[发明专利]一种燃料电池汽车功率系统模拟平台及方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池汽车功率系统模拟平台及方法，包括储能单元，提供输出电压；第二组DC‑DC转换电路，为降压型双向三相直流转换电路，对由储能单元施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压；被测DC‑DC转换电路，为单向直流转换电路，对第一组DC‑DC转换电路施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压；第一组DC‑DC转换电路，为降压型双向三相直流转换电路，对由被测DC‑DC转换电路施加至该电路的DC电压进行转换，并输出转换后的DC电压至储能单元、第二组DC‑DC转换电路。该一种燃料电池汽车功率系统模拟平台及方法与现有技术相比，可将测试消耗能量在系统中进行循环，无须大功率并网回馈，减小研发办公地点对大功率电源测试的限制。

技术领域

本发明涉及可再生能源氢燃料应用领域，具体地说是一种实用性强、燃料电池汽车功率系统模拟平台及方法。

背景技术

氢燃料电池是绝对清洁和零污染排放的且车辆添加氢燃料简单快速。氢燃料电池系统质量轻，结构简单，化学反应效率高，其动力强劲，续航里程远，是未来公交运输，重载物流运输的理想动力形式。 氢燃料电池汽车动力系统由氢燃料电池、直流功率变换器、车载动力电池组、电驱逆变器、电机五大部分组成，后三者为传统纯电动汽车主要动力组成部分，简称“三电系统”。其中直流功率变换器（简称DC-DC）是连接氢燃料电池与车载动力电池的必不可少的重要组成部分。DC-DC将燃料电池输出电压与车载动力电池电压合理进行匹配，并为“三电”系统持续提供汽车续航所需能量。现有DC-DC测试解决方案大多通过大功率电源来提供DC-DC的输入，DC-DC输出直接消耗在负载电阻上。由于DC-DC功率较大（30 kW-120kW）通过此方案测试会消耗大量的能量，并在测试空间内产生大量的热。而且大功率电阻负载的体积庞大，更占据了很多研发办公空间。为减少测试过程中不必要的能量消耗，以电力电子变换器并网为基础的测试平台成为了DC-DC常用的解决方案。但是，大功率的并网对办公研发生产场地电力系统要求较高，往往需要铺设大功率三相电缆及配电柜等设施。所以此并网方案并不适用所有办公研发场地。

进一步的，针对上述不足可参照附图1、图2、图3、图4，其中：

图1为现有氢燃料电池汽车动力系统的系统框图，其结构由氢燃料电池、直流功率变换器、车载动力电池组、电驱逆变器、电机五大部分组成，其中DC-DC是连接氢燃料电池与车载动力电池的必不可少的重要组成部分。其电力电子拓扑原理图如图2所示。

DC-DC的输入为燃料电池输出电压，燃料电池为高阻抗特性，即燃料电池输出电压随输出功率增大而降低，所以DC-DC需具有宽幅输入特性。DC-DC输出端对接车载动力电池组（600 V）。车载动力电池组电压随电芯电量变化而变化。例如车辆加速，车载电池组为电机驱动提供较大瞬时功率，车载电池电压降低。当车辆刹车时，电机能量会回传给车载电池，使其电压升高，DC-DC输出测需迎合车辆运行时的暂态特性。在氢燃料电池汽车动力系统中，对DC-DC的性能要求极为挑战。所以一种高效节能并能模拟氢燃料电池车功率系统特性的DC-DC测试平台至关重要。

传统测试大功率DC-DC的方案如图3所示。此方法将从电网抽出的全部功率都消耗在了电阻负载上，产生大量热。显然不是一种有效节能的测试方法。功率为30 kW 测试10小时所消耗的电量为300度。

为减少测试过程中不必要的能量消耗，如图4所示的以电力电子变换器并网为基础的测试平台成为了测试DC-DC常用的解决方案：