一种燃料电池电动汽车用鼓风机系统、控制方法及装置
阅读说明：本技术 一种燃料电池电动汽车用鼓风机系统、控制方法及装置 (Blower system for fuel cell electric vehicle, control method and device ) 是由 孙磊 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本申请提供的一种燃料电池电动汽车用鼓风机系统、控制方法及装置,包括：动力电池、多相电机控制器、燃料电池控制器FCU、包含至少两组三相绕组的电机、鼓风机泵头以及电堆模组,燃料电池控制器FCU对多相电机控制器进行变频控制调节,控制各组三相绕组输出对应的扭矩和转速,以驱动所述鼓风机泵头旋转,在电堆模组的输入端形成空气负压,为电堆模组的燃料电池阴极侧提供空气,保证电堆模组的正常运行。通过本申请提供的系统,当某一组三相绕组发生故障时,其他三相绕组仍能实现整车工作,有效避免鼓风机系统发生故障时,容易造成电堆反应失效,甚至造成电堆损坏的严重故障,从而提高了系统安全性能。(The application provides a blower system, a control method and a device for a fuel cell electric vehicle, which comprise the following steps: power battery, heterogeneous machine controller, fuel cell controller FCU, contain at least two sets of three-phase winding's motor, air-blower pump head and pile module, fuel cell controller FCU carries out frequency conversion control to heterogeneous machine controller and adjusts, controls each group's three-phase winding output torque and rotational speed that corresponds, in order to drive the air-blower pump head is rotatory, forms the air negative pressure at the input of pile module, provides the air for the fuel cell cathode side of pile module, guarantees the normal operating of pile module. Through the system that this application provided, when certain a set of three-phase winding breaks down, other three-phase windings still can realize whole car work, when effectively avoiding air-blower system to break down, cause the galvanic pile reaction to become invalid easily, cause the serious fault that the galvanic pile damaged even to system security performance has been improved.)
技术领域
本申请涉及电动汽车控制技术领域，尤其涉及一种燃料电池电动汽车用鼓风机系统、控制方法及装置。
背景技术
现有燃料电池车用鼓风机系统，如图1所示，主要采用直流无刷电机或者三相永磁同步电机驱动风机泵头，如果风机泵头用电机或者其控制器发生故障，会造成电堆反应失效，严重时会造成电堆损坏，从而降低了系统安全性能。
发明内容
本申请提供了一种燃料电池电动汽车用鼓风机系统、控制方法及装置，目的在于解决现有技术中如果风机泵头用电机或者其控制器发生故障，会造成电堆反应失效，严重时会造成电堆损坏，从而降低了系统安全性能的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
一种燃料电池电动汽车用鼓风机系统，包括：动力电池、电机控制器、燃料电池控制器FCU、电机、鼓风机泵头以及电堆模组，所述电机控制器为多相电机控制器，所述电机为包含至少两组三相绕组的电机，其中：
所述多相电机控制器的直流母线端与所述动力电池的输出端相连，所述多相电机控制器的交流输出端与各组所述三相绕组的定子绕组相连，各组所述三相绕组的转子绕组通过输出轴与所述鼓风机泵头相连；
所述燃料电池控制器FCU对所述多相电机控制器进行变频控制调节，控制各组所述三相绕组输出对应的扭矩和转速，以驱动所述鼓风机泵头旋转，在所述电堆模组的输入端形成空气负压，为所述电堆模组的燃料电池阴极侧提供空气。
优选的，所述多相电机控制器和所述多相电机为六相、九相、十二相或十五相。
优选的，所述燃料电池电动汽车用鼓风机系统还包括：
设置在所述鼓风机泵头的空气出口端与所述电堆模组的输入端之间的质量流量传感器，所述质量流量传感器用于采集所述鼓风机泵头出口端的空气质量流量信号；
设置在所述鼓风机泵头的空气出口端与所述电堆模组的输出端之间的压差传感器，所述压差传感器用于采集所述电堆模组的空气出口端和空气进口端的压差信号。
一种燃料电池电动汽车用鼓风机控制方法，其特征在于，应用于上述所述的燃料电池电动汽车用鼓风机系统，所述燃料电池电动汽车用鼓风机系统包括：动力电池、多相电机控制器、燃料电池控制器FCU、包含至少两组三相绕组的电机、鼓风机泵头、电堆模组、质量流量传感器和压差传感器，该方法包括：
获取由所述空气质量流量信号传感器采集的所述鼓风机泵头出口端的空气质量流量信号；
获取由所述压差传感器采集的所述电堆模组的空气出口端和空气进口端的压差信号；
所述燃料电池控制器FCU根据所述空气质量流量信号和所述压差信号控制所述鼓风机泵头的运行状态，实现闭环控制。
优选的，所述燃料电池控制器FCU根据所述空气质量流量信号和所述压差信号控制所述鼓风机泵头的运行状态，实现闭环控制，具体为：
根据预设系数、所述空气质量流量信号和所述压差信号计算所述鼓风机泵头的实际输出功率；
根据所述鼓风机泵头的实际输出功率与所述鼓风机泵头的需求输出功率的差值，通过闭环控制调整各组所述三相绕组输出的扭矩和转速，以控制所述鼓风机泵头的运行状态。
一种燃料电池，其特征在于，包含上述所述的燃料电池电动汽车用鼓风机系统。
一种燃料电池系统，包含上述所述的燃料电池。
一种燃料电池电动汽车，包含上述所述的燃料电池系统。
本申请所述的燃料电池电动汽车用鼓风机系统、控制方法及装置，该系统包括：动力电池、多相电机控制器、燃料电池控制器FCU、包含至少两组三相绕组的电机、鼓风机泵头以及电堆模组，其中：多相电机控制器的直流母线端与动力电池的输出端相连，多相电机控制器的交流输出端与各组三相绕组的定子绕组相连，各组三相绕组的转子绕组通过输出轴与鼓风机泵头相连；燃料电池控制器FCU对多相电机控制器进行变频控制调节，控制各组三相绕组输出对应的扭矩和转速，以驱动鼓风机泵头旋转，在电堆模组的输入端形成空气负压，为电堆模组的燃料电池阴极侧提供空气，保证电堆模组的正常运行。
本申请采用多相电机，配合多相电机控制器控制各组三相绕组输出对应的扭矩和转速，以驱动鼓风机泵头旋转，在电堆模组的输入端形成空气负压，为电堆模组的燃料电池阴极侧提供空气，保证电堆模组的正常运行，当其中某一组三相绕组发生故障时，其他三相绕组仍能实现整车工作，有效避免燃料电池电动汽车用鼓风机系统发生故障时，容易造成电堆反应失效，甚至造成电堆损坏的严重故障，从而提高了系统安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中提供的燃料电池电动汽车用鼓风机系统结构示意图；
图2为本申请提供的一种燃料电池电动汽车用鼓风机系统结构示意图；
图3为本申请提供的另一种燃料电池电动汽车用鼓风机系统结构示意图；
图4为本申请提供的六相电机控制器的高压回路原理示意图；
图5为本申请提供的一种燃料电池电动汽车用鼓风机控制方法流程图。
具体实施方式
本申请提供的一种燃料电池电动汽车用鼓风机系统、控制方法及装置，用于通过鼓风机泵头旋转形成空气负压，为燃料电池阴极侧提供一定流量、压力的空气，
本申请提供的燃料电池电动汽车用鼓风机系统、控制方法及装置，其目的在于：解决现有技术中如果风机泵头用电机或者其控制器发生故障，会造成电堆反应失效，严重时会造成电堆损坏的问题。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例以六相电机鼓风机系统为例说明系统组成，每三相设置为一组三相绕组，因此，六相电机鼓风机系统相当于包含两组三相绕组的电机，其他依次类推，如九相、十二相、十五相等鼓风机系统，相当于包含三组三相绕组的电机、包含四组三相绕组的电机或包含五组三相绕组的电机。
如图2所示，本申请实施例提供一种燃料电池电动汽车用鼓风机系统，该系统具体包括：动力电池1、六相电机控制器2、燃料电池控制器FCU(Fuelcell Control Unit)3、六相电机4、鼓风机泵头5以及电堆模组6，其中：
所述动力电池1作为储能装置，提供系统能量。如图2所示，所述六相电机控制器2的直流母线端与所述动力电池1的输出端相连，所述六相电机控制器2的交流输出端与所述六相电机4的定子绕组相连，所述六相电机4的转子绕组通过输出轴与所述鼓风机泵头5相连；所述燃料电池控制器FCU3对所述六相电机控制器进行变频控制调节，控制各组所述三相绕组输出对应的扭矩和转速，以驱动所述鼓风机泵头5旋转，在所述电堆模组的输入端形成空气负压，为所述电堆模组6的燃料电池阴极侧提供空气，保证所述电堆模组的正常运行。
在本申请实施例中，六相电机控制器2输出三相U1、V1、W1和三相U2、V2、W2到对应的六相电机4中的两组三相绕组，其中，三相U1、V1和W1，三相U2、V2和W2分别构成独立的三相绕组，互不影响。需要说明的是，六相电机可看做两组三相绕组对同一个转子独立施加励磁。
其中，电堆模组6中包含电堆、换热器、重整器、蒸汽发生器、燃烧器等部件，通过进入的空气、燃气和水的控制，发生电化学反应，输出电流。
需要说明的是，如图3所示，为六相电机控制器高压回路原理图。结合图2具体说明，直流母线输入端接主电容C，其作用是：可稳定输入电压，过滤交流成分。本申请实施例采用两组独立的三相逆变高压回路与两组三相绕组相连，可以降低电机的线电流，有效减少了燃组热效应，降低了系统冷却需求。同时有较好的冗余保护作用，若其中一组三相逆变高压回路或三相绕组出现故障，另外一组三相逆变高压回路或三相绕组不受影响。即：本申请实施例提供的燃料电池电动汽车用鼓风机系统，采用至少两组三相绕组的电机驱动鼓风机泵头，配合多相电机控制器，具有较好的系统冗余度，当某一组三相绕组发生故障时，其他三相绕组仍能实现整车工作，有效避免鼓风机系统发生故障时，容易造成电堆反应失效，甚至造成电堆损坏的严重故障，从而提高了系统安全性能。
进一步的，在上述公开的燃料电池电动汽车用鼓风机系统的基础上，如图4所示，上述公开的燃料电池电动汽车用鼓风机系统还可以包括：
设置在所述鼓风机泵头5的空气出口端与所述电堆模组6的输入端之间的质量流量传感器7，所述质量流量传感器7用于采集所述鼓风机泵头5出口端的空气质量流量信号；设置在所述鼓风机泵头5的空气出口端与所述电堆模组6的输出端之间的压差传感器8，所述压差传感器8用于采集所述电堆模组6的空气出口端和空气进口端的压差信号。
通过设置质量流量传感器7和压差传感器8，燃料电池控制器FCU3获取质量流量传感器7采集的空气质量流量信号和压差传感器8采集的压差信号，可以精确判断鼓风机系统的运行状态。
本申请在上述公开的燃料电池电动汽车用鼓风机系统的基础上，还公开了一种燃料电池电动汽车用鼓风机控制方法。
如图5所示，本申请实施例提供一种燃料电池电动汽车用鼓风机控制方法流程图，该控制方法应用于图4所述的燃料电池电动汽车用鼓风机系统中，所述燃料电池电动汽车用鼓风机系统包括：动力电池、六相电机控制器、燃料电池控制器FCU、至少包含两组三相绕组的电机、鼓风机泵头、电堆模组、质量流量传感器和压差传感器，该方法包括：
S501：获取由所述空气质量流量信号采集的所述鼓风机泵头出口端的空气质量流量信号。
S502：获取由所述压差传感器采集的所述电堆模组的空气出口端和空气进口端的压差信号。
S503：所述燃料电池控制器FCU根据所述空气质量流量信号和所述压差信号控制所述鼓风机泵头的运行状态，实现闭环控制。
在本申请实施例中，所述燃料电池控制器FCU根据所述空气质量流量信号和所述压差信号控制所述鼓风机泵头的运行状态，实现闭环控制，具体为：
根据预设系数、所述空气质量流量信号和所述压差信号计算所述鼓风机泵头的实际输出功率。
鼓风机泵头的实际输出功率＝预设系数×空气质量流量信号×压差信号，其中，预设系数为常数，空气质量流量信号为空气质量流量信号采集得到的，压差信号为压差传感器采集得到的。
根据所述鼓风机泵头的实际输出功率与所述鼓风机泵头的需求输出功率的差值，通过闭环控制调整所述多相电机输出的扭矩和转速，以控制所述鼓风机泵头的运行状态。。
本申请实施例中，在燃料电池电动汽车用鼓风机系统中设置质量流量传感器和压差传感器，燃料电池控制器FCU3获取质量流量传感器采集的空气质量流量信号和压差传感器采集的压差信号，可以精确判断鼓风机系统的运行状态。同时，可根据鼓风机负载的需求，实时调整各组三相绕组的运行状态，包含至少两组三相绕组的电机可以较好地满足低载荷、中载荷、高载荷的需求，同时还可以调整各组三相绕组的电流和频率，控制各个三相绕组输出的扭矩和转速输出，使得鼓风机运行在不同的运行状态，使鼓风机的综合运行效率最高，提升燃料电池系统的综合效率。
本申请实施例在上述公开的燃料电池电动汽车用鼓风机系统的基础上，还公开了一种燃料电池，该燃料电池包含上述所述的燃料电池电动汽车用鼓风机系统。
进一步的，本申请实施例还公开了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包含上述所述的燃料电池。
进一步的，本申请实施例还公开了一种燃料电池电动汽车，该燃料电池电动汽车包含上述所述的燃料电池系统。
需要说明的是，本申请实施例采用多相电机集成鼓风机泵头，通过多相电机控制器控制各组三相绕组处于不同的运行状态，以满足燃料电池启动大功率、额定运行中等功率、待机低功率等不同运行工况，使得在鼓风机以最高效率运行在各个工况。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。