[发明专利]具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明专利属于燃料电池汽车系统设计与控制技术领域。

背景技术

燃料电池混合动力汽车被认为是具有广阔应用前景的新能源汽车动力系统，在经济型以及排放方面具有较大的技术优势。燃料电池混合动力系统以其无污染，控制操作方便，安全性可靠性高等技术有点已经得到广泛关注。

现有燃料电池混合动力系统的燃料电池在峰值功率输出能力和功率输出的动态响应方面表现尚且不足，这使得燃料电池利用效率偏低，此外，由于燃料电池混合动力系统运行在制动或减速阶段时存在制动能量，目前制动能量仅由动力电池回收，当电池剩余容量达到上限时，制动能量需要靠机械装置损耗，导致能量利用率下降。

发明内容

本发明是为了解决现有的燃料电池混合动力系统燃料电池利用效率偏低以及制动能量利用率低的问题，提出了一种具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统及其控制方法。

本发明所述的具有弹性储能机构的燃料电池混合动力系统，它包括燃料电池系统1、燃料电池控制器2、单向DC/DC转换器3、动力电池4、电池管理系统5、逆变器6、驱动电机7、离合器8、弹性储能机构9、变速器10和整车控制单元11；

燃料电池系统1的电流信号输出端与单向DC/DC转换器3的电流信号输入端连接，单向DC/DC转换器3的电流输出端与逆变器6的电流信号输入端连接，逆变器6的电流信号输入端同时与动力电池4的电流信号输出端连接；

逆变器6的电流信号输出端连接驱动电机7的驱动信号输入端，驱动电机7的输出轴与变速器10的输入轴同轴连接，变速器10通过差速器12驱动汽车车轮；

弹性储能机构9的轴承通过离合器8与变速器10传动连接，整车控制单元11控制离合器8的开启或闭合；整车控制单元11的充放电控制信号输出端连接燃料电池控制器2的充放电控制信号输入端，整车控制单元11的电池状态信号输入端连接燃料电池控制器2的电池状态信号输出端；燃料电池控制器2的放电功率控制信号输出端连接燃料电池系统1的放电功率控制信号输入端，燃料电池控制器2的燃料电池状态信号输入端连接燃料电池系统1的电池状态信号输出端；

整车控制单元11的转换控制信号输出与转换状态输入端连接单向DC/DC转换器3的转换控制信号输入与转换状态输出端连接；

整车控制单元11的放电功率控制信号输出端连接电池管理系统5的放电功率控制信号输入端，整车控制单元11的动力电池状态信号输入端连接电池管理系统5的动力电池状态信号输出端；电池管理系统5的电能输出控制信号输出端连接动力电池4输出开关控制信号输入端，电池管理系统5的电池状态信号输入端连接动力电池4电能状态输出端；

驱动电机7的转速和转矩信号输出端连接整车控制单元11的电机状态信号输入端；

整车控制单元11的逆变器转换控制信号输出端连接逆变器6的电流转换控制信号输入端；

整车控制单元11的储能机构功率输出控制信号输出与储能机构储能状态输入端连接弹性储能机构9的输出控制输入与储能状态输出端；

整车控制单元11的变速器状态输入与变速器功率控制信号输出端连接变速器10的状态信号输出与功率控制信号输入端；

整车控制单元11与燃料电池控制器2、单向DC/DC转换器3、电池管理系统5、逆变器6、驱动电机7、弹性储能机构9和变速器10之间均通过CAN总线连接。

进一步地，弹性储能机构9包括变速装置和弹性储能箱；所述变速装置包括一号箱体、一号传动轴911、储能齿轮912、释能齿轮913、二号传动轴914、一号开关管组916、一号电磁铁917、一号永磁铁918、换挡叉919和中间齿轮920；

储能齿轮912和释能齿轮913均套接在一号传动轴911的上，且储能齿轮912位于释能齿轮913的上侧，中间齿轮920为一个轴承上套接有两个齿轮构成，且两个齿轮分别位于所述轴承的上、下两端；储能齿轮912与中间齿轮920的上齿轮的一侧传动连接，中间齿轮920上齿轮的另一侧位于换挡叉919的插头内，一号永磁铁918固定在换挡叉919的插头底座的下端，一号电磁铁917位于一号永磁铁918的正下方，一号电磁铁917的正负电源接线端通过一号开关管组916与汽车电池的正负电极连接；

中间齿轮920的下齿轮与二号传动轴914通过齿轮咬合连接；储能齿轮912、释能齿轮913和中间齿轮920均位于一号箱体内；一号传动轴911的顶端穿过一号箱体与二号离合器8同轴连接；二号传动轴914下端穿过一号箱体与弹性储能箱的轴承同轴连接。