專利名稱：用于燃料電池交通工具的雙端逆變器驅(qū)動系統(tǒng)及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此描述的主題的實施例通常涉及交通工具(vehicle)驅(qū)動系統(tǒng)，更具體 地，本主題的實施例涉及具有雙端逆變器驅(qū)動系統(tǒng)的混合動力頓工具。
背景技術(shù)：
近年來，技術(shù)的進步和對款式品位的不斷發(fā)展變化導致汽車設(shè)計的巨大變 化。變化之一涉及汽車中各種電氣系統(tǒng)的功率利用和復雜性，特別是指例如混 合動力、電動和燃料電池交通工具的替代燃料 工具。
包括在這些交通工具中所使用的電動機在內(nèi)的許多電氣部fNf收來自交流 (AC)電源的電功率。然而，在這類應(yīng)用中所使用的電源(例如，電池)僅提 供直流(DC)功率。因此，4頓稱為"功率逆變器"的裝置來將DC功率轉(zhuǎn)換 為AC功率，該裝置通常利用工作在不同時間間隔的數(shù)個開關(guān)或晶體管來將DC 功率轉(zhuǎn)換為AC功率。
此外，這類交虹具，特別是燃料電池交通工具，經(jīng)常i頓兩個獨立的電 壓源(例如，電池(batteiy)和燃料電池(fUdcell))來為驅(qū)動^的電動機供 電。通常使用諸如直流到直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器(converter)的"功率轉(zhuǎn)換器" 來管理和傳送來自這兩個電壓源的功率。現(xiàn)代DC/DC轉(zhuǎn)換器通常包括由電繊 電互連的晶體管。通過控制各個晶體管的狀態(tài)，育,將所期望的平均電流施加 到電感中并因此控制兩個電壓源之間的功率流。
同時使用功率逆變器和功率轉(zhuǎn)換器大大增加了汽車電氣系統(tǒng)的復雜性。兩 種裝置所需要的額外部件還增加了交通工具的總成本和重量。此外，大多數(shù)燃 料電池交通工具和/或系統(tǒng)被設(shè)計為從燃料電池提供交通工具操作所需的所有牽 引功率。這導im燃料電池堆的超裕度設(shè)計，因為其必須提供交通工具所需的峰值功率。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于交通工具的電驅(qū)動系統(tǒng)的裝置。該電驅(qū)動系統(tǒng)包括配置為 提供牽引功率給交通工具的電動機。第一逆變器耦合至該電動機，并配置為提
供交流電流給該電動機。燃料電池耦合至該第一逆變器，其中該第一逆變器被 配置為從該燃料電池提供功率流給該電動機。第二逆變器耦合至該電動機，并 被配置為提供交流電流給該電動機。能量源耦合至該第二逆變器，其中該第二 逆變器被配置為在該能量源和該電動機之間提供功率流?？刂破黢詈现猎摰谝?逆變器和該第二逆變器，并被配置為在該電動機的運行過程中從該燃料電池提 供恒定功率。
提供了一種用于汽車驅(qū)動系統(tǒng)的裝置。該汽車驅(qū)動系統(tǒng)包括在運行期間具 有平均所需功率的交流電機。第一逆變器耦合至該交流電機，并被配置為提供 交流電流給該交流電機。燃料電池耦合至該第一逆變器，其中該第一逆變器被 配置為從該燃料電池提供功率流給該交流電機。第二逆變器耦合至該交流電機， 并被配置為提供交流電流給該交流電機。能量源耦合至該第二逆變器，其中該 第二逆變器被配置為在該能量源和該交流電機之間提供功率流?？刂破黢詈现?該第一逆變器和該第二逆變器，并配置為從該燃料電池提供該平均所需功率給 該交流電機。
提供了一種使用耦合至燃料電池和能量源的雙端逆變器系統(tǒng)控制電動機的 方法。該方法包括從該燃料電池提供恒定功率給該電動機，其中該燃料電池被 配置為使得該疸定功率對應(yīng)于具有峰值效率的燃料電池工作點。如果該電動機 的所需功率大于該恒定功率，該方法進一步包括從該能量源提供功率給該電動 機。如果該所需功率小于該恒定功率，該方法包括使用該燃料電池對該能量源 進行充電。
提供本發(fā)明內(nèi)容以用簡化的形式介紹一些精選的概念，這些概念將在下文 中進一步詳細描述。本發(fā)明內(nèi)容并不打算識別所要求專利保護的主題的關(guān)鍵特 征或本質(zhì)特征，也不打算用作輔助確定所要求專利保護的主題的范圍。


6結(jié)合附圖，參考具體實施方式
和權(quán)利要求書可以更完整地理解本主題，其 中在所有附圖中相同的附圖標記指代樹以的元件。
圖1為根據(jù)一個實施例的示例性汽車的方框亂
圖2為根據(jù)一個實施例的適用于圖1中汽車的示例性燃料電池的極化曲線 圖，其示出了作為電流的函數(shù)的燃料電池電壓電平和功率輸出；
圖3為適用于圖1中的汽車的雙端逆變器系統(tǒng)的實施例的示意亂禾口
圖4為根據(jù)一個實施例的電機控制過程的流程圖。
具體實施例方式
下述詳細說明本質(zhì)上僅僅是說明性的且并不打算限制本主題或本申請的實 施例和這些實施例的應(yīng)用和用途。如在此所使用的，詞語"示例性"表示"用 作一個例子、實例或例證"。這里描述為示例性的任何實施方式并不一定要解釋
為相比其他實施方式^im的或有利的。此外，不打算受前面的技術(shù)領(lǐng)域，背
景技術(shù)，發(fā)明內(nèi)容或者下面的具體實施方式
中所給出的明示或者暗示的理論的 束縛。
以下描述涉及被"連接"或'耦合"在一起的元件或節(jié)點或特征。如這里所使 用的，除非另有明確說明，"連接"指的是一個元件/節(jié)點/特征直接接合到另一個 元件/節(jié)點/特征(或者直接與其通信)，且不一定是通過機械方式。同樣，除非 另有明確說明，"耦合"指的是一個元件/節(jié)點/特征直接或間接地接合到另一個元
件/節(jié)點/特征(或者直接或間接地與其通信)，且不一定是ilil機械方式。因此， 盡管在此所示的示意圖描繪了元件的示例性配置，但在所述主題的實施例中也 可存在附加的中間元件、體、特征或部件。此外，除非上下文明確指出，否 則術(shù)語"第一"、"第二"或其它這類涉及結(jié)構(gòu)的數(shù)詞不表示次序或順序。
為了簡單起見，有關(guān)信令、傳感器和系統(tǒng)的其它功能方面(和系統(tǒng)的各個 操作部件)的常規(guī)技術(shù)可能在此不做詳細描述。此外，在這里所包含的各個附 圖中所示的連接線旨在j樣各元件之間的示例性功能關(guān)系和域物理耦合。應(yīng)當 注意在本主題的實施例中可以存在許多可選的或附加的功能關(guān)系或物理連接。
在此所討論的技斜t]概念涉M"魏工具中燃料電池的使用進行優(yōu)化?？?以選SM料電池以在某個電壓電平下提供恒定功率，其中對于該給定的電壓電 平該燃料電池操作在峰值效率處或鄰近峰值效率。這就避免了對燃料電池進行超裕度設(shè)計并且可以提高燃料電池的效率和/或壽命?？梢允褂弥T如電池的第二 能量源來提供交通工具可能需要的任何附加的峰值功率。
現(xiàn)在參見附圖l，根據(jù)一個實施例，交通工具或汽車10包括底盤12、車體
14、四個車輪16和電子控制系統(tǒng)18。車體14配置在底盤12上并且基本±#寸閉 汽車10的其它部件。車體14和底盤12 —起形成了車架。旨車輪16在車體 14的相應(yīng)拐角附近旋轉(zhuǎn)耦合至底盤12。
汽車10可以是多種不同類型汽車中的任意一種，例如，私家轎車、貨車、 卡車、或運動型多功能車(SUV)，并且可以是兩輪驅(qū)動(2WD)(即，后輪驅(qū) 動或前輪驅(qū)動)、四輪驅(qū)動(4WD)、或全輪驅(qū)動(AWD)。汽車10還可合并多 種不同類型的發(fā)動機中的任意一種或其組合，所述發(fā)動機例如汽油或柴油燃料 內(nèi)燃機，"靈活燃料型，，(flexfoelvehicle) (FFV)發(fā)動機(即，使用汽油和 酒精的混合物)，氣體混合物(例如，氫氣和天然氣)燃料發(fā)動機，內(nèi)燃電動機 混合發(fā)動機，以及電動機。
在圖1所示的示例性實施例中，汽車10進一步包括電機20、燃料電池模 塊22、能量源24、功率逆變器裝置26和散熱器28。如所示的，燃料電池模士央 22禾Q能量源24可操作通信和/或電連接至電子控制系統(tǒng)18和功率逆變器裝置 26。在運行中，fflii用電機20給:^16提供功率來操作汽車10，電機20力規(guī) 料電池模塊22和能量源24接收功率。
在示例性實施例中，電機20是多相交流(AC)電機并包括一組繞組(或 線圈)，其中#^繞組對應(yīng)于電機20的一相。盡管未示出，但如本領(lǐng)域技術(shù)人 員所明白的，電機20包含定子總成(包含線圈)、轉(zhuǎn)子總成(包含鐵磁芯)、和 7賴卩流體(即冷卻劑)。電機20可以是感應(yīng)電機、永磁電機、或適用于期望應(yīng) 用的任意一種電機。如圖1所示，電機20還可包括集成在其中的變速器 (transmission),使得電機20和該變速器通過一個或多個傳動軸30機械耦合到 至少一些車輪16。
在示例性實施例中，散熱器28連接至車架外部，并且盡管未詳細示出，但 散熱器28包括含有諸如水和/或乙二醇(g卩，"防凍劑")的冷卻流體(g卩，7賴卩 劑)的多個y襯卩通道，并耦合至功率逆變器裝置26和電機20。在一個實施例中， 功率逆變器裝置26接收冷卻劑并與電機20 —起共用y賴卩劑。在可選實施例中， 功率逆變器裝置26和/或電機20為氣冷。在示例性實施例中，電子控制系統(tǒng)18與電機20、燃料電池模塊22、能量 源24和功率逆變器裝置26可操作通信。盡管未詳細示出，但電子控制系統(tǒng)18 可包括各種傳感器和汽車控制模塊或者電子控制單元(ECU)，如逆變器控制模 塊和交通工具控制器，以及至少一個處理器和/或包含存儲在其上(或另一種計 ^m可讀介質(zhì)中)的指令的存儲器，所述指令用以執(zhí)行下述過程和方法。
盡管未示出，但在一個實施例中，燃料電池模塊22除了其他部件以外包括 具有陽極、陰極、電解質(zhì)和催化齊啲燃料電池。如通常所理解的，陽極、或負 電極傳導從例如氫分子中釋放的電子使得它們可用于外部電路中。陰極、或正 電極將這些電子從外部電路傳導回催化劑，在此它們可與氫離子和氧重新結(jié)合 形成7義。電解質(zhì)、或質(zhì)子交換膜僅傳導帶正電的離子而阻止電子，而催化劑促 進氧和氫的反應(yīng)。根據(jù)該實施例，可以使用電解質(zhì)、燃料和氧化劑的各種組合， 且本領(lǐng)域中應(yīng)當理角裕lt哳述的主題可應(yīng)用于任何類型的燃料電池模塊22。
在示例性實施例中，燃料電池模塊22可以包括fflil串聯(lián)(例如，以獲得更 高的電壓電平)禾Q/或并聯(lián)(例如，以獲得更大的電流)組合單4^燃料電池而形 成的燃料電池堆或模塊。在示例性實施例中，如下所述，基于組 料電池模 塊22的一個(或多個)單個燃料電池的電壓電平，對于燃料電池模塊22所提
供的電流(例如，功率)燃料電池模塊22具有峰值效率或最tto:作點(或范圍)。
如在本領(lǐng)域中所理解的，峰值效率或最優(yōu)工作點對應(yīng)于在給定電壓電平下電能 輸出與輸入能量的比值為最大值時的功率輸出(該給定電壓電平時的電流輸 出)。
現(xiàn)在參見附圖2，在示例性實施例中，燃料電池模塊22包括一堆單^jt料 電池，其中旨單4^燃料電池可以用與圖2中所示的工作極化曲線相似的工作 極化曲線 征。如所示的，燃料電池的電壓Vrc相對于該燃料電池所提供的 電流而變化，這產(chǎn)生了功率輸出PojT。在操作過程中，由于不可逆的損耗(Pmss) 燃料電池電勢(VFC)從其最大理論或平衡電勢(Veq)減小。在示例性實施例 中，損耗(Pmss)在電流低于第一電流(I!)和電流高于第二電流(12)時為非 線性。如本領(lǐng)域中所理解的，當電流低于h時，燃料電池經(jīng)歷活化極化損耗 (activationpolarization loss),且當電流高于12時，燃料電池經(jīng)歷濃差極化損耗。
然而，如圖所示，損耗PLOSS在由^和l2所限定的電流范圍內(nèi)相對為線性的(例
如，歐姆損耗)。在示例性實施例中，燃料電池效率(例如，Pout與Ploss的比)
9在1和12之間的相對線性區(qū)域中最大。在示例性實施例中，燃料電池模塊22被 設(shè)計為使得組成該燃料電池模塊22的一個(或多個)燃料電池工作在It和l2之 間。根據(jù)一個實施例，可設(shè)計燃料電池堆使得在操作中每個燃料電池電壓電平 對應(yīng)于該線性區(qū)域(例如，V2《Vfc《V。，如下所述。
再次參見圖l,根據(jù)該實施例，能量源24可包括電池(batteiy)、另一燃料 電池、超級電容器、或者另一適合的電壓源。該電池可以是適用于期望應(yīng)用中 任一類型的電池，如鉛酸電池、鋰離子電池、鎳金屬電池、或另一可再充電電 池。在示例性實施例中，如下文詳細所述，功率逆變器裝置26被配置為提供功 率給電機20、燃料電池模決22和能量源24，或從電機20、燃料電池模塊22 和能量源24提供功率。
現(xiàn)在參見圖3，根據(jù)一個實施例，雙端逆變器系統(tǒng)32可適于驅(qū)動電機20。 該雙端逆變器系統(tǒng)32包含電機20、燃料電池模塊22、育g量源24、功率逆變器 裝置26和控制器34。為了給電機20供電，從燃料電池模塊22和能量源24給 功率逆變器裝置26提供DC功率，功率逆變器裝置26基于速度、命令的轉(zhuǎn)矩 (即，命令的同步幀電流)和其它電機參數(shù)將該DC功率轉(zhuǎn)換為提供給電機繞組 36的AC功率，如本領(lǐng)域中通常理解的。
再參見圖2，逆變器裝置26包含第一逆變器38和第二逆變器40， *逆
變器包含六個具有反并聯(lián)二極管(即，與每個開關(guān)反并聯(lián))的開關(guān)(例如，半 導 件，如晶體管和/或開關(guān))。如圖所示，部分38和40中的開關(guān)被布置為三 對(或支路(leg))，其中開關(guān)對42、 44和46位于第一逆變器38中且開關(guān)對 48、 50和52位于第二逆變器40中。在示例性實施例中，如同所示，電機20 的繞組36在其相對端電耦合在第一逆變器38中的開關(guān)對42、 44、 46與第二逆 變器40中的開關(guān)對48、 50、 52的開關(guān)之間。該雙端逆變器系統(tǒng)32還可包含第 一和第二電容器54和56以在操作過程中平滑電流紋波，其中第一和第二電容 器分別與燃料電池模塊22和能量源24并聯(lián)連接。
仍然參見圖3 ，控制器34與第一和第二逆變器38和40可操作通信_§7或電 連接到第一和第二逆變器38和40?？刂破?4 (例如，通過加速器踏板或電子 控制系統(tǒng)18)對接收自汽車10的駕駛員的命令做出響應(yīng)。在示例性實施例中， 如所理解的那樣，控制器34被配置為利用高頻脈寬調(diào)制(PWM)對逆變器38， 40進行調(diào)制和控制?？刂破?4提供控制算法，當在電機20內(nèi)生成命令的轉(zhuǎn)矩時，該算法在燃料電池模塊22和能量源24之間實現(xiàn)所期望的功率流。繞組36 兩端的電壓的許多組合可在電機20中生成命令的轉(zhuǎn)矩并實現(xiàn)燃料電池模塊22、 能量源24和電機20之間期望的功率流。如本領(lǐng)±#萬理解的那樣，控制器34提 供PWM信號來操作卿，調(diào)制)第一和第二逆變器38和40中的開關(guān)以將期 望的輸出電壓施加到繞組36兩端從而用所需車轉(zhuǎn)巨操作電機20。
再次參見圖2和3，在示例實施例中，將雙端逆變器系統(tǒng)32配置和/或設(shè)計 為最大化燃料電池模塊22的效率(即，電能輸出與輸入能量的比)并且最小化 系統(tǒng)施加給燃料電池模塊22的壓力。如上所述，燃料電池模塊22的效率取決 于由其所提供(或從其所汲取)的功率和/或電流的量。在示例性實施例中，可 將燃料電池模塊22 (例如，燃料電池堆)設(shè)計為實現(xiàn)對應(yīng)于燃料電池模塊22 的最優(yōu)效率的電壓電平和電流輸出。根據(jù)一個實施例，電機20 (或交通工具) 在運行中具有(基于轉(zhuǎn)矩命令的)平均所需功率。可將燃料電池模塊22設(shè)計為 使得當燃料電池模塊22產(chǎn)生該平均所需功率(或電流)時，工作點位于最優(yōu)效 率范圍內(nèi)且組成燃料電池模塊22的一個(或多個)燃料電池在運行中具有位于 V,和V2之間的電壓(VFC)。根據(jù)一個實施例，將雙端逆變器系統(tǒng)32配置為通 過在電機20的運行過程中從燃料電池模塊22給電機20提供對應(yīng)于燃料電池峰
值效率的連續(xù)和/或恒定功率(例如，電流)而在峰值效率或最優(yōu)工作點處運行 該燃料電池模塊22。
在示例性實施例中，將能量源24設(shè)計為提供電機20所需的任何峰值功率 (例如，超過燃料電池模塊22所提供功率的功率)并與燃料電池模塊22—起有 效(efficiently)運行。例如，如果電機20 (或交通工具)在運行過程中具有最 大所需功率，能量源24應(yīng)當會灘提供該最大所需功率和由燃料電池?！姥?2所 提供的功率之間的差值給電機20。可以選擇或設(shè)計能量源24以使得最大化或優(yōu) 化能量源24的效率以便提供范圍從零到電機20所需峰值功率的功率值。例如， 在能量源24為電池的情況下，可以選擇電池的電壓電平或化學組成和/^M以 實現(xiàn)最有效運行。
現(xiàn)在參見圖4，在示例性實施例中，可將雙端逆變器系統(tǒng)32配置為執(zhí)行下 述的電機控制過程400和附加的任務(wù)、功能和操作。各種任務(wù)可以fflil軟件、 硬件、固件或其任意組合來執(zhí)行。為了論述起見，下面描述可引用上 結(jié)合圖1 一3所提及的元件。實際上，該任務(wù)、功能和操作可由諸如控制器34或電子控制系統(tǒng)18之類的所描述系統(tǒng)的不同元件來執(zhí)行。應(yīng)當理解任意數(shù)量的附加或可 選任務(wù)可包括且合并在具有未在此處詳細描述的附加功能的更為全面的進程或 過程中。
再次參見圖4，并繼續(xù)參見圖1一3，可響應(yīng)于來自交通工具控制模塊(例 如，電子控制單元或ECU)的信號或命令或者在交通工具起動時啟動電機控制 過程400。在示例性實施例中，電機控制過程400可確定要由燃料電池模i娥供 的連續(xù)和減恒定功率(或電流)(任務(wù)402)。根據(jù)一個實施例，該連續(xù)和/或恒 定功率是電機和/或交通工具所需的平均功率?；谝峁┑墓β?，選擇用于燃 料電池模塊的期望電流和相應(yīng)的電壓電平，其中當提供該連續(xù)和/或恒定功率 (即，電流)時其對應(yīng)于峰值效率點(任務(wù)404)。應(yīng)當明白燃料電池模塊的峰值 效率點(或最優(yōu)運行范圍)可基于化學組成(例如，燃料電池的類型或電解質(zhì) 類型)、燃料電池的效率特性和燃料電池堆中燃料電池的數(shù)量而變化。電機控制 過程400被ffiS為將來自燃料電池模塊的連續(xù)功率提供給電機(任務(wù)406)。例 如，控制器可以調(diào)制逆變器以使得恒定功率/AM料電池模塊流到電機。
在示例性實施例中，電機控制過程400被配置為對逆變器進fiH周制以基于 實時道路狀況從電機和另一育遣源提供功率/提供功率至電機和另一能量源(任 務(wù)408)。例如，在電機和/或交通工具需要的功率多于燃料電池模塊被配置提供 的功率(即，連續(xù)和域恒定功率)的情形下，可對逆變器進行調(diào)制以從能量源 供給附加的或峰值功率?？蛇x地，如果電機和/或交通工具需要的功率小于燃料 電池模塊提供的功率，貝何調(diào)制逆變器以使用燃料電池模i央所提供的多余的功 率為能量源充電。在示例性實施例中，對逆變器進行調(diào)制，使得耦合至燃料電 池模塊22的逆變器38相對于電機20中的電流以單位功率因數(shù)運行。當逆變器 38以單位功率因數(shù)運行時，逆變器38育,在燃料電池模塊22提供電機20所消 耗的全部功率(例如，電機需要的功率小于或等于平均功率)時向電機20提供 最高的可能輸出電壓。第二逆變器40可以提供由電機20消耗的任意無功功率。 這種類型的運行^最大可持續(xù)連續(xù)負載狀況并最小化了雙端逆變器系統(tǒng)32的 所需電流額定值。由于阻性損耗與增大的電流成比例地增加，這就提高了整個 系統(tǒng)的效率。應(yīng)當明白第一逆變器32不需要在所有情況下都以單位功率因數(shù)運 行，但是，這樣做可以在燃料電池?！蓝鸸┕β蕰r獲得更高的系統(tǒng)電壓。
iM (ffi料電、Mit行在峰值效率點，并且在道路狀況所需時利用雙端逆變器系統(tǒng)來從另一能量源提供附加的功率，上述系統(tǒng)和域方法提供了一種提高燃 料電池交通工具的工作效率的方式?？蓪⑷剂想姵囟言O(shè)計為和/或?qū)⑵浯笮≈谱?為在峰值效率點處提供恒定和/或連續(xù)功率。類似地，可對另一能量源進行選擇 或設(shè)計以提高效率。
還可以實現(xiàn)雙端逆變器系統(tǒng)的其它特征，如各種功率流或功率傳輸。燃料 電池和能量源可以在無附加功率電子設(shè)備的情況下分擔峰值電機負載。如上所 述，在允許多余功率對能量源進行充電的同時，并未削弱電機的性能且在電機 內(nèi)仍然可生成命令的轉(zhuǎn)矩。
其它實施例完全可在不同類型的汽車、不同的交i!X具(例如，7jC運工具 和航空器)、或不同的電氣系統(tǒng)中利用，的系統(tǒng)和方法，正如其可在任何使用 燃料電池作為電驅(qū)動系統(tǒng)的一部分的情形下實施一樣。此外，電機和逆變器可 具有不同的相數(shù)，且在此所述的系統(tǒng)不應(yīng)解釋為限于三相設(shè)計。如本領(lǐng)域所明 白那樣，在此所討論的基本原理可以延伸至更階相系統(tǒng)?？梢允褂闷渌问降?br> 育g量源，如包含有二極管整流器、晶閘管轉(zhuǎn)換器(thyristorcoiwerter)、燃料電池、 電 、電容器和/或其任意組合的負載和電流源。
盡管在前述的詳細說明中已經(jīng)給出了至少一個示例性實施例，但應(yīng)當明白 存在大量變型。還應(yīng)明白在此所述的一個或多個示例性實施例并不打算以任何 方式對所要求專利保護的主題的范圍、應(yīng)用、或配置進行限制。相反，前述詳 細說明將為本領(lǐng)域技術(shù)人員實施所述實施例提供方便的指導方針。應(yīng)當理解， 在不脫離權(quán)禾腰求書所限定的范圍的前提下，可以對元件的功能和布置進行各 種改變，所述范圍包括在提交本專利申請時己知的等效方式和可預(yù)見的等效方 式。
權(quán)利要求
1、一種用于交通工具的電驅(qū)動系統(tǒng)，包括配置為給交通工具提供牽引功率的電動機；耦合至電動機的第一逆變器，該第一逆變器被配置為提供交流電流給電動機；耦合至第一逆變器的燃料電池，其中第一逆變器被配置為從燃料電池提供功率流給電動機；耦合至電動機的第二逆變器，該第二逆變器被配置為提供交流電流給電動機；耦合至第二逆變器的能量源，其中第二逆變器被配置為提供能量源和電動機之間的功率流；和耦合至第一逆變器和第二逆變器的控制器，該控制器被配置為在電動機的操作過程中從燃料電池提供恒定功率。
2、 如權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動系統(tǒng)，其中控制^H皮配置為實現(xiàn)能量源和電 動機之間的期望功率流。
3、 如權(quán)利要求l所述的電驅(qū)動系統(tǒng)，其中該恒定功率對應(yīng)于燃料電池的具 有峰值效率的工作點。
4、 如權(quán)利要求3所述的電驅(qū)動系統(tǒng)，該交通工具在運行中具有平均所需功 率，其中該恒定功率基本上等于該平均所需功率。
5、 如權(quán)利要求3所述的電驅(qū)動系統(tǒng)，其中該控制fll皮配置為如果在交ffiX 具運行過程中所需的功率大于該恒定功率，貝l縱能量源提供功率給電動機。
6、 如權(quán)利要求3所述的電驅(qū)動系統(tǒng)，其中該控制^l皮配置為如果在交虹具運fi^l程中所需的功率小于該恒定功率，貝U對能量源充電。
7、 如權(quán)利要求3所述的電驅(qū)動系統(tǒng)，該交通工具具有等于最大所需功率和 該g定功率之間的差值的峰值功率，其中該能量源被配置為使得能量源在提供 小于或等于該峰值功率的功率時有效運行。
8、 如權(quán)利要求7所述的電驅(qū)動系統(tǒng)，其中該能量源為電池。
9、 如權(quán)利要求l所述的電驅(qū)動系統(tǒng)，其中該燃料電池被配置為使得該恒定 功率對應(yīng)于具有峰值效率的燃料電池工作點。
10、 如權(quán)利要求9所述的電驅(qū)動系統(tǒng)，其中該控制器被配置為對第一逆變器和第二逆變器進衍雕艦得第一逆變器以單位功率因數(shù)運行。
11、 一種汽車驅(qū)動系統(tǒng)，包括AC電機，該AC電機在運行中具有平均所需功率；耦合至該AC電機的第一逆變器，該第一逆變器被配置為提供交流電流給 該AC電機；耦合至該第一逆變器的燃料電池，其中該第一逆變器被配置為從該燃料電 池提供功率流給該AC電機；耦合至該AC電機的第二逆變器，該第二逆變器被配置為提供交流電流給該AC電機；耦合至該第二逆變器的能量源，其中i織二逆變器皮配置為在該能量源和該AC電機之間提供功率流；和耦合至該第一逆變器和第二逆變器的控制器，該控制器被配置為從該燃料電池提供該平均所需功率給AC電機。
12、 如權(quán)利要求ll所述的汽車驅(qū)動系統(tǒng)，該燃料電池具有電壓電平，其中 選擇該電壓電平，使得該平均所需功率對應(yīng)于對于該電壓電平具有峰值效率的 工作點。
13、 如權(quán)利要求12所述的汽車驅(qū)動系統(tǒng)，其中該控制器被配置為如果在運 行過程中所需的功率小于該平均所需功率則對能量源充電。
14、 如權(quán)利要求12所述的汽車驅(qū)動系統(tǒng)，其中該控制:^皮配置為如果在運 行過程中所需的功率大于該平均所需功率則從該能量源提供功率給該AC電機。
15、 如權(quán)利要求12所述的汽車驅(qū)動系統(tǒng)，其中該控制^l皮配置為對第一逆 變器禾嗨二逆變器進行調(diào)制以使得該第一逆變器以單位功率因數(shù)運行。
16、 如權(quán)利要求ll所述的汽車驅(qū)動系統(tǒng)，該汽車驅(qū)動系統(tǒng)具有等于最大所 需功率和該平均所需功率之間的差值的峰值功率，其中該能量源被配置為使得 該能量源在提供小于或等于該峰值功率的功率時有效運行。
17、 一種4頓耦合至燃料電池和能量源的雙端逆變器系統(tǒng)控制電動機的方 法，該電動機具有所需功率，該方法包括從該燃料電池提供恒定功率給該電動機，其中該燃料電池被配置為使得該恒定功率對應(yīng)于具有峰值效率的燃料電池工作點；如果該所需功率大于該恒定功率，從該能量源提供功率給該電動機；禾口如果該所需功率小于該恒定功率，使用該燃料電池對該能量源進行充電。
18、 如權(quán)利要求17所述的方法，進一步包括以單位功率因數(shù)運行耦合在該 燃料電池和電動初之間的第一逆變器。
19、 如權(quán)利要求17所述的方法，其中該恒定功率基本上等于平均所需功率。
20、 如權(quán)利要求17所述的方法，i亥燃料電池具有電壓電平，該方法進一步 包括選擇該燃料電池的電壓電平以使得該恒定功率對應(yīng)于對于該電壓電平具有 峰值效率的工作點。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于燃料電池交通工具的雙端逆變器驅(qū)動系統(tǒng)及操作方法。提供了用于燃料電池交通工具的雙端逆變器驅(qū)動系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。一種用于交通工具的電驅(qū)動系統(tǒng)包括配置為提供牽引功率給交通工具的電動機。第一逆變器耦合至該電動機，并配置為提供交流電流給該電動機。燃料電池耦合至第一逆變器以從燃料電池提供功率流給電動機。第二逆變器耦合至該電動機，并配置為提供交流電流給該電動機。能量源耦合至第二逆變器以提供該能量源和電動機之間的功率流?？刂破黢詈现恋谝荒孀兤骱偷诙孀兤?，并配置為在電動機運行過程中從燃料電池提供恒定功率。
文檔編號B60L15/00GK101607531SQ200810173769
公開日2009年12月23日 申請日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者B·A·維爾奇科, G·S·史密斯, G·約翰, J·M·納加施馬, M·佩里西克, S·查克拉巴蒂 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司