(dòng)產(chǎn)生的電能供，級(jí)電^^;電機(jī)控制單元，控制電能輸入到 牽引電柳電育縱牽引電機(jī)輸出；第一和第二輔助電池，第一和第二輔助電 池的電壓彼此不同并且分別給使用不同電壓的第一和第二電動(dòng)部分提供電能；以及堆啟動(dòng)部分，與第一和第二輔助電池^接，并且iM料電池ilig25 行。第一輔助電池可以是12V輔助電池，而第1助電池可以是24V輔助電池。第一輔助電池可以給能與燃料電池車--起使用的第一電動(dòng)部分提供電 能，第二輔助電池慰合能與內(nèi)微幾車一起娜的第二電動(dòng)部分麟電能。 30堆啟動(dòng)部分可以電 到第~^助電池上，從而在啟動(dòng)燃料電池il^前 1M第一輔助電池的電售^t行，并且可以電連接到燃料電池堆上，從而可以
在啟動(dòng)妒凝斗電 tii^后用夢(mèng)撒l"電池堆的電待^行。電力系統(tǒng)還可以包括第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器和高壓DC/DC轉(zhuǎn)拔碟，其中該 第一DC/DC轉(zhuǎn)換器連接在第一輔助電池和堆啟動(dòng)部分之間，從而可以將第一 車兩助電池的^fli轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的電壓，該高壓DODC轉(zhuǎn)換翻各燃料電池 5 堆的電壓轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的電壓，電連接在第一DC/DC轉(zhuǎn)換器上使得通過 高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電壓提供給第一 DODC轉(zhuǎn)換器。燃料電池堆司'以產(chǎn)生900V的DC腿。堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓可以是350V。第二DODC轉(zhuǎn)換器可以設(shè)置^E^料料電池ilSl第二輔助電^^之間， 10因此可以用燃料電池堆的電會(huì)維第二輔助電池充電。反相器可以電連接到燃茅斗電池堆上，該反相器由燃料電池itJlf共電能來 驅(qū)動(dòng)輔助緣輔助部件可以包括7jC泵、能量引導(dǎo)泵、以及空氣調(diào)節(jié)MI機(jī)中的至少一種。15 電力系統(tǒng)還可以包括電連ilg^料電池聯(lián)哮引電機(jī)的電力線路，和在連接,電容器的電力線路中通過斷路器和制動(dòng)電阻的電力線路，其中, 電 容器過充電時(shí)M斷路器和制動(dòng)電阻消耗能量。在本發(fā)明的示例性實(shí)例中，混合燃料電池客車電力系統(tǒng)的控制方汰,括: 第一步，將第一輔助電池的低電壓轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓；第二步， 20 通辦啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)堆啟動(dòng)部分；第三步，通辦啟動(dòng)部分的運(yùn) 行開動(dòng);^斗電池堆；第四步，通3 |4電池堆的運(yùn)行產(chǎn)生高壓電力；第 ， 將電能供i^t轉(zhuǎn)換到堆啟動(dòng)部分來將高壓電力轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的電壓， 并將轉(zhuǎn)換的電力供^±1啟動(dòng)部分；第六步，將高壓電力供給牽引電機(jī)；第七 步，將轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓的電能轉(zhuǎn)換為第一輔助電池的電壓；以 25及第八步，用髙壓⑩給超級(jí)電，充電。第一^S可以包括分別糊皮此具有不同電壓的第一和第二輔助電池的電 能供給分別與輔助電池相連的第一和第二電動(dòng)部分。在第~"#中，第一輔助電池可以是12V輔助電池，而第二輔助電池可以 是24V輔助電池。 30 第—步和第七步可以使用相同的DC/DC轉(zhuǎn)換器。第五步可以將900V轉(zhuǎn)換為350V。第五步^六^S可以包括轉(zhuǎn)換高壓電力升溜第助電池充電。第七iK3S可以包括將高壓電力供給輔助部件的反4照經(jīng)。 控制方法還可以包括第九步，在第八步之后進(jìn)行驅(qū)動(dòng)模式，其中驅(qū)動(dòng)模 工m^^其中5i—正常驅(qū)動(dòng)矛莫式，包括將燃料電池堆高電壓轉(zhuǎn)換成堆啟動(dòng)部5分的驅(qū)動(dòng)電壓，并將高極供給牽引電機(jī)和反相器；加速或上坡f^，包括 將燃料電池堆高電壓轉(zhuǎn)l^艾堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓，將髙電壓供給牽弓IEfe機(jī) 和反相器，以及將超級(jí)電容器的充電電能供給牽引電機(jī)；和再生制動(dòng)模式， 包^151牽弓I電機(jī)的再生制動(dòng)產(chǎn)生再生電能，將再生電能轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分 的驅(qū)動(dòng)電壓，將再生電能提供給反相器，確，級(jí)電，是否過充電，當(dāng)超io 級(jí)電織為過充電時(shí)消l^f共^m電額l的電能，當(dāng)繊電容器沒有充電 吋il過再生電會(huì)^^電^l充電。


圖i是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混^r斗電池客車的電力系統(tǒng)圖。15 圖2 ，釋根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混^t料電池客車的電力系統(tǒng)的控制方法中啟動(dòng)^|的、 圖。圖3A到3D是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混，料電池客車的電力系統(tǒng)的電流圖。圖4 ^出泡艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混合j^斗電池客車的電力系統(tǒng)20中驅(qū)動(dòng)^的&m圖。圖5A ^出混合^*斗電池^ 正常驅(qū)動(dòng)^^情況下的電流圖。圖5B録出在混合M4電池^a隨t試lM^模式情況下的混合燃料電池客車的to系統(tǒng)的電流圖。圖5C暢出在再生制動(dòng)f試中進(jìn)OT級(jí)電織充電情況下混^^斗電 25池客車的電力系統(tǒng)的電流圖，其中在再生制動(dòng)模式中再生制動(dòng)產(chǎn)生i^激-電 池客車中。圖5D是示出在再生制動(dòng)模式中超級(jí)電容器發(fā)生過充電的情況下混合燃 料電池客車的電力系統(tǒng)的電流圖，其中在再生制動(dòng)+試中再生制動(dòng)產(chǎn)生:&l 料電池客車中。30 圖6A ^出OT斷路器32和制動(dòng)電阻34 ^0電^l充電的圖。圖6B歸出在圖5D中的再生制動(dòng)模式中當(dāng)通過制動(dòng)電阻消耗旨疆時(shí)的
電流圖。 具體實(shí)船式參照附圖下文將詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。5 圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混合妒凝斗電池客車的電力系統(tǒng)圖。參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混^^燃料電池客車的電力系統(tǒng)包 繊斗電鵬10。燃料電池堆10將大約900V的高壓電力#^應(yīng)給客車的DC電力線路1 。為了燃料電池堆io正常運(yùn)行，因此^5:大約卯ov的制玉電力，涉i^K)料電池堆例如氣供JS^置、空氣或氧供iS^置、冷卻裝置等啟動(dòng)的堆啟動(dòng)部分20應(yīng)當(dāng)事先開動(dòng)。使堆啟動(dòng)部分20與客車的DC電力線路1相連使得 料電池堆10啟 動(dòng)之后由燃沐斗電池堆10供給電力， §料電池堆10啟動(dòng)之前由12V輔助電 池50供給to來啟動(dòng)。 15 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的混^t料電池客車的電力系統(tǒng)包括作為能 量存f^fi的繊電雜。，電，30與客車的DC電力線路1 tfe^接來存儲(chǔ)燃料電池堆10提 供的肖遣。在牽引電機(jī)40高負(fù)載運(yùn)行時(shí)，例如，在燃料電池客車加iM/r頓時(shí)，超20級(jí)電鄉(xiāng)30作為備用電源例如旨^*^者^ 電雜30中供給牽弓I電機(jī)40。 超級(jí)電 30與伊凝斗電池堆10并聯(lián)，并充電來將備用電力供給牽弓I電 機(jī)40。啟動(dòng)燃料電鵬10之后粒900V高電Ji開々繊級(jí)電織30 充電?？棓帙i32和制動(dòng)電阻34的電力線鵬括頓級(jí)電総30和燃料電 25池堆10之間的^^接中。因此，電杉諧制單元45 i!51不具有和具有斷路器 32及制動(dòng)電阻34的電力線j 紛別連接到燃料電池堆10和繊電容器30，使 得挪節(jié)模纖跑路通路。當(dāng)m電，30用j^斗電池堆10產(chǎn)生的電能充電時(shí)傲B斷路器32和制 動(dòng)電阻34， *1 |斗電池堆10的會(huì)糧MiKI供，級(jí)電容器30，因 30 鄉(xiāng)料嶙堆10的停ifc^^電織30的損壞。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混^i料電池客車的電力系統(tǒng)包括作為驅(qū)動(dòng)
能源的牽引電機(jī)40。由燃料電池堆io ^j;然料電池堆io和超級(jí)電，30兩者{，牽引電機(jī) 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的混合燃料電池客車的電力系統(tǒng)包括電機(jī)控5制單元，艮卩用于控制庫引柳L40運(yùn)行的MCU45。當(dāng)JSf斗電池堆10在啟動(dòng)后正常運(yùn)行時(shí)，即成為辭廟提供900V高壓電力 的情況下，MCU45控帝,給牽弓I電機(jī)40電力的妒維l.電池堆10。牽引電機(jī)40i^lDC或AC電能，在本發(fā)明的實(shí)施例中電機(jī)Jii^三相 AC電能的電機(jī)。MCU45包括將DC電能轉(zhuǎn)換為AC電能的轉(zhuǎn),(未示出)， io 從而電機(jī)可以由燃料電池堆10供給的900VDC電能驅(qū)動(dòng)。另外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在f貧的制動(dòng)時(shí)牽引電機(jī)40進(jìn)行再 生制動(dòng)5)^行作為產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)，并將電能供給客車的DC電力線路l。牽引電機(jī)40的再生制動(dòng)產(chǎn)生的電能，即再生能^i^j乍為輔助部件的反 相器70和鵬動(dòng)部分20的驅(qū)動(dòng)能和繊電辯旨30的存儲(chǔ)能。由此，MCU4515內(nèi)部的反相器e^它的電力轉(zhuǎn)換方向從而將牽引電機(jī)的AC電能轉(zhuǎn)換為DC電宮總后將轉(zhuǎn)換的電力供給DC電力線路1 ，該反相器包括用 51再生制動(dòng) 建立S^ft至900V^Jl的部分(未示出)。同樣，MCU45通^S制牽引電機(jī) 40的電力輸ASl電力輸出5l^^峰引電機(jī)40。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混^B料電池客車的電力系統(tǒng)裝配有12V輔 20 助電池50和24V輔助電池50， Jl^M個(gè)輔助電池作為驅(qū)動(dòng)M在混^^料 電池客車中的12V電動(dòng)部分(未示出)和24V電動(dòng)部分(未示出)的兩啊氐 電壓輔助電池。12V輔助電池50是設(shè)置在客車上的低壓電池，而24V輔助電池是設(shè)置在內(nèi)iit/L^車上的^E電池。25 繼，12V電動(dòng)部^^品見有燃料電池車(包括混^^凝斗電池車)的部分，是指^^可以用在除了禾鵬本發(fā)明示例性實(shí)施例的混，料電池客車之 夕h(OT伊凝斗電池作為能源的各種燃料電池車上的部分。為了與24V電動(dòng)部分 區(qū)分，12V電動(dòng)部分可以稱為第一電動(dòng)部分。12V電動(dòng)部他括各種控制器 例如燃料電池堆控偉幡、牽引電鵬制器以及汽車控制器。30 繼，24V電動(dòng)部他括內(nèi)微幾客車的部分。因此，24V電動(dòng)部分是指一般可以用于混^^料電池客車和內(nèi)燃機(jī)客車上的電動(dòng)部分。為了與12V電
動(dòng)部分區(qū)分，24V電動(dòng)部分可以稱為第二電動(dòng)部分。24V電動(dòng)部^SS^般 內(nèi)爐甜L客車電動(dòng)部州列如散熱扇、無線電、頭燈、用來開/關(guān)門的電驅(qū)動(dòng)脧置 等。在本發(fā)明的示例性^"施例中，堆啟動(dòng)部分20由12V輔助電池50驅(qū)動(dòng)。5 12V輔助電池50將電能供雜啟動(dòng)部分的控制器，同時(shí)在初始啟辦I^; 中作為ii^料電池堆io中Kz:90ov電JK:前驅(qū)動(dòng)堆啟動(dòng)部分20的電源。設(shè)計(jì)堆啟動(dòng)部分20 ^ffi 350V電力作為驅(qū)動(dòng)電力。因此，第一DODC 轉(zhuǎn)換器55與堆啟動(dòng)部分20和12V輔助電池50之間的DC電力線路相連，該 第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器55將12V輔助電池50的電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)堆啟動(dòng)部分20 io 的350V腿。另外，為了^lilJ^斗電鵬10的正常運(yùn)行粒900V電壓之后，堆啟 動(dòng)部分20由燃料電池堆10供給電力，高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器25與堆啟動(dòng)部 分20和燃料電池堆IO之間的電力線路相連，該高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器25將900V 電壓轉(zhuǎn)齢350V極。 15 啟動(dòng)^*斗電 10之后，燃料電池堆的EyjffiiiDC電力線路供給12V輔助電池50來給12V輔助電池50充電。同時(shí)，高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器25轉(zhuǎn) 換為350V的電力iM^'— DC/DC轉(zhuǎn)換器55轉(zhuǎn)換為12V備用電池的電壓， 并，到電力線斷吏12V輔助電池50可以被充電。設(shè)計(jì)第一DC/DC轉(zhuǎn)換器55進(jìn)行兩個(gè)方向的DC/DC轉(zhuǎn)換，因此在汽車的3，料電池堆10的900V電壓tet后,高^EDC/DC轉(zhuǎn)換 350V電 力轉(zhuǎn)換為12V輔助電池電力然后將轉(zhuǎn)換的電力供給12V輔助電池50。在本發(fā)明的^'勝實(shí)施例中，24V輔助電池50皿電力線路i^接到夢(mèng)斜斗 電池堆10，并且^^TO^斗電池堆10產(chǎn)生的電力充電。為此，用于將900V 25 EM轉(zhuǎn)^^24V輔助電池電壓的第二DC/DC轉(zhuǎn)換器65與超妾24V輔助電池 50和燃料電池堆10的電力線路相連。因此，群?jiǎn)?dòng)^消耗驅(qū)動(dòng)24V電 動(dòng)部分的電能的24V輔助電池50在燃料電池堆10的正常運(yùn)行之后被充電。在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混合燃料電池客車的電力系統(tǒng)中，連接電力線路以使將燃料電池堆10的to供給輔助部件作為其驅(qū)動(dòng)電力。輔助部件30包括水泵72、能量引導(dǎo)泵74、和空氣調(diào)節(jié)壓縮機(jī)76中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混合燃料電池客車設(shè)計(jì)為辭侈與內(nèi)燃機(jī)客車—起i頓輔助部州列如水泵72、會(huì)糧弓|導(dǎo)泵74和空氣調(diào)節(jié)壓縮機(jī)76。為jli^配有轉(zhuǎn)^鄉(xiāng)料電池堆10電力的反相器70。反相器70控審鵬料電 池堆10的900V高壓電力的轉(zhuǎn)換，并驅(qū)動(dòng)7jC泵72、能量弓|導(dǎo)泵74和空氣調(diào) 節(jié)W艦76。5 圖2劍早釋根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混^M料電池客車的電力系統(tǒng)的控制方法中啟動(dòng)模式的》維圖，圖3A到3D是示出根據(jù)本發(fā)明7^f列性實(shí)施例 的混合燃料電池客車的電力系統(tǒng)的電流圖。參見圖2到圖3D，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混封然料電池客車的電力系統(tǒng)的控制:^^括啟動(dòng)模式si，包括第一步SIO，將第一輔助電池的低10電壓轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓；第二步S20，用堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓 驅(qū)動(dòng)堆啟動(dòng)部分；第三步S30， 《1堆啟動(dòng)部分的運(yùn)行 料電池,行； 第四步S40，通a^料電池堆的運(yùn)行產(chǎn)生髙電壓電力；第五步S50，將電能供 應(yīng)M轉(zhuǎn)換到堆啟動(dòng)部分，并將高壓電力轉(zhuǎn)換成堆啟動(dòng)部分電壓，因此將轉(zhuǎn) 船的電力供給堆啟動(dòng)部分；第六步S60，將高壓電力供給牽引電機(jī)；第七15步S70，將轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的電力轉(zhuǎn)換為第一輔助電池電壓；以，八步 S80，用高壓電力，級(jí)電容器充電，和第九步S90，進(jìn)行混合驅(qū)動(dòng)模式。如圖2和圖3A所示，如果汽車轉(zhuǎn)到鑰匙狀態(tài)(a key on state)，汽車控制 器監(jiān)控各種控制器例如DC/DC轉(zhuǎn)換器和反相器，并且辯開始運(yùn)行。首先，第一步SIO， 12V輔助電池即第一輔助電池的電壓升至350V即堆20啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓。為了電壓的升高，第一DC/DC轉(zhuǎn)換器55，在12V 輔助電池50即第一輔助電池和堆啟動(dòng)部分20之間。如果汽，到鑰^t態(tài)，12V輔助電池50即第一輔助電池，和第二輔助 電池60將電力供給第一和第二電動(dòng)部分。如上所述"第一和第二電動(dòng)部分包 括能夠與燃料電池車"^使用的電動(dòng)部分和與內(nèi)燎凱^一起使用的電動(dòng)部25 分o如果汽車轉(zhuǎn)動(dòng)至糊匙狀態(tài)，包括各種由汽車鑰匙啟動(dòng)的控制器的電動(dòng)部分由輔助電池的電力驅(qū)動(dòng)，通3i^種操作使用輔助電池的電力。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混^i料電池客車的電力系統(tǒng)的控制效i^用12V輔助電池即第一輔助電池的電力作為驅(qū)動(dòng)堆啟動(dòng)部分的電源。 30之后，錢二步S20中，驅(qū)動(dòng)了堆啟動(dòng)部分20，即氫供iS^S、氧或氣 體供)S^K和冷卻體等。 參見圖2和圖3B，如果這樣驅(qū)動(dòng)了堆啟動(dòng)部分，則在第三步S30驅(qū)動(dòng)燃 料-電池堆〗.0。在第四步S40, jf凝斗電池堆10產(chǎn)生大約900V的高壓電力，并將高壓電 力供給^^乍的DC電力線路。 5 運(yùn)行燃料電池堆10來產(chǎn)生高壓電力，^m'五步S50，電力供/Sil道轉(zhuǎn)換到堆啟動(dòng)部分，因此停止將12V輔助電池電壓升高到350V。通過高電壓 DC/DC轉(zhuǎn)換器25將900V降至350V，并將陶氐的itffi^^堆啟動(dòng)部分。鄉(xiāng)六步S60中，將高壓電力供纟鏈接到DC電力線路1的牽引柳40。皿MCU 45控制的燃料電池堆i0的電力供給牽引電機(jī)40。 MCU 45 io包括反相器等。MCU45將由燃料電池堆10 i^L鄰勺DC電力轉(zhuǎn)換為AC電九 -J1^S諱峰弓1電機(jī)40的運(yùn)行使得根棘自汽車控制器的輸入信號(hào)來驅(qū)動(dòng)汽車。同時(shí)，由于24V電動(dòng)部分，即第二電動(dòng)部分4OT 24V輔助電池50的電 力，需要給24V輔助電池50充電，上述24V備用電動(dòng)部分是與內(nèi)燃機(jī)車一 起娜的電動(dòng)部分。15 在第五步S50麟六步S60，在步驟S55運(yùn)行中，第二 DC/DC轉(zhuǎn)麟65，將900V電壓降至24V輔助電池，即第二輔助電池的電壓，并給24V輔 助電池50充電，該第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器65由連接M^凝斗電池10的DC電力 線S&^應(yīng)900V電力。參見圖2和圖3C，在第七步S70中，第一DQDC轉(zhuǎn)J繊55轉(zhuǎn)至恍電模 20 式，并轉(zhuǎn)換燃料電、鵬10的900V高極為12V輔助電池50的充電4E， 使得12V輔助電池50，即第一輔助電池開始艦電。第八步S80包括將^I4電池堆10的高壓電力供給用于其運(yùn)行的輔助部件 的反相器70的步驟。在啟動(dòng)的初始階段，第一DC/DC轉(zhuǎn)換器55將12V輔助電池50的^Ji 25升至350V并且將升高的電壓供雜啟動(dòng)部分20。如娜料電池堆10的電力 通過高腿DC/DC轉(zhuǎn)換器25開始供給:ltja動(dòng)部分20，貝廿第一 DC/DC轉(zhuǎn)換 器55轉(zhuǎn)到充電1i^，其中將DC/DC轉(zhuǎn)換器25的高電壓350V輸出斷氐到12V 輔助電池50的Effi并且開始充電。另外，麟斗敏鵬10的高壓電力艦DC電力線路開始供給輔助部件的 30 反相器70， ^行輔助部件例如水泵72、能量引導(dǎo)泵74和空氣調(diào)節(jié)JBI機(jī) 76。
參見圖2和圖3D，在第八步S80，用斷路器32和制動(dòng)屯阻34，級(jí)電 額"O充電。如上戶脫，斷路器32調(diào)整轎iA至鵬級(jí)電稱繪30的電;驢頓 fe^沐l-電池堆10的停止和繊電容器30的損壞。圖6A是示出傲肖斷路器 32和制動(dòng)電阻34纟^!1級(jí)電容器充電的示意圖。 5 如上所示、進(jìn)行啟動(dòng)模式S1之后，在第;M^S90,混"^燃料電池客車^A混合驅(qū)動(dòng)模式，且驅(qū)動(dòng)模式包括正常驅(qū)動(dòng)模式S2、爬i域加速模式S4和再 生制動(dòng)模式S6。由于超級(jí)電織30已充電，在要求高負(fù)艇行對(duì)，例如爬坡和加邀訴間 牽引電禾幾40可以由^^斗電、池唯10和超級(jí)電容器30供給電力。 10 圖4是示出在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的混，料電池^的電力系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)t弒的》徳圖。該驅(qū)動(dòng)模式包括正常驅(qū)動(dòng)tl^ S2、爬坡働腿豐弒S4， 和再生制動(dòng)模式S6，并且具有根據(jù)各自模式的電力流動(dòng)通道。圖5A到圖5D ^^出招艮據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的混合燃料電池客車 的電力系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)模式的電流圖。 15 參見圖4和圖5A，正常驅(qū)動(dòng)模式S2包括將燃料電池堆的高,轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓的步驟S9i，和將高電壓供給牽引電;fcn^卩反相器的步驟S92。在正常驅(qū)辦莫式S2中，燃料電池堆10 J^共汽^驅(qū)動(dòng)會(huì)瞳和輔助部件驅(qū) 動(dòng)育糧。因此，燃料電池堆10的電力微合牽引電機(jī)40、高頓DC/DC轉(zhuǎn)換 20 器25和輔助部件反相器70。同時(shí)，對(duì)第一和第二 DODC轉(zhuǎn)換器55和65的運(yùn)行的控制依賴于12V 和24V輔助電池的充電量，如果i2V和24V輔助電池需要充電，使第一和 第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器55和65運(yùn)行，輔助電池充電。另外，如^^電織30需要充電，可以進(jìn)摘級(jí)電織30的充電。 25 圖5A示出12V輔助電池50和24V輔助電池60以皿級(jí)電額^ 30完成充電狀態(tài)的電力流動(dòng)。參見圖4和圖5B， )i^[働fl速模式S4包括將燃料電池唯10的高電壓轉(zhuǎn) 換為堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)腿的步驟S93、將高^E供給牽引電機(jī)40和反相器 70的步驟S94和將繊電織30的充電電力供給牽弓I電機(jī)40的步驟S95。 30在牽弓I電機(jī)40需^E高負(fù)載例如加速g^時(shí)運(yùn)行的情況下，燃料電池 堆10和，電辭晷30同時(shí)作為電源。關(guān)于這種情況，力腿和 模式 ..匕;^混合t莫式。存儲(chǔ)在超級(jí)電容器30中的電力作為輔助電力i^^牽引電衫L 40。當(dāng)存儲(chǔ)在遛級(jí)電額IU0中的電力供給牽引電機(jī)40時(shí)，供給牽引電機(jī)40 的電力不通過斷路器32和制動(dòng)電阻34。將加逨，坡模式S4與正常驅(qū)動(dòng)模式S2相比，除了超級(jí)電W^ 30的電5力供給牽弓I電機(jī)40 a卜的期iliii行彼此相同。參見圖4、圖5C和圖5D，再生制動(dòng)模式S6包括步驟S96， 3M:牽引 電機(jī)40的再生制動(dòng)產(chǎn)生再生電力；歩驟S97，格再生電力轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分 20的驅(qū)動(dòng)電壓；步驟S98，將再生電力供給反相器70;步驟S99，確定， 電容器30是否過充電；步驟SIOO，在超級(jí)電織過充電的情況下消繊給 10 超級(jí)電 30的電力；以及步驟S101 ， M0電皿30沒有過充電的情況 下，M31再生電力，級(jí)電額經(jīng)30充電。在再生制動(dòng)模式S6中，運(yùn)行牽弓I電機(jī)40作為發(fā)電t/l^產(chǎn)生電能，即通 過再生制動(dòng)再生電九且將這中電力鵬DC電路線路1 ^^t啟動(dòng)部分20、 輔助部件的反相器70和繊電織30。也就是說，在再生制動(dòng)+試中，牽 15 引電機(jī)40作為電源。然而，鄉(xiāng)級(jí)電織30過充電的情況下，供織級(jí)電織30的電力可 以導(dǎo)致?lián)p壞例如縮^^電，30的g。因此，在步驟S99中，確^^電織是否過充電。頓級(jí)電織30沒 有過充電的情況下，也就是需要充電的情況下，在步驟SIOI中，級(jí)電容器 20 30充電，SM^電額I 30過充電的情況下，在步驟S100中消繊^j^電 織30的電力。M級(jí)電織30可以被充電的情況下，如圖5C戶標(biāo)，牽弓I電機(jī)40的再 生電力^m電雜30因llt^電織30航電。 ^電雜30用再 生電力充電時(shí)，超級(jí)電額§30處于部分充電狀態(tài)因此沒有電力的驟變，因此 25不用艦斷路器32和制動(dòng)電阻34供給電力。頓級(jí)電雜30艦電的情況下，如圖5D所示，牽引電機(jī)40產(chǎn)生的 電力在通過斷路器32和制動(dòng)電阻34被消耗。圖6B是示出繊電容器30過 充電時(shí)牽引電機(jī)40產(chǎn)生的電力在M:制動(dòng)電阻34被消耗的示意圖。斷路器32包括兩個(gè)轉(zhuǎn)換晶，，作為開關(guān)。3M:調(diào)1^電皿30初 30 始充電期間的電流和消耗再生電力，可以對(duì)由于電流驟變，例如燃料電池堆 的停止和，電容器的損壞狀態(tài)做準(zhǔn)備。通過這種電流的調(diào) 免了超級(jí)電容器的過充電。
通皿種構(gòu)造，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的混燃料電池客車的電力車的部分i^B 。V—輔助B電池，上述24V輔助電池用于內(nèi)燃機(jī)客i中,制造中，并且電動(dòng)部;可以與其他^相同?！?口 " 、' 二 、盡管已經(jīng)結(jié)，在認(rèn)為是實(shí)際示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，可以 本 發(fā)明不限于公開的實(shí)施例，而是相反的，旨在覆蓋包括在隨附的權(quán)利要斜肯 神和范圍之內(nèi)的各種，和等價(jià)配置。根據(jù)本發(fā)明，可以 ^—種混^M料電池客車的電力系皿其控制^T去， 其中可以使用12V輔助電池和24V輔助電池，因此可以^燃料電池車的 12V電動(dòng)部分和內(nèi)夢(mèng)^TL客車的24V電動(dòng)部分，因此混合燃料電池客車的研究 時(shí)間和力tt可以減小。而且，根據(jù)本發(fā)^^，在混^^料電池客車中可以有效利用繊電雜和 燃料電池的混合系統(tǒng)。1權(quán)利要求
1、一種燃料電池客車的電力系統(tǒng)，包括燃料電池堆；超級(jí)電容器，連接所述燃料電池堆并由燃料電池堆充電；牽引電機(jī)，由燃料電池堆或者燃料電池堆和超級(jí)電容器兩者供應(yīng)電能來驅(qū)動(dòng)汽車，并將再生制動(dòng)產(chǎn)生的電能供給超級(jí)電容器；電機(jī)控制單元，控制輸入到牽引電機(jī)的電能和從牽引電機(jī)輸出的電能；第一和第二輔助電池，彼此電壓不同并且分別將電能供給使用不同電壓的第一和第二電動(dòng)部分；以及堆啟動(dòng)部分，電連接到第一和第二輔助電池之一，并運(yùn)行燃料電池堆。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述第一輔助電池是12V輔助電池，而第二輔助電池是24V輔助電池。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力系統(tǒng)，其中所述第一輔助電池將電 能供給能與燃料電池車一起使用的第一電動(dòng)部分，而第二輔助電池將20電能供給能與內(nèi)燃機(jī)車一起使用的第二電動(dòng)部分。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電力系統(tǒng)，其中所述堆啟動(dòng)部分電 連接到第一輔助電池使得在燃料電池堆啟動(dòng)之前用第一輔助電池運(yùn) 行，并且電連接到所述燃料電池堆使得在燃料電池堆啟動(dòng)之后用燃料25 電池堆的電能運(yùn)行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力系統(tǒng)，還包括第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器 和高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，其中所述第一DC/DC轉(zhuǎn)換器連接在第一輔助 電池和堆啟動(dòng)部分之間，因此將第一輔助電池的電壓轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的電壓，其中所述高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器電連接第一DC/DC轉(zhuǎn)換器， 從而將高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電壓供給第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力系統(tǒng)，其中所述燃料電池堆產(chǎn)生 900V DC電壓。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電力系統(tǒng)，其屮所述堆啟動(dòng)部分的 5 驅(qū)動(dòng)電壓是350V。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的電力系統(tǒng)，其中所述將第二 DC/DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)置在燃料電池堆和第二輔助電池的連接之間，因此用燃料電 池堆的電能給第二輔助鬼池充電。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的電力系統(tǒng)，其中所述由燃料電池堆 供給電能來驅(qū)動(dòng)輔助部件的反相器電連接燃料電池堆。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)，其中所述輔助部件包括水 15泵、能量引導(dǎo)泵和空氣調(diào)節(jié)壓縮機(jī)中的至少一種。
11、 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的電力系統(tǒng)，還包括電連接燃料電 池堆和牽引電機(jī)的電力線路和在連接超級(jí)電容器的電力線路中通過斷 路器和制動(dòng)電阻的電力線路，其中超級(jí)電容器過充電時(shí)通過所述斷路20 器和制動(dòng)電阻消耗能量。
12、 一種混合燃料電池客車所述的電力系統(tǒng)所述的控制方法，包括第一步，將第一輔助電池的低電壓轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓； 25 第二步，通過堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)堆啟動(dòng)部分；第三歩，通過堆啟動(dòng)部分的運(yùn)行使燃料電池堆運(yùn)行； 第四歩，通過燃料電池堆的運(yùn)行產(chǎn)生高壓電力； 第五歩，將電力供給通道轉(zhuǎn)換到堆啟動(dòng)部分從而將高壓電力轉(zhuǎn)換 為堆啟動(dòng)部分的電壓，并且將轉(zhuǎn)換的電力供給堆啟動(dòng)部分； 30 第六步，將高壓電力供給牽引電機(jī)；第七步，將轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為第一輔助電池的 電壓；以及 第八歩，用高壓電力給超級(jí)電容器充電。
13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制方法，其中還包括分別將彼此具 有不同電壓的第一和第二輔助電池的電能供給分別與輔助電池相連的 5 第一和第二電動(dòng)部分。
14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其中在第一步中，第一輔 助電池是12V輔助電池，第二輔助電池是24V輔助電池。
15、根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的控制方法，其中所述第一步和第七步使用相同的DC/DC轉(zhuǎn)換器。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其中所述第五步將卯0V 轉(zhuǎn)換為350V。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的控制方法，其中所述第五步或 第六步還包括轉(zhuǎn)換高壓電力來給第二輔助電池充電。
18、 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的控制方法，其中所述第七步還 20 包括將高壓電力供給輔助部件的反相器。
19、 1t據(jù)權(quán)利要求13或14所述的控制方法，還包括第九步，即 在第八步之后進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)模式，其中所述驅(qū)動(dòng)模式選自下列之一正常驅(qū)動(dòng)模式，包括將燃料電池堆高電壓轉(zhuǎn)換成堆啟動(dòng)部分的驅(qū)25動(dòng)電壓，并將所述高電壓供給牽引電機(jī)和反相器；加速或上坡模式，包括將燃料電池堆高電壓轉(zhuǎn)換成堆啟動(dòng)部分的 驅(qū)動(dòng)電壓，將高電壓供給牽引電機(jī)和反相器，以及將超級(jí)電容器的充電電能供給牽引電機(jī)；以及再生制動(dòng)模式，包括通過牽引電機(jī)的再生制動(dòng)產(chǎn)生再生電能，將30再生電能轉(zhuǎn)換為堆啟動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)電壓，將再生電能提供給反相器，確定超級(jí)電容器是否過充電，當(dāng)超級(jí)電容器為過充電時(shí)消耗提供給超 級(jí)電容器的電能，當(dāng)超級(jí)電容器沒有過充電時(shí)通過再生電能給超級(jí)電 容器充電。
全文摘要
一種混合燃料電池客車的電力系統(tǒng)，包括燃料電池堆；超級(jí)電容器，與燃料電池堆相連并且通過燃料電池堆充電；牽引電機(jī)，由燃料電池堆或燃料電池堆和超級(jí)電容器共同提供電能來驅(qū)動(dòng)車輛，并將再生制動(dòng)產(chǎn)生的電能供給超級(jí)電容器；電機(jī)控制單元，控制輸入到牽引電機(jī)和從牽引電機(jī)輸出的電能；第一和第二輔助電池，第一和第二輔助電池的電壓彼此不同并且分別給使用不同電壓的第一和第二電動(dòng)部分提供電能；以及堆啟動(dòng)部分，與第一和第二輔助電池電連接，并且使燃料電池堆運(yùn)行。
文檔編號(hào)B60L11/18GK101161498SQ20061017288
公開日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者姜昊成 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)株式會(huì)社