專利名稱：燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元，尤其是涉及一種用于控制燃料電池、蓄電池和發動機間的電源流動的電源控制單元。
上述燃料電池通過電化學反應將諸如LNG、LPG、甲醇之類的氧化劑所釋放的化學能轉化成電能，并且它采用了易于在天然氣和空氣的氧氣中產生的氫氣。
為了解決諸如能源成本、環境污染、地球變暖之類的問題，燃料電池被用作車輛的電源以替換現有的內燃機。
然而當燃料電池被用作車輛的電源時，它具有這樣的缺點在它于開始的冷啟動階段被啟動之前，它不能產生足夠的電能來驅動發動機。
為了補償該缺點，研制了可同時使用電池和燃料電池的混合動力型車輛。
如上所述，傳統的燃料電池混合動力型車輛通過在燃料電池和車輛控制器之間安裝一個用作安全設備的繼電器，以阻止在車輛減速或停車時由發動機所產生的電動勢施加到燃料電池，從而無需用一個獨立的設備來管理特定電壓路徑，該路徑將高電壓提供給作為驅動源的發動機。
此外，傳統的具有電源連接單元的燃料電池混合動力型車輛具有這樣的缺點，即在對電源單元的極性進行控制時存在很多困難，其上的控制程序很復雜，這是由于要同時控制電源單元的負極(-)和正極(+)，并且控制程序不可以控制將來自燃料電池的電源、還是將來自蓄電池的電源作為提供給發動機的電源。
第一和第二切換單元最好包括多個開/關切換元件，第一切換元件和第二切換元件最好是繼電器，該繼電器根據來自于控制單元的控制信號來進行開/關切換。
此外，第一和第二切換單元的兩個繼電器最好彼此并聯連接。
控制單元最好是控制第一和第二切換單元的切換，使得電動機由燃料電池組所產生的電源來驅動。
此外，控制單元控制第一和第二切換單元的切換，使得電動機由蓄電池所產生的電源來驅動。
控制單元最好是控制第一和第二切換單元的切換，使得由燃料電池組所產生的電源被提供給蓄電池以作為充電電源。
此外，控制單元最好是控制第一和第二切換單元的切換，使得由燃料電池組所產生的電源以及由蓄電池所產生的電源被同時提供給發動機。
根據本發明另一實施例，燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元最好是進一步包括一個熔斷器，其用于保護蓄電池使之免于過電流，并且該熔斷器連接在第一切換單元和DC/DC轉換器之間，以阻止發動機的電動勢施加到燃料電池組。
結合附圖而參看下述詳細說明，則易于更全面地認識、且更好地理解本發明以及其伴隨而來的許多優點，在附圖中相同的附圖標記表示相同或類似的元件，其中
圖1給出了根據本發明的燃料電池混合動力型車輛的電源連接單元的結構框圖；圖2給出了當電動機僅僅是由燃料電池的電源來驅動時用于連接驅動電源的電壓流向狀態示意圖，該燃料電池處于根據本發明的燃料電池混合動力型車輛的電源連接單元中；圖3給出了當電動機僅僅是由蓄電池的電源來驅動時用于連接驅動電源的電壓流向狀態示意圖，該蓄電池處于根據本發明的燃料電池混合動力型車輛的電源連接單元中；圖4給出了在根據本發明的燃料電池混合動力型車輛的電源連接單元中，利用燃料電池電源對蓄電池進行充電時的電壓流向狀態示意圖。
優選實施例的詳細說明根據附圖而在下文中對本發明進行進一步的說明，在這些附圖中顯示了本發明的優選實施例。然而，本發明可以通過許多不同的形式加以實施，不應認為局限于這里所提出的實施例。
如圖1所示，根據本發明的燃料電池混合動力型車輛的電源連接單元100包括控制器110、第一繼電器接觸器(relay contactor)120、第二繼電器接觸器130、二極管140以及熔斷器150。
控制器110根據由點火開關10所提供的起動開/關信號而啟動/停用，并且當根據點火開關10的起動信號而提供操作電源時，控制器110進行控制，使得根據來自上部控制器70的控制信號，將通過DC/DC轉換器40而提供的蓄電池電源或在燃料電池組20中所產生的電源提供給發動機60。
此外，控制器110還進行控制，使得以燃料電池組20中所產生的電壓并通過制動發動機時所產生的再生制動能量(regenerative brakingenergy)，對蓄電池30進行充電。
第一繼電器接觸器120與燃料電池組20以及DC/DC轉換器相連，而該DC/DC轉換器又并聯地與換流器50的正極(+)連接，并且第一繼電器接觸器120包括第一繼電器121和第二繼電器123，根據控制器110的控制信號來切換第一和第二繼電器的觸點。如圖所示，第一繼電器121和第二繼電器123彼此并聯連接。
根據控制器110的控制信號來切換第一繼電器121和第二繼電器123，以將來自燃料單元組20的輸出電源提供給換流器50或者將來自蓄電池30的輸出電源提供給換流器50。
第二繼電器接觸器130與燃料單元組20以及DC/DC轉換器相連，該DC/DC轉換器又并聯地與換流器50的負極(-)連接，并且第二繼電器接觸器130包括第一繼電器131和第二繼電器133，根據控制器110的控制信號來切換第一和第二繼電器的觸點。
根據控制器110的控制信號來切換第一繼電器131和第二繼電器133，以將來自燃料單元組20的輸出電源提供給換流器50或者將來自蓄電池30的輸出電源提供給換流器50。
二極管140最好具有大電容并正向與連接燃料電池組20的正極(+)連接，以阻止在電動機60中所產生的高壓電動勢進入燃料電池組20。
熔斷器150與DC/DC轉換器40的正極(+)相連，當產生負載中的過電流或內流(inflow)電動勢時，該熔斷器150斷開，從而保護蓄電池30和整個系統。
具有上述結構的本發明的電源連接單元按照如下方式執行操作首先，當發動機60僅僅由燃料電池組20來驅動時，如圖2所示，控制器110檢測控制信號，該控制信號是來自上部控制器70的指令，用以僅僅利用由燃料電池組20所產生的電源來驅動發動機60，在這樣的狀態下，控制器110通過點火開關10的啟動觸點來接收啟動信息。然后，控制器110對第一和第二繼電器120和130的觸點進行切換，以僅僅利用由燃料電池組20所產生的電源來驅動發動機60。
換句話說，如圖所示，控制器110斷開第一繼電器接觸器120中的第一繼電器121的觸點并閉合第二繼電器123的觸點，并且它斷開第二繼電器接觸器130中的第一繼電器131的觸點并閉合第二繼電器133的觸點。
因此，形成了將燃料電池組20連接到換流器50的電壓/電流通路，以根據換流器50的PWM切換來驅動發動機60。
此外，當在初始冷啟動條件下僅僅使用蓄電池30的電源來驅動發動機60時，則如圖3所示，控制器110檢測控制信號，該控制信號是來自上部控制器70的指令，用以僅僅利用由蓄電池30所產生的電壓來驅動發動機60，在這樣的狀態下，控制器110通過點火開關10的啟動觸點來接收啟動信息。然后，控制器110對第一和第二繼電器接觸器120和130的觸點進行切換，從而僅僅利用由蓄電池30所產生的電源來驅動發動機60。
換句話說，如圖所示，控制器110斷開第一繼電器接觸器120中的第一繼電器121的觸點并閉合第二繼電器123的觸點，并且它斷開第二繼電器接觸器130中的第一繼電器131和第二繼電器133的觸點。
因此，形成了將蓄電池30連接到換流器50的電壓/電流通路，以根據換流器50的PWM切換來驅動發動機60。
另外，當燃料電池組20所產生的電源不用于驅動發動機60，而是僅僅用于對蓄電池30進行充電時，則如圖4所示，控制器110檢測一控制信號，該控制信號是來自上部控制器70的指令，用以將燃料電池組20所產生的電壓提供給蓄電池30以對其進行充電，而非利用燃料電池組20來驅動電動機60，在這樣的狀態下，控制器110通過點火開關10的啟動觸點來接收啟動信息。然后，控制器110對第一和第二繼電器接觸器120和130的觸點進行切換，從而僅僅利用由燃料單元組20所產生的電源來對蓄電池30進行充電。
換句話說，如圖所示，控制器110斷開第一繼電器接觸器120中的第一繼電器121的觸點和第二繼電器123的觸點，并且它斷開第二繼電器接觸器130中的第一繼電器131并閉合第二繼電器133的觸點。
因此，形成了燃料電池單元20與蓄電池30相連的電壓/電流通路，從而將燃料電池組20所產生的電源提供給蓄電池30，因此可對蓄電池30進行充電。
盡管上面描述了僅僅將驅動電源提供給發動機60的情況，但是裝配在燃料電池混合動力型車輛中的各種負載設備也可選擇性地與上述電源相連，以維持穩定的操作。
如上所述，本發明通過同時或選擇性地將電源提供給負載而提供了負載的穩定操作，并通過分別對應于每個電極進行控制而提供了方便的電壓控制。
雖然根據優選實施例對本發明進行了詳細的說明，但是應該理解的是本發明并不局域于這些公開的實施例，與此相反，本發明覆蓋了在不脫離所附權利要求的精神和范圍內所包含的各種修改和等價的方案。
權利要求
1.一種燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元，其包括第一切換單元，該第一切換單元的一端與燃料電池組以及DC/AC轉換器的正極并聯連接，且其另一端與換流器連接；第二切換單元，該第二切換單元的一端與所述換流器以及所述DC/AC轉換器的負極并聯連接，且其另一端與所述燃料電池組的負極連接；控制單元，該控制單元對所述的第一和第二切換單元的觸點進行切換，以控制將所述燃料電池組或所述蓄電池的電源提供給發動機；以及二極管，該二極管正向與所述燃料電池組的正極連接，以阻止所述發動機的電動勢進入所述燃料電池組。
2.根據權利要求1的燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元，其中所述的第一和第二切換單元包括多個開/關切換元件。
3.根據權利要求2的燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元，其中所述的第一和第二切換單元的切換元件是繼電器，該繼電器根據來自于所述控制單元的控制信號而切換開/關。
4.根據權利要求3的燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元，其中所述的第一和第二切換單元的繼電器彼此并聯連接。
5.根據權利要求1的燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元，其中所述控制單元控制所述的第一和第二切換單元的切換，從而使所述發動機由所述燃料電池組所產生的電源驅動。
6.根據權利要求1的燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元，其中所述控制單元控制所述的第一和第二切換單元的切換，從而使所述發動機由所述蓄電池所產生的電源驅動。
7.根據權利要求1的燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元，其中所述控制單元控制所述的第一和第二切換單元的切換，從而使得由所述燃料電池組所產生的電源被提供給所述蓄電池以作為充電電源。
8.根據權利要求1的燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元，其中所述控制單元控制所述的第一和第二切換單元的切換，從而使得由所述燃料電池組所產生的電源和由所述蓄電池所產生的電源被同時提供給所述發動機。
9.根據權利要求1的燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元，進一步包括熔斷器，該熔斷器保護所述蓄電池使其免于過電流，并且該熔斷器連接在所述的第一切換單元和DC/DC轉換器之間以阻止電動勢進入所述蓄電池。
全文摘要
本發明提出了一種燃料電池混合動力型車輛的電源控制單元，該電源控制單元包括第一切換單元、第二切換單元、控制單元、以及電極。第一切換單元的一端與燃料電池組以及DC/AC轉換器的正極并聯連接，并且其另一端與換流器相連。第二切換單元的一端與換流器以及DC/AC轉換器的負極并聯連接，并且其另一端與燃料電池組的負極相連。控制單元對第一和第二切換單元的觸點進行切換，以控制將燃料電池組或蓄電池的電源提供給發動機。二極管正向與燃料電池組的正極連接，以阻止發動機的電動勢施加到燃料電池組。
文檔編號B60L3/00GK1470415SQ0215960
公開日2004年1月28日 申請日期2002年12月27日 優先權日2002年7月23日
發明者李相 , 李相燉, 金泰佑 申請人:現代自動車株式會社