[发明专利]增程式燃料电池混合动力系统故障控制系统、方法及车辆

说明书

本发明公开了一种增程式燃料电池混合动力系统故障控制系统及方法，包括：两组或两组以上的动力系统，每一组动力系统包括燃料电池单元、升压电路和动力电池单元，所述燃料电池单元的输出经过升压电路后与动力电池单元连接；相邻组动力系统的燃料电池单元的输出端之间连接开关元件；控制单元，被配置为当某一组动力系统的燃料电池单元故障时，选择与其相邻组的动力系统，并控制相应的开关元件闭合，以实现相邻组燃料电池单元为故障组的动力电池单元进行充电。本发明在燃料电池故障工况下，仍可控制故障组动力电池单元SOC处于设定的SOC放电区间，避免深放工况，延长动力电池使用寿命。

技术领域

本发明涉及轨道车辆混合动力技术领域，尤其涉及一种增程式燃料电池混合动力系统故障控制系统、方法及车辆。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，增程式燃料电池混合动力系统一般包括燃料电池和动力电池；通过燃料电池和动力电池的共同协调作用，保证车辆在不同的工况下正常运行。

由于氢燃料电池的无污染、能量密度高等优点，氢燃料电池在作为轨道车辆用备用电源领域具有重大潜力。燃料电池以氢气和氧气为反应物，生成电与水，转换效率高且完全无污染、零排放，是未来车载能源的发展方向。

轨道交通车辆往往需要配置大功率的氢动力系统，各氢动力系统呈模块化布局；如果某一模块组的氢动力系统中燃料电池发生故障，则可能会造成该组的动力电池深度放电，降低电池的使用寿命，还可能会因为故障组动力电池SOC过低导致本组动力切除，降低列车运行性能，甚至撤线进库检修。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种增程式燃料电池混合动力系统故障控制系统、方法及车辆，该系统能够在某组氢动力系统燃料电池故障工况下，仍可控制故障组动力电池SOC处于设定的SOC放电区间，避免深放工况，延长动力电池使用寿命。

根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种增程式燃料电池混合动力系统故障控制系统，包括：

两组或两组以上的动力系统，每一组动力系统包括燃料电池单元、升压电路和动力电池单元，所述燃料电池单元的输出经过升压电路后与动力电池单元连接；相邻组动力系统的燃料电池单元的输出端之间连接开关元件；

控制单元，被配置为当某一组动力系统的燃料电池单元故障时，选择与其相邻组的动力系统，并控制相应的开关元件闭合，以实现相邻组燃料电池单元为故障组的动力电池单元进行充电。

作为进一步地方案，每一组动力系统对应一套牵引变流器；每一组动力系统中，动力电池单元的放电能力能够至少满足牵引变流器的功率需求。

作为进一步地方案，当某一组动力系统的燃料电池单元故障时，如果车辆处于牵引工况，则由故障组动力系统的动力电池单元和相邻组燃料电池单元共同为故障组的牵引变流器提供所需功率。

如果车辆处于匀速、惰行或停车工况，则由相邻组的燃料电池单元为故障组的牵引变流器提供牵引供电，同时为故障组的动力电池单元和该相邻组的动力电池单元进行充电。

如果车辆处于制动工况，燃料电池降载为最小输出功率，由再生制动反馈能量给动力电池单元充电。

作为进一步地方案，相邻组燃料电池单元的输出功率等于相邻组升压电路的给定功率与故障组升压电路的给定功率之和。

作为进一步地方案，相邻组升压电路的给定功率和故障组升压电路的给定功率分别依据与其连接的动力电池单元的SOC大小确定。

作为进一步地方案，择与其相邻组的动力系统时，如果与其相邻的只有一组动力系统，则选择该组作为相邻组；如果与其相邻的有两组动力系统，则选择两组动力系统中动力电池SOC大的一组作为相邻组。