[发明专利]用于燃料电池混合动力车的低成本取电功能

说明书

技术领域

本发明总地涉及一种用于车辆的电气架构，包括用于从车辆电源向外部负载提供AC电力的取电（electric power take out circuit，EPTO）电路，更特别地，涉及一种用于车辆的电气架构，包括用于从车辆电源向外部负载提供AC电力的EPTO电路，其中EPTO电路使用双向DC/DC功率逆变器和功率逆变器模块（PIM），这两个模块为车辆上用于其它目的的已有电气装置。

背景技术

电动车正变得越来越流行。这些车辆包括将电池与主动力源（例如内燃机、燃料电池系统等）组合的混合动力车（例如增程电动车（EREV））和纯电动车（例如电池电动车（BEV））。所有这些类电动车都使用包括多个电池单元的高电压电池。这些电池可为不同的电池类型，例如锂离子电池、镍金属氢化物电池、铅酸电池等。

大多数燃料电池车辆为除燃料电池堆之外还使用可再充电的附加高电压电源（例如DC电池或超级电容）的上述混合动力车辆。所述电源为各种车辆辅助负载、为系统起动和在当燃料电池堆无法提供期望电力的高功率需求期间提供补充功率。更特别地，燃料电池堆通过DC电压总线向牵引电机和其它车辆系统提供功率用于车辆运行。在需要超过电池堆可提供的额外功率时，例如在高加速期间，电池向电压总线提供补充功率。例如，燃料电池堆可提供70 kW的功率。然而，车辆加速可能需要100 kW或更多的功率。在燃料电池堆能够满足系统功率需求时的那些时间使用燃料电池堆给电池再充电。可从牵引电机获得的发电机功率能提供再生制动，其也可用于通过DC总线给电池再充电。

于2010年6月1日提交的题为Vehicular Electrical Systems（车辆电气系统）的美国专利申请No. 12/791,632公开了一种用于燃料电池车辆的电气系统，包括用于向车辆外部的电气负载提供AC电功率的电路部件，该专利被转让给本申请的受让人，其内容通过引用包含于本文。所述电气系统包括电连接至高功率电压总线的双向DC/DC功率逆变器，在所述高功率电压总线上从燃料电池堆和高电压电池向车辆系统（包括车辆的电力牵引系统）提供高电压。当高电压总线上的电压波动时，双向DC/DC功率逆变器提供保持基本恒定的调节DC电压。来自双向DC/DC功率逆变器的稳定DC功率被提供给独立的功率逆变器模块（PIM），其将DC功率信号转换为AC功率信号。AC插座连接至PIM，使得外部负载可插入插座以汲取AC功率。

申请`632中描述的车辆电气系统除了设在电池与燃料电池堆之间高电压总线上的现有双向DC/DC功率逆变器之外，还需要附加双向DC/DC功率逆变器。并且，申请`632中描述的电气系统除了已经存在的将高电压DC功率信号转换为适于车辆电力牵引系统的AC信号的PIM之外，还需要附加功率逆变器模块，以将附加DC/DC功率逆变器的DC功率信号转换为AC功率信号。这些部件增加了车辆的成本、重量和复杂性。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种用于燃料电池混合动力车辆的电气系统，其中车辆包括燃料电池堆和高电压电池。传统的双向DC/DC功率逆变器设在连接燃料电池堆电压和电池电压的高电压总线上。另外，提供传统的功率逆变器模块，将高电压总线上的高电压DC功率信号转换为适于车上电力牵引电机的AC信号。本发明提出使用现有的双向DC/DC功率逆变器和PIM作为电力取出EPTO电路的一部分，在燃料电池堆和电池未用于驱动车辆时给外部车辆负载提供AC功率。

本发明提供下列技术方案。

技术方案1：一种用于燃料电池混合动力车辆的电气系统，所述系统包括：

高电压总线；

电连接至所述高电压总线的燃料电池堆；

电连接至所述高电压总线的高电压电池；

在所述燃料电池堆与所述高电压电池之间电连接至所述高电压总线的双向DC/DC功率逆变器；

电连接至所述高电压总线的电力牵引系统功率逆变器模块，所述功率逆变器模块将所述高电压总线的高电压DC功率信号转换为系统AC功率信号；以及

包括所述双向DC/DC功率逆变器和所述电力牵引系统功率逆变器模块的取电电路，当所述电气系统处于取电模式时，所述双向DC/DC功率逆变器提供外部电压信号且所述功率逆变器模块提供外部AC功率信号。

技术方案2：如技术方案1的系统，还包括用于在所述系统处于所述取电模式时将所述功率逆变器模块从所述高电压总线断开的至少一个接触器。