CN102862491A - 紧凑型燃料电池电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种紧凑型燃料电池电源系统，包括燃料电池、DCDC变换单元、接触器、蓄能装置、控制器、辅助系统、电源输出端、操作控制单元，接触器为常开型大电流接触器，燃料电池的输出端连接DCDC变换单元的输入端，DCDC变换单元通过接触器连接蓄能装置，DCDC变换单元的输出端还连接电源输出端和辅助系统所包含的大功率辅助部件，蓄能装置的端口通过接触器连接电源输出端和辅助系统，操作控制单元分别连接蓄能装置、DCDC变换单元、控制器，控制器分别连接燃料电池、DCDC变换单元、接触器的控制端、蓄能装置、辅助系统。本发明通过零部件的减少，提高了系统的可靠性且缩减了体积，使得系统有足够的空间来安装维护，有利于电子元器件的散热，尤其适用于叉车。

Description

紧凑型燃料电池电源系统

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体地，涉及紧凑型燃料电池电源系统。

背景技术

燃料电池车工作时，作为燃料的氢气在车辆搭载的燃料电池中与大气中的氧气发生化学反应，从而产生电能启动电动机，进而驱动车辆；这类化学反应除了电能就只产生水，因而燃料电池车被称为“地道的环保车”。此外，燃料电池的能量转换效率比内燃机高2～3倍。因此不管是从能源的利用，或是从环境保护方面来看，燃料电池车都是理想的车辆。

近年来，燃料电池车更是取得了重大进展。世界著名汽车制造厂，如戴姆勒-克莱斯勒、福特、丰田和通用汽车公司均纷纷进驻燃料电池车制造领域；车载燃料电池技术因此也取得了显著的进步。

鉴于燃料电池相对于内燃机的诸多优点，工程师们已尝试将燃料电池应用于多种交通工具作为能源供给，但遗憾的是这样的应用仅在轿车、大巴等大型车辆上获得成功，而在叉车等小型车辆上几乎没有理性的方案。

经对现有公开文献的检索，名称为“一种燃料电池汽车的能量混合型动力系统”、申请号为“200610011555.1”的中国发明专利申请存在如下问题：

1、除给动力系统供电的蓄电池组外，启动时需要使用额外配置的24V蓄电池，为了对24V蓄电池充电还额外设置了24VDC/DC变换器；造成了系统零件繁多，故障点多，同时也造成零件对应的线路繁多，占用大量的空间，系统体积无法精简。

2、其整车控制器一直连接在24V蓄电池上，通过24V蓄电池供电；因此，整车控制器一直处于运转状态、造成系统能耗高。

3、整车控制器通过钥匙信号控制大功率继电器K2对燃料电池辅助系统供电，启动燃料电池；启动后再切换为大功率继电器K1通过燃料电池对燃料电池辅助设备供电；继电器过多，造成系统繁琐，体积无法精简。

4、采用分散的燃料电池控制器、整车控制器、蓄电池能量管理系统；每个装置均需要外壳保护，这就造成了体积过大；各装置之间需要线路连接，线束繁多；这些均不利于实现系统体积的紧凑。

5、燃料电池辅助系统直接从燃料电池取电，由于燃料电池的电压范围波动较大，需要定制控制器或者电源来对辅助系统供电；这将造成系统成本居高不下。

当采用类似上述专利中繁琐的系统来设计叉车用燃料电池系统时，设计出的系统将需要重新设计叉车。例如名称为“FUEL CELL INDUSTRIAL VEHICLE”公开号为“US2009236182A1”的美国专利文献，以及名称为“FUEL CELL INDUSTRIAL VEHICLE”、公开号为“CA2659135A1”的加拿大专利文献。这两件专利文献所公开的设计方案必须重新制造叉车，而无法直接取代铅酸电池而不对叉车系统进行改造。

此外，现有技术可以直接放进叉车的燃料电池系统设计臃肿繁杂。用户反应系统故障率高、维护麻烦。零部件周围没有空间可以用来拆卸，维护操作。不得不先拆卸不需要维修零件，腾出空间后在来进行拆卸需要维修的零件。电子控制原件周围没有空间将会影响散热，散热不足将会造成电子元器件的性能下降甚至失效。严重影响系统的可靠性、稳定性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种紧凑型燃料电池电源系统。

根据本发明的一个方面，提供一种紧凑型燃料电池电源系统，包括燃料电池、DCDC变换单元、接触器、蓄能装置、控制器、辅助系统，其特征在于，还包括电源输出端、操作控制单元，其中，所述接触器为常开型大电流接触器，所述DCDC变换单元包括相连接的DCDC变换器和大功率二极管，所述燃料电池的输出端连接所述DCDC变换单元的输入端，DCDC变换单元通过所述接触器连接所述蓄能装置，所述DCDC变换单元的输出端还连接所述电源输出端和所述辅助系统所包含的大功率辅助部件，所述蓄能装置的端口通过所述接触器连接所述电源输出端和辅助系统，所述操作控制单元分别连接所述蓄能装置、DCDC变换单元、控制器，所述控制器分别连接所述燃料电池、DCDC变换单元、接触器的控制端、蓄能装置、辅助系统，所述操作控制单元用于接收操作信号并为所述控制器和DCDC变换单元供电，所述控制器用于接收所述操作控制单元根据所述操作信号生成的操作指令并根据所述操作指令控制所述接触器、DCDC变换单元、辅助系统，所述控制器还用于测量所述燃料电池的状态参数、测量所述蓄能装置的状态参数、测量所述辅助系统的状态参数和接收所述DCDC变换单元的状态数据。

优选地，所述燃料电池的输出端连接所述DCDC变换器的输入端，所述DCDC变换器的输出端正极连接所述大功率二极管的正极，所述大功率二极管的负极通过所述接触器连接所述蓄能装置，所述DCDC变换器连接所述控制器并接受所述控制器的控制，所述DCDC变换器连接所述操作控制单元并接收所述操作控制单元的供电。

优选地，所述大功率二极管放置在所述DCDC变换器的散热通道上。

优选地，还包括监测显示器，所述监测显示器连接所述控制器。

优选地，还包括开关机按钮，所述开关机按钮分别连接所述操作控制单元和控制器。

优选地，还包括无线遥控器，所述无线遥控器以无线方式连接所述操作控制单元。

优选地，还包括急停按钮，所述急停按钮连接所述操作控制单元。

优选地，所述操作控制单元根据接收到的开机操作信号改变与所述DCDC变换单元、以及控制器的电连接状态。

优选地，所述DCDC变换单元的状态数据包括DCDC输入电流、DCDC输入电压。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、通过紧凑型的设计布局，在本发明中的燃料电池电源系统相比现有技术（例如申请号为“200610011555.1”的中国发明专利申请）省略了24V蓄电池、24V DC/DC变化器、以及1个开关，这样，通过零部件、以及对应线路等的减少，提高了系统的可靠性；体积的缩减使得系统有足够的空间来安装维护，有利于电子元器件的散热；进一步提高系统的可靠性、稳定性；同时降低了成本；

2、DCDC变换器的输入端直接连接在燃料电池的输出端，因此DCDC变换器的输入电压就是燃料电池的输出电压；此时，无需像传统的设计在燃料电池输出端设置输出电压测量装置，而是可以通过DCDC变换器中的输入电压测量模块得到燃料电池的输出电压，并通过DCDC变换器中的CAN通讯模块将该输出电压输送至控制器。通过这样的方式，减少了电压测量装置和连接线路，节约了空间，减少了能耗，降低了成本；

3、DCDC变换器的输入端直接连接在燃料电池的输出端，因此DCDC变换器的输入电流就是燃料电池的输出电流；此时，无需像传统的设计在燃料电池输出端设置输出电流测量装置，而是可以通过DCDC变换器中的输入电流测量模块得到燃料电池的输出电流，并通过DCDC变换器中的CAN通讯模块将该输出电流输送至控制器。通过这样的方式，减少了电流测量装置和连接线路，节约了空间，减少了能耗，降低了成本；例如，专利申请号为“200610011555.1”的中国发明专利申请所公开的技术方案，由于辅助系统直接从燃料电池取电，DCDC变换器将无法采集到燃料电池的输出电流，就需要在燃料电池输出端设置相应的电流测量装置。

4、大功率辅助部件连接在DCDC变换单元输出端，通过接触器同时可以与蓄能装置（蓄能装置可以为蓄电池或超级电容）连接。这样的结构可以实现，在系统工作时，当DCDC变换单元输出电压高于蓄能装置的输出电压时，由DCDC变换单元给大功率辅助部件供电；反之，由蓄能装置给大功率辅助部件供电。由于DCDC变换单元和蓄能装置的输出电压均较稳定，大功率辅助部件可以得到一个比较稳定的电源，电压范围波动远远小于燃料电池，因此不需要再对输入大功率辅助部件的电源电压进行变换，不需要使用定制的零部件，节约成本的同时，提高了大功率辅助部件的工作效率及使用寿命；

5、控制器是一体化设计的控制器；集成化的设计减少了外壳、缩短了线路。此外，本发明系统的控制器仅在系统工作时处于运转状态，不存在申请号为“200610011555.1”的对比专利文献所公开技术方案中控制器一直处于运转状态造成的系统能耗高的问题；

6、不同于申请号为“200610011555.1”的对比专利文献，本发明中的大功率二极管设置在DCDC变换器的输出端正极，从而在保护燃料电池的基础上，还能够进一步保护DCDC变换器。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为根据本发明提供的第一实施例的紧凑型燃料电池电源系统的结构示意图；

图2为图1所示紧凑型燃料电池电源系统中的DCDC变换单元的具体结构示意图；

图3示出根据本发明提供的第一实施例的一个优选例的紧凑型燃料电池电源系统中大功率二极管的位置示意图；

图4为燃料电池混合电源能量管理方法的总框架流程图；

图5为第一种燃料电池混合电源能量管理方法的流程图；

图6为第二种燃料电池混合电源能量管理方法的流程图；

图7为第三种燃料电池混合电源能量管理方法的流程图；

图8为第四种燃料电池混合电源能量管理方法的流程图；

图9为预期DCDC变换单元输出电流为恒定值充电的电流曲线示意图；

图10为系统极限电流测试曲线图；

图11为蓄能装置电压第一设定值Umax选定示意图；

图12为蓄能装置电压第一设定值Umax修正过程的示意图；

图13为蓄能装置充电容量/额定容量与循环次数的关系曲线图；

图14为叉车用燃料电池电源系统的整体结构示意图；

图15为叉车用燃料电池电源系统的具体实施方式A-1；

图16为叉车用燃料电池电源系统的具体实施方式A-2；

图17为改进的叉车用燃料电池电源系统的整体结构示意图；

图18为改进的叉车用燃料电池电源系统的具体实施方式B-1；

图19为改进的叉车用燃料电池电源系统的具体实施方式B-2；

图20为小型化叉车用燃料电池电源系统的整体结构示意图；

图21为小型化叉车用燃料电池电源系统的具体实施方式C-1；

图22为小型化叉车用燃料电池电源系统的具体实施方式C-2。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1为根据本发明提供的第一实施例的紧凑型燃料电池电源系统的结构示意图，在本实施例中，所述紧凑型燃料电池电源系统，包括燃料电池1、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、电源输出端5、操作控制单元6、控制器7、辅助系统8，其中，所述接触器3为常开型大电流接触器，所述DCDC变换单元2包括相连接的DCDC变换器21和大功率二极管22。

具体地，所述燃料电池1的输出端连接所述DCDC变换单元2的输入端，DCDC变换单元2通过所述接触器3连接所述蓄能装置4，所述DCDC变换单元2的输出端还连接所述电源输出端5和所述辅助系统8所包含的大功率辅助部件80，所述蓄能装置4的端口通过所述接触器3连接所述电源输出端5和辅助系统8，所述操作控制单元6分别连接所述蓄能装置4、DCDC变换单元2、控制器7，所述控制器7分别连接所述燃料电池1、DCDC变换单元2、接触器3的控制端、蓄能装置4、辅助系统8。

在本实施例中，所述DCDC变换单元2的输出端正极通过所述接触器3连接所述蓄能装置4的正极，所述DCDC变换单元2的输出端负极通过所述接触器3连接所述蓄能装置4的负极，所述蓄能装置4的正极通过所述接触器3连接所述电源输出端5的正极和辅助系统8的正极，所述蓄能装置4的负极直接连接所述电源输出端5的负极和辅助系统8的负极；而在本实施例的一个变化例中，与图1所示第一实施例的区别在于，在本变化例中，所述接触器3的连接位置变化为：所述接触器3连接在所述DCDC变换单元2的输出端负极与所述蓄能装置4的负极之间，而所述DCDC变换单元2的输出端正极与所述蓄能装置4的正极之间直接连接，相应地，所述蓄能装置4的正极直接连接所述电源输出端5的正极和辅助系统8的正极，所述蓄能装置4的负极通过所述接触器3连接所述电源输出端5的负极和辅助系统8的负极。本领域技术人员理解，本自然段中描述的接触器3的两种连接方式均可以实现“DCDC变换单元2通过所述接触器3连接所述蓄能装置4”、以及“所述蓄能装置4的端口通过所述接触器3连接所述电源输出端5和辅助系统8”。

所述辅助系统8包括空气供应系统、冷却系统、氢气供应系统、氢气安全系统，所述大功率辅助部件80是指辅助系统中的大功率部件（例如风机、泵、散热风扇）。本领域技术人员可以参考现有技术实现所述辅助系统8及其大功率辅助部件80，在此不予赘述。

所述操作控制单元6用于接收操作信号并为所述控制器7和DCDC变换单元2供电，所述控制器7用于接收所述操作控制单元6根据所述操作信号生成的操作指令并根据所述操作指令控制所述接触器3、DCDC变换单元2、辅助系统8，所述控制器7还用于测量所述燃料电池1的状态参数、测量所述蓄能装置4的状态参数、测量所述辅助系统8的状态参数和接收所述DCDC变换单元2的状态数据。所述DCDC变换器21包括CAN通讯模块、输入电压测量模块、输入电流测量模块、输出电压测量模块、输出电流测量模块。优选地，DCDC变换器21可以根据CAN通讯模块的通讯数据控制输出电流、电压的具体数值；还通过CAN通讯模块输出输入电压、输入电流、输出电压、输出电流等数据。所述DCDC变换单元2的状态数据包括DCDC输入电流、DCDC输入电压。

所述控制器7是一体化设计的控制器，相当于集成了专利申请号为“200610011555.1”的中国发明专利申请中的分散的燃料电池控制器、整车控制器、蓄电池能量管理系统；进一步具体地，所述控制器7可以包括能量管理单元、燃料电池控制单元、蓄能装置监控单元、氢气安全监测单元、系统故障监控单元、启动控制单元。

更为具体地，如图2所示，所述燃料电池1的输出端连接所述DCDC变换器21的输入端，所述DCDC变换器21的输出端正极连接所述大功率二极管22的正极，所述大功率二极管22的负极通过所述接触器3连接所述蓄能装置4，所述DCDC变换器21连接所述控制器7并接受所述控制器7的控制，所述DCDC变换器21连接所述操作控制单元6并接收所述操作控制单元6的供电。而在本实施例的一个变换例中，与图2所示第一实施例的区别在于，在本变化例中，所述燃料电池1的输出端正极连接所述大功率二极管22的正极，所述大功率二极管22的负极连接所述DCDC变换器21的输入端正极，所述燃料电池1的输出端负极直接连接所述DCDC变换器21的输入端负极，所述DCDC变换器21的输出端直接通过所述接触器3连接所述蓄能装置4。

进一步地，在本实施例中，所述紧凑型燃料电池电源系统还包括监测显示器91、开关机按钮92、无线遥控器93、急停按钮94，其中，所述监测显示器91连接所述控制器7，所述开关机按钮92分别连接所述操作控制单元6和控制器7，所述无线遥控器93以无线方式连接所述操作控制单元6，所述急停按钮94连接所述操作控制单元6。如图1所示，当所述开关机按钮92或无线遥控器93给出启动信号时，所述操作控制单元6对所述控制器7供电，所述控制器7输出控制信号给接触器使作为开关的接触器合上，所述蓄能装置4通过所述接触器3给所述大功率辅助部件80供电，所述辅助系统8中除所述大功率辅助部件80外的其他装置（例如氢气供应系统、氢气安全系统）由所述控制器7供电，同时，所述控制器7给所述辅助系统8的所有组成模块输出信号，从而启动所述燃料电池1；启动后，所述接触器3一直保持连通状态。采用这样的启动模式，无需使用额外配置的辅助蓄电池和充电用辅助DC/DC变换器，减少了零部件以及对应的线路、提高了系统的可靠性，节约了空间，精简了系统体积，降低了成本。

在本实施例的一个优选例中，如图3所示，所述大功率二极管22放置在所述DCDC变换器21的散热通道上，这样可以利用所述DCDC变换器的自带的散热风扇2102从风道2101排出的空气对所述大功率二极管22散热。省去了所述大功率二极管的散热器2201（即铝翅片）上的散热风扇，减小了散热器的体积、节约了能源，同时也省去了对该散热风扇进行供电的线路。所述操作控制单元6根据接收到的开机操作信号改变与所述DCDC变换单元、以及控制器7的电连接状态。这样，所述控制器7仅在系统工作时处于运转状态，不会因为一直处于运转状态而导致的系统能耗高的问题。

接下来通过本发明的一个优选的具体实施方式中来说明系统工作原理，具体地，系统未启动时，所述操作控制单元6与所述控制器7、DCDC变换单元2之间未建立电连接状态。当所述无线遥控器93按钮或所述开关机按钮92被压下时，所述操作控制单元6与所述控制器7、DCDC变换单元2建立电连接，所述蓄能装置4通过所述操作控制单元6供电至所述控制器7，所述控制器7的输出信号驱动所述接触器3连通，所述蓄能装置4通过所述接触器3给所述大功率辅助部件80供电，所述辅助系统8中除所述大功率辅助部件80外的其他装置（例如氢气供应系统、氢气安全系统）由所述控制器7供电，同时，所述控制器7给所述辅助系统8的所有组成模块输出工作信号，从而启动所述燃料电池1；所述燃料电池1输出电力至所述DCDC变换单元2，所述控制器7根据接收到的所述燃料电池1、蓄能装置4、DCDC变换单元2的状态数据信号控制所述DCDC变换单元2输出电流；系统正常工作状态下，所述DCDC变换单元2的输出电压高于所述蓄能装置4输出电压，所述DCDC变换单元2的输出电流通过所述电源输出端5输出至搭载所述燃料电池电源系统的小型车驱动系统，驱动该小型车工作，同时所述DCDC变换单元2给所述蓄能装置4充电、给所述大功率辅助部件80、操作控制单元6供电；当小型车处于大功率行驶状态时，所述电源输出端5需要输出高功率、大电流，此时所述DCDC变换单元2输出电流不足以满足要求，所述蓄能装置4将与所述DCDC变换单元2共同输出电流通过所述电源输出端5输出至搭载该燃料电池电源系统的小型车驱动系统，驱动该小型车维持大功率行驶状态；当小型车处于制动状态时，制动回收的电能通过电源输出端给蓄能装置充电。

需要启动系统时，压下所述无线遥控器93按钮或所述开关机按钮92，所述操作控制单元6与所述控制器7、DCDC变换单元2建立电连接的同时，所述操作控制单元6输出开关信号给所述控制器7，所述控制器7接收到开关信号后输出保持供电信号给所述操作控制单元6，使得所述操作控制单元6与所述控制器7、DCDC变换单元2保持电连接状态；同时，所述控制器7还驱动所述开关机按钮92的指示灯亮起，提示系统启动；此时，可松开所述无线遥控器93按钮或所述开关机按钮92。

需要关闭系统时，再次压下所述无线遥控器93按钮或所述开关机按钮92，所述操作控制单元6输出开关信号给所述控制器7，所述控制器7接收到开关信号后，控制所述开关机按钮92上的指示灯闪烁（提示关机，此时可松开所述无线遥控器93的按钮或所述开关机按钮92），所述控制器7同时控制所述辅助系统8停止工作，然后停止输出保持供电信号给所述操作控制单元6，使得所述操作控制单元7与所述控制器7、DCDC变换单元2的电连接断开；整个系统停止工作。

压下所述急停按钮94时，所述操作控制单元6与所述控制器7、DCDC变换单元2之间的电连接迅速断开，从而切断整个系统的供电，使得系统停止工作。

所述监测显示器91从所述控制器7获得电力、通讯数据，在屏幕上显示系统状态、故障信息等。

接下来，通过图4至图13示出能够通过本发明实现的一种燃料电池混合电源能 量管理方法。

所述燃料电池混合电源能量管理方法包括如下步骤：

步骤S201：进行初始化，具体地，首先获取如下参数的数值：

-DCDC电流第一设定值Isetmin，

-蓄能装置电压第一设定值Umax，

-蓄能装置电压第二设定值Umin，

-DCDC电流偏离允许值Ipermissible，

-DCDC允许输出的最大电流设定值Imax，

然后令DCDC电流设定值Iset等于所述DCDC电流第一设定值Isetmin；

步骤S202：获取蓄能装置电压Ustorage、以及DCDC变换单元实际输出电流Idcdc，根据如下公式（1）计算DCDC电流偏离值Ideviation：

Ideviation=Iset-Idcdc               公式（1）；

步骤S203：符合如下情况的则相应进入步骤S204、步骤S205、或者步骤S206：

-若蓄能装置电压Ustorage大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax，则进入步骤S204，

-若蓄能装置电压Ustorage小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin，则进入步骤S205，

-若蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin，并且DCDC电流偏离值Ideviation大于等于DCDC电流偏离允许值Ipermissible，则进入步骤S206，

-若蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin，并且DCDC电流偏离值Ideviation小于DCDC电流偏离允许值Ipermissible，则进入步骤S207；

步骤S204：如果DCDC电流设定值Iset大于DCDC电流第一设定值Isetmin，则逐步降低DCDC电流设定值Iset，然后进入步骤S207；如果DCDC电流设定值Iset小于等于DCDC电流第一设定值Isetmin，那么令DCDC电流设定值Iset等于所述DCDC电流第一设定值Isetmin，然后进入步骤S207；

步骤S205：如果DCDC电流设定值Iset小于DCDC允许输出的最大电流设定值Imax，则增大DCDC电流设定值Iset，然后进入步骤S207；如果DCDC电流设定值Iset大于等于DCDC允许输出的最大电流设定值Imax，那么令DCDC电流设定值Iset等于DCDC允许输出的最大电流设定值Imax，然后进入步骤S207；

步骤S206：如果DCDC电流设定值Iset大于DCDC电流第一设定值Isetmin，则以最快速度降低DCDC电流设定值Iset，然后进入步骤S207；如果DCDC电流设定值Iset小于等于DCDC电流第一设定值Isetmin，那么令DCDC电流设定值Iset等于所述DCDC电流第一设定值Isetmin，然后进入步骤S207；

步骤S207：发送电流设定指令给DCDC变换单元，其中，所述电流设定指令用于将DCDC变换单元的输出电流设定为DCDC电流设定值Iset；然后返回步骤S202。

优选地，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤：

步骤A1：确定极限电压Ulim，具体地，判断负载保护电压最高限是否大于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是肯定的，则将极限电压Ulimit设定为等于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是否定的，则将极限电压Ulimit设定为等于负载保护电压最高限；

步骤A2：根据如下公式（2）确定预期DCDC变换单元输出电流Iexpect：

$\mathrm{Iexpect}=\frac{\mathrm{Irated}\·\mathrm{Edcdc}}{\mathrm{Ulim}}$ 公式（2），

其中，Irated为燃料电池额定输出功率，Edcdc为DCDC变换单元效率；

步骤A3：

在使用预期DCDC变换单元输出电流为恒定值充电的电流曲线上，得到对应充电容量为50%~90%的电压区间，选取该电压区间的任一电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax。

优选地，在所述步骤A3中，从对应充电容量为如下任一个的电压值或电压区间，将所述电压值确定为、或者选取所述电压区间的任一电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax：

-对应充电容量为90%处的电压值，将所述90%处的电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax，

-对应充电容量为60%~80%的电压区间，选取所述60%~80%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax，

-对应充电容量为80%~90%的电压区间，选取所述80%~90%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax，

-对应充电容量为50%~60%的电压区间，选取所述50%~60%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax。

优选地，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤：

步骤B1：确定系统极限充电电流，具体地，

在系统使用中极限的能量回收工况下，先使用蓄电池，进行刹车动作得到制动刹车直至结束时的系统电流、时间数据，该系统电流的负值电流为充电电流，计算该充电电流的平均电流作为系统极限充电电流；

步骤B2：确定极限电压Ulim，具体地，判断负载保护电压最高限是否大于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是肯定的，则将极限电压Ulimit设定为等于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是否定的，则将极限电压Ulimit设定为等于负载保护电压最高限；

步骤B3：根据如下公式（2）确定预期DCDC变换单元输出电流Iexpect：

$\mathrm{Iexpect}=\frac{\mathrm{Irated}\·\mathrm{Edcdc}}{\mathrm{Ulim}}$ 公式（2），

其中，Irated为燃料电池额定输出功率，Edcdc为DCDC变换单元效率；

步骤B4：查询不同充电电流与充电容量的测试曲线；根据系统极限充电电流对应的恒电流充电曲线，得到充至极限电压时对应的充电容量；根据该充电容量，在预期DCDC变换单元输出电流Iexpect对应的恒电流充电曲线上查找到对应的电压值，所述对应的电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax；

步骤B5：根据系统使用时极限的能量回收工况，通过使用蓄能装置电压第一设定值Umax控制的系统进行实际测试，修正蓄能装置电压第一设定值Umax使得实际测量最高电压略低于极限电压Ulim；

步骤B6：对蓄能装置容量进行修正，具体地，根据蓄能装置充电容量/额定容量与循环次数的关系曲线、或者放电容量/额定容量与循环次数的关系曲线，查询到多次循环后充电容量/额定容量的比值，然后将蓄能装置电压第一设定值Umax与充电容量/额定容量比值的乘积作为修正后的蓄能装置电压第一设定值Umax。

优选地，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤：

步骤C1：确定辅助系统最低消耗电流Is，具体地，采用得到的蓄能装置电压第一设定值Umax控制的系统，让系统处于怠机状态，系统稳定后，辅助系统消耗降至最低值，测量此时的辅助系统的电流即最低消耗电流；

步骤C2：将辅助系统最低消耗电流与系数K的乘积作为DCDC电流第一设定值Isetmin，其中，系数K小于1。

优选地，系数K为0.6。

优选地，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤：

步骤D1：根据如下公式（3）确定DCDC允许输出的最大电流设定值Imax：

$I\max =\frac{\mathrm{Irated}\·\mathrm{Edcdc}}{U\max }$ 公式（3）

优选地，所述步骤S201之前还包括依次执行的如下步骤：

步骤E1：根据如下公式（4）确定最低荷电容量Cmin：

Cmin=C-(Is-I_setmin)·T                 公式（4）

其中，C为充电容量，Is为辅助系统最低消耗电流，T为时间，所述充电容量是在以DCDC允许输出的最大电流设定值Imax为电流的恒电流充电的充电容量与充电电压曲线上，查找充电电压为蓄能装置电压第一设定值Umax所对应的充电容量，所述时间根据系统需要响应的速度设置；

步骤E2：根据最低荷电容量Cmin，在以DCDC允许输出的最大电流设定值Imax为电流的恒电流充电的充电容量与充电电压曲线上，查找最低荷电容量Cmin所对应的充电电压，选取该充电电压为蓄能装置电压第二设定值Umin。

所述燃料电池混合电源能量管理方法涉及燃料电池。经对现有技术的检索，检索到如下文献：

申请号为“200310103253.3”、名称为“燃料电池混合动力系统的功率分配方法”的中国发明专利申请所公开的燃料电池电源控制原理为：采用SOC计算，根据测量负载控制信号（如，油门信号）和动力电池SOC（荷电状态）来控制燃料电池DCDC的输出，满足负载系统、燃料电池系统和动力电池组充电状态的能量需求。

申请号为“201010108281.4”、名称为“基于燃料电池的混合动力装置的能量管理系统”的中国发明专利申请所公开的燃料电池电源控制方法同样采用SOC计算，其中，

荷电状态（SOC）计算公式如下：

$\mathrm{soc}\left(k\right)=(\mathrm{BC}\×\mathrm{soc}(k-1)-{\∫}_{k-1}^k{i}_{\mathrm{out}}\mathrm{dt}+{\∫}_{k-1}^k{i}_{\mathrm{in}}\mathrm{dt})/\mathrm{BC}$

在上述计算式中，BC代表电池容量，soc(k)代表电池当前时刻的SOC值，soc(k-1)代表前一时刻的SOC值、i_out代表电池放电电流、i_in代表电池充电电流。

由上式可知，SOC计算是根据采集的电池电流数据、设定的电池容量数据，基于积分算法，在实际使用时再根据实际电池容量、电池电压、温度进行修正得到蓄电池的荷电状态（SOC）的一种算法。该发明申请存在如下不足：

1、上述控制方法都依赖于SOC计算；而SOC计算精确度依赖于精确的电流数据，电流数据的准确性则取决于电流测量装置的准确度、灵敏度、稳定性；然而，电流测量装置也存在误差；因此，SOC计算方法只能是近似估算蓄能装置荷电状态。现有的使用SOC计算方法的车载燃料电池系统为了取得相对精确的电流值，采用了双量程的电流传感器；然而，双量程的电流传感器并不能准确地覆盖全量程，同时也无法避免电流传感器零点漂移，因此需要经常校正电流传感器。这种情况下，燃料电池公司售出车载燃料电池系统后，不得不定期来校正电流测量装置传感器，产品的不成熟，将直接影响燃料电池车的市场化进程。

2、蓄能装置（蓄电池）的容量会随着使用逐渐降低，由公式可知，要想得到准确的得到SOC，必须要有准确的蓄能装置容量数值。因此，必须要对蓄能装置（蓄电池）的容量进行校正，该校正也只能是模糊的估算。因此，采用SOC计算方法是无法精确地进行燃料电池系统能量管理。

3、叉车工作时电流输出波动幅度大。

燃料电池大巴、燃料电池轿车上作为辅助动力使用的蓄能装置（蓄电池）电压往往是数百伏，电流范围为负几十安培到正几十安培；电流范围小的情况下，蓄电池电流值准确度相对较高，在这种工况下，使用SOC计算方法尽管仍不如所述燃料电池混合电源能量管理方法的方法，却还强差人意。

燃料电池叉车上作为辅助动力使用的蓄能装置（蓄电池）电压往往只有几十伏，电流范围却波动极大。例如常用的电压标称24V、工作时电流范围为-500～500A；电压标称36V、工作时电流范围-800～1000A，电压标称48V，电流范围-600～800A。这是由于，燃料电池叉车工作时，由于不断的举起货物，加速行驶，刹车等；造成蓄电池输出电流频繁的由几个安培逐渐增加到几百安培甚至上千安培，又由输出上千安培转为充入几百安培。电流范围大，很难准确的测量得到电流值；同时，叉车工作时电流输出的波动频率高更进一步使得实时准确测量电流变得非常困难；而SOC的积分算法也会不断放大偏差。因此，在燃料电池叉车上采用SOC计算方法是无法精确地进行燃料电池系统能量管理。

4、能量回收的问题，保护问题。

带有能量回收系统的燃料电池车（如：申请号为“200310103253.3”、名称为“燃料电池混合动力系统的功率分配方法”），在车辆制动进行能量回收时，制动产生的能量充入蓄能装置，电流往往高达数百安培，有的甚至达到1000A的电流，那么将会出现蓄能装置电压急剧上升，同时电缆、接头、继电器等回收制动时电流经过的电路内阻都会引起车辆电压升高；如果蓄电池电压超出蓄能装置保护电压，或是车辆电压超出车辆的保护电压，系统或车辆会切断对外连接的继电器来实现设备保护，切断继电器造成蓄能装置无法继续吸收制动能量，制动无法正常进行，车辆就会失控甚至会造成事故。为了能量回收时，蓄能装置电压不超出蓄能装置保护电压，或车辆电压不超出车辆的保护电压，必须控制蓄能装置的实际荷电状态（SOC）处于正好或是较低的数值。

然而，SOC计算是基于测得的蓄电池电流数值以及蓄电池实际容量，由于蓄电池电流数据、蓄电池实际容量无法精确测得，造成SOC计算方法无法得到实际SOC数值，当出现SOC测量值低于实际数值时，蓄能装置实际荷电状态（SOC）处于较高数值，蓄能装置电压将超出蓄能装置保护电压，或车辆的保护电压；这将对燃料电池车辆构成安全隐患。

所述燃料电池混合电源能量管理方法，在不连接车辆操作输入信号（油门、刹车），不计算SOC的情况下，根据测量的蓄能装置电压和DCDC变换单元输出实际电流来控制DCDC变换单元的输出电流，响应负载状态的变化引起的能量需求，同时保证蓄能装置在最佳的荷电状态。

与现有技术相比，所述燃料电池混合电源能量管理方法具有如下的有益效果：

1、提高了系统容错能力，由于控制方法不再采用SOC计算模式，系统不再依赖于电流的传感器的准确性、可靠性。

2、兼容性强。通过设定极限情况下的充电电流情况，同一系统可以适用于更多的型号不同的车辆（叉车），不需要校正参数。

3、可靠性高。通过提前设置参数来对电池容量下降回带来的提前修正，保证了系统的长期的可靠性。所述燃料电池混合电源能量管理方法在参数确定中也使用了蓄能装置的数据。这些数据就是在实验室、工况稳定条件下测得的；而现有使用SOC计算模式的系统中蓄能装置的数据是系统工作时实时计算的，是一种动态的估值，准确度欠佳。

4、输出电压稳定。系统把蓄能装置电压控制在设定值蓄能装置电压第一设定值Umax、蓄能装置电压第二设定值Umin附近，有利于延长使用车辆设备、蓄能装置的寿命。

5、实用性强。所述燃料电池混合电源能量管理方法通过在多种型号叉车用燃料电池进行了大量的实际测试验证，不断调整得到。在一款游览车用燃料电池系统上也进行了验证。不仅可以在车辆上使用，也适应供电电源系统。

更为具体地，图4为燃料电池混合电源能量管理方法的总框架流程图，具体地，在本实施例中，首先执行步骤S201，进行初始化，更为具体地，获取系统设定的参数，该参数包括DCDC电流第一设定值Isetmin、蓄能装置电压第一设定值Umax、蓄能装置电压第二设定值Umin、DCDC电流偏离允许值Ipermissible、DCDC允许输出的最大电流设定值Imax，然后令DCDC电流设定值Iset等于所述DCDC电流第一设定值Isetmin。其中，所述蓄能装置可以为高能量锂离子电池、以及高容量超级电容等。

接下来执行步骤S202，获取蓄能装置电压Ustorage、以及DCDC变换单元实际输出电流Idcdc，根据如下公式（1）计算DCDC电流偏离值Ideviation：

Ideviation=Iset-Idcdc             公式（1）；

然后执行步骤S203：符合如下情况的则相应进入步骤S204、步骤S205、或者步骤S206：

-若蓄能装置电压Ustorage大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax，则进入步骤S204，

-若蓄能装置电压Ustorage小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin，则进入步骤S205，

-若蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin，并且DCDC电流偏离值Ideviation大于等于DCDC电流偏离允许值Ipermissible，则进入步骤S206，

-若蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin，并且DCDC电流偏离值Ideviation小于DCDC电流偏离允许值Ipermissible，则进入步骤S207；

其中，步骤S204：如果DCDC电流设定值Iset大于DCDC电流第一设定值Isetmin，则逐步降低DCDC电流设定值Iset，然后进入步骤S207；如果DCDC电流设定值Iset小于等于DCDC电流第一设定值Isetmin，那么令DCDC电流设定值Iset等于所述DCDC电流第一设定值Isetmin，然后进入步骤S207；

步骤S205：如果DCDC电流设定值Iset小于DCDC允许输出的最大电流设定值Imax，则增大DCDC电流设定值Iset，然后进入步骤S207；如果DCDC电流设定值Iset大于等于DCDC允许输出的最大电流设定值Imax，那么令DCDC电流设定值Iset等于DCDC允许输出的最大电流设定值Imax，然后进入步骤S207；

步骤S206：如果DCDC电流设定值Iset大于DCDC电流第一设定值Isetmin，则以最快速度降低DCDC电流设定值Iset，然后进入步骤S207；如果DCDC电流设定值Iset小于等于DCDC电流第一设定值Isetmin，那么令DCDC电流设定值Iset等于所述DCDC电流第一设定值Isetmin，然后进入步骤S207；

步骤S207：发送电流设定指令给DCDC变换单元，其中，所述电流设定指令用于将DCDC变换单元的输出电流设定为DCDC电流设定值Iset；然后返回步骤S202。

图5至图8示出了第一种至第四种燃料电池混合电源能量管理方法的流程图，本领域技术人员可以将图5至图8示出的实施例理解为图4所示出实施例的4个优选例，具体地，这4个优选例示出了图4中所述步骤S203的4种不同的具体实现方式。

例如，在图5中，首先判断“蓄能装置电压Ustorage是否小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin”，若判断结果是否定的，则接下来判断“蓄能装置电压Ustorage是否大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax”，若判断结果又是否定的，则再来判断“DCDC电流偏离值Ideviation是否大于等于DCDC电流偏离允许值Ipermissible”。其中，本领域技术人员理解，当所述蓄能装置电压Ustorage大于蓄能装置电压第一设定值Umax或者小于蓄能装置电压第一设定值Umin时，DCDC电流偏离值Ideviation不会大于DCDC电流偏离允许值Ipermissible。

又例如，在图6中，首先判断“蓄能装置电压Ustorage是否大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax”，若判断结果是否定的，则接下来判断“蓄能装置电压Ustorage是否小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin”，若判断结果又是否定的，则再来判断“DCDC电流偏离值Ideviation是否大于等于DCDC电流偏离允许值Ipermissible”。

再例如，在图7中，首先判断“是否是：蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin，并且DCDC电流偏离值Ideviation是否大于等于DCDC电流偏离允许值Ipermissible”，若判断结果是否定的，则接下来判断“蓄能装置电压Ustorage是否小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin”，若判断结果又是否定的，则再来判断“蓄能装置电压Ustorage是否大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax”。

还例如，在图8中，首先判断“是否是：蓄能装置电压Ustorage小于蓄能装置电压第一设定值Umax且大于蓄能装置电压第一设定值Umin，并且DCDC电流偏离值Ideviation是否大于等于DCDC电流偏离允许值Ipermissible”，若判断结果是否定的，则接下来判断“蓄能装置电压Ustorage是否大于等于蓄能装置电压第一设定值Umax”，若判断结果又是否定的，则再来判断“蓄能装置电压Ustorage是否小于等于蓄能装置电压第一设定值Umin”。

在本实施例的一个优选例中，在所述步骤S201之前，按照如下方式确定参数：蓄能装置电压第一设定值Umax、蓄能装置电压第二设定值Umin、DCDC电流偏离允许值Ipermissible、DCDC允许输出的最大电流设定值Imax。

A、针对没有能量回收的系统（采用机械刹车，用刹车片与轮毂摩擦制动，将制动产生的能量消耗），确定蓄能装置电压第一设定值Umax的步骤如下：

步骤A1：确定极限电压Ulim，具体地，判断负载保护电压最高限是否大于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是肯定的，则将极限电压Ulimit设定为等于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是否定的，则将极限电压Ulimit设定为等于负载保护电压最高限；其中，负载保护电压是一个范围值，蓄能装置充电保护电压是一个数值，均由供应商提供。

步骤A2：根据如下公式（2）确定预期DCDC变换单元输出电流Iexpect：

$\mathrm{Iexpect}=\frac{\mathrm{Irated}\·\mathrm{Edcdc}}{\mathrm{Ulim}}$ 公式（2），

其中，Irated为燃料电池额定输出功率，Edcdc为DCDC变换单元效率；

步骤A3：

在使用预期DCDC变换单元输出电流为恒定值充电的电流曲线上，得到对应充电容量为50%~90%的电压区间，选取该电压区间的任一电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax。其中，（所述预期DCDC变换单元输出电流为恒定值充电的电流曲线可以由电池供应商提供，如果没有正好的数据，可以采用接近电流替代，或者根据其他电流时的数据采用拟合的方法得到该曲线。例如图9所示的曲线）。

进一步优选地，在所述步骤A3中，根据不同的蓄能装置、不同的寿命要求选定不同的充电容量。具体地，从对应充电容量为如下任一个的电压值或电压区间，将所述电压值确定为、或者选取所述电压区间的任一电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax：

-针对超级电容和燃料电池的系统，对应充电容量为90%处的电压值，将所述90%处的电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax，

-针对蓄电池和燃料电池作为动力系统使用时（如车辆），对应充电容量为60%~80%的电压区间，选取所述60%~80%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax，

-针对蓄电池（大电流放电能力较差）和燃料电池作为动力系统使用时（如车辆），对应充电容量为80%~90%的电压区间，选取所述80%~90%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax，

-针对蓄电池和燃料电池作为非动力系统使用时（如通讯基站电源），对应充电容量为50%~60%的电压区间，选取所述50%~60%的电压区间的任一电压值确定为蓄能装置电压第一设定值Umax，以保持超长寿命。

B、针对有能量回收的系统，确定蓄能装置电压第一设定值Umax的步骤如下：

步骤B1：确定系统极限充电电流，具体地，在系统使用中极限的能量回收工况下（例如叉车在举重最重，坡度最大（叉车允许的坡度情况），加速下坡至坡道结束时刹车制动），先使用蓄电池，进行刹车动作得到制动刹车直至结束时的系统电流、时间数据，如图10所示，该系统电流的负值电流为充电电流，计算该充电电流的平均电流作为系统极限充电电流；

步骤B2：确定极限电压Ulim，具体地，判断负载保护电压最高限是否大于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是肯定的，则将极限电压Ulimit设定为等于蓄能装置充电保护电压；若判断结果是否定的，则将极限电压Ulimit设定为等于负载保护电压最高限；

步骤B3：根据如下公式（2）确定预期DCDC变换单元输出电流Iexpect：

$\mathrm{Iexpect}=\frac{\mathrm{Irated}\·\mathrm{Edcdc}}{\mathrm{Ulim}}$ 公式（2），

其中，Irated为燃料电池额定输出功率，Edcdc为DCDC变换单元效率；

步骤B4：查询不同充电电流与充电容量的测试曲线；根据系统极限充电电流对应的恒电流充电曲线，得到充至极限电压时对应的充电容量；根据该充电容量，在预期DCDC变换单元输出电流Iexpect对应的恒电流充电曲线上查找到对应的电压值，所述对应的电压值为蓄能装置电压第一设定值Umax，如图11所示；其中，本领域技术人员理解，不同充电电流与充电容量（AH）的测试曲线可以从厂商处获取。

步骤B5：根据系统使用时极限的能量回收工况，通过使用蓄能装置电压第一设定值Umax控制的系统进行实际测试，修正蓄能装置电压第一设定值Umax使得实际测量最高电压略低于极限电压Ulim；

步骤B6：对蓄能装置容量进行修正，具体地，根据蓄能装置充电容量/额定容量与循环次数的关系曲线、或者放电容量/额定容量与循环次数的关系曲线，查询到多次循环后充电容量/额定容量的比值，然后将蓄能装置电压第一设定值Umax与充电容量/额定容量比值的乘积作为修正后的蓄能装置电压第一设定值Umax，例如图12所示。

其中，由于在大电流流过时，电缆、接触器、电缆接头等会引起压降，必须加以校正。根据系统使用时极限的能量回收工况，使用蓄能装置电压第一设定值Umax控制的系统进行实际测试。

如果实际测量最高电压高于极限电压那么必须进行修正。

如果实际测量最高电压低于极限电压太多那么也可以进行修正。

修正公式为：

修改后的蓄能装置电压第一设定值Umax=修正前的蓄能装置电压第一设定值Umax*（极限电压-修正前的蓄能装置电压第一设定值Umax）/（实际测量最高电压-蓄能装置电压第一设定值Umax）。

通过逼近法，逐步改变蓄能装置电压第一设定值Umax进行测试，测量得到修正后的蓄能装置电压第一设定值Umax。

如图13所示，根据蓄能装置充电容量/额定容量与循环次数的关系曲线（该曲线由供应商提供），查询到多次循环后充电容量/额定容量的比值。由于放电容量与充电容量成正比，可以采用放电容量/额定容量与循环次数的关系曲线来代替。

修正的蓄能装置电压第一设定值Umax=步骤B6获得的修正后的蓄能装置电压第一设定值Umax*充电容量/额定容量

本系统使用的是蓄能装置1000次额定循环后的充电容量/额定容量。

通过该步骤对蓄电池容量的下降对系统的影响进行了预校正，保证了系统在长期使用中无需再对控制参数（蓄能装置电压第一设定值Umax）进行校正。而现有的SOC计算模式的系统，要定期估算实际蓄能装置容量，重新设定系统中BC（蓄能装置容量）数值，来提高SOC计算的准确性。

C、确定DCDC电流第一设定值Isetmin的步骤如下：

步骤C1：确定辅助系统最低消耗电流Is，具体地，采用得到的蓄能装置电压第一设定值Umax控制的系统，让系统处于怠机状态，系统稳定后，辅助系统消耗降至最低值，测量此时的辅助系统的电流即最低消耗电流；其中，辅助系统最低消耗电流是指维持辅助系统最低输出，保持燃料电池可以工作时辅助系统消耗的电流。

步骤C2：将辅助系统最低消耗电流与系数K的乘积作为DCDC电流第一设定值Isetmin，其中，系数K小于1。

优选地，系数K为0.6，其原因是，实际设置时要考虑因素：

a、系数要高于DCDC电流测量装置的测量精度几倍。

b、要考虑电流传感器在长期运行时的漂移问题，电流传感器测量值与实际电流相比偏大不会影响系统运行；电流传感器测量值与实际电流相比偏小将会影响系统运行。

综合考虑上述因素，在优选例中采用系数K=0.6。该方法可以不过度依赖与传感器的精度、零点、反应速度等。

D、确定DCDC允许输出的最大电流设定值Imax的步骤如下：

步骤D1：根据如下公式（3）确定DCDC允许输出的最大电流设定值Imax：

$I\max =\frac{\mathrm{Irated}\·\mathrm{Edcdc}}{U\max }$ 公式（3）

E、确定蓄能装置电压第二设定值Umin的步骤如下：

步骤E1：根据如下公式（4）确定最低荷电容量Cmin：

Cmin=C-(Is-I_setmin)·T               公式（4）

其中，C为充电容量，Is为辅助系统最低消耗电流，T为时间，所述充电容量是在以DCDC允许输出的最大电流设定值Imax为电流的恒电流充电的充电容量与充电电压曲线上，查找充电电压为蓄能装置电压第一设定值Umax所对应的充电容量，所述时间根据系统需要响应的速度设置；

步骤E2：根据最低荷电容量Cmin，在以DCDC允许输出的最大电流设定值Imax为电流的恒电流充电的充电容量与充电电压曲线上，查找最低荷电容量Cmin所对应的充电电压，选取该充电电压为蓄能装置电压第二设定值Umin。

进一步地，通过如下方法确定DCDC电流偏离允许值Ipermissible：

DCDC电流偏离值=系统控制器控制的DCDC变换单元输出电流-DCDC变换单元实际输出电流。

实际设置时要考虑因素：

a、系数要高于DCDC电流测量装置的测量精度几倍。

b、要考虑电流传感器在长期运行时的漂移问题，电流传感器测量值与实际电流相比偏大不会影响系统运行；电流传感器测量值与实际电流相比偏小将会影响系统运行。

因此本实施例中该数值优选地设定为5安培。

接下来通过4种不同的工况描述所述燃料电池混合电源能量管理方法的具体应用：

当燃料电池电力经DCDC变换单元输出和蓄能装置混合的系统（如图1所示的系统）用于车辆工作时：

工况1、当连接的负载（车辆）在某些状态运行（如：大功率运行、启动）时，需要的系统电流高于DCDC变换单元的电流输出，不足的电流则从蓄能装置获得，此时，蓄能装置电压必然会逐步下降。为了避免蓄能装置电压低于蓄能装置最低工作电压导致系统无法运作，在蓄能装置电压低于某一数值（蓄能装置电压第二设定值Umin）时，系统控制器逐步加大DCDC变换单元输出电流，使得蓄能装置输出电流逐步降低，蓄能装置电压逐步上升。持续大功率运行时，DCDC变换单元输出电流将增加直至达到DCDC允许输出的最大电流设定值。

这样，通过改变DCDC变换器的输出电流完成了系统所需能量在燃料电池与蓄能装置之间的有效合理分配。

工况2、运行状态改变为连接的负载（车辆）在某些状态运行（如：小功率运行、怠速）时，需要的系统电流小于DCDC变换单元的电流输出，DCDC变换单元对蓄能装置充电，此时，蓄能装置电压必然会逐步上升。为了避免蓄能装置电压超出蓄能装置充电保护电压导致系统停止运作，在蓄能装置电压达到设定值（蓄能装置电压第一设定值Umax）时，系统控制器逐步降低DCDC变换单元输出电流，使得蓄能装置输出电压逐步降低；当蓄能装置电压低于设定值（蓄能装置电压第一设定值Umax）时，DCDC变换单元输出电流不再改变。此时，该DCDC变换单元输出电流仍可能高于系统维持小功率运行或怠速需要的系统电流，则系统重复上述步骤；直至DCDC变换单元输出电流小于系统电流，不足的电流则从蓄能装置获得，此时重新进入上述工况1的情况。

这样，通过改变DCDC变换器的输出电流完成对蓄能装置损失电量补充。

工况3、当连接的负载（车辆）在某些状态发生突然改变（从大功率运行转至小功率运行）时，需要的系统电流降低，DCDC变换单元输出电流也随之降低，此时，系统控制器控制的DCDC变换单元输出电流高于DCDC变换单元实际输出电流。当DCDC电流偏离值大于等于DCDC电流偏离允许值时，系统控制器控制以最快速度降低DCDC变换单元输出电流，直至该输出电流为DCDC电流第一设定值Isetmin，该DCDC电流第一设定值Isetmin小于系统辅助部件最低功耗时从系统得到的电流；此时，系统控制跳转到上述工况1的情况。当DCDC电流偏离值小于DCDC电流偏离允许值时，此时，系统控制进入上述工况2的情况。

设置工况3的目的：车辆实际运行时，可能在从大功率运行转至小功率运行后突然又转为大功率运行，系统又突然输出大电流；此时，如果不设置工况3对系统控制器控制的DCDC变换单元输出电流降低，那么系统突然输出大电流时，由于系统控制器控制的DCDC变换单元输出电流高于DCDC变换单元实际输出电流，会首先从DCDC变换单元获得电力，造成对燃料电池的冲击。

这样，通过设定DCDC变换器的输出电流，保证在系统突然增加负载时的分配策略：蓄能装置先输出、燃料电池逐步跟上。

工况4、车辆制动时，带有能量反馈功能的车辆都会将制动产生的能量转化为电能，反馈给供电系统；这种状态，对于燃料电池系统而言是外部向其输入电流，该电流输入蓄能装置，同时DCDC变换单元输出的电流也充入蓄能装置，会使得蓄能装置电压急剧升高至保护电压，触发停机，造成制动产生的能量无法回收导致车辆失控；因此，制动时首先需要控制降低DCDC变换单元输出的电流。为了避免蓄能装置电压超出蓄能装置保护电压，在蓄能装置电压达到设定值（蓄能装置电压第一设定值Umax）时，系统控制器控制逐步降低DCDC变换单元输出电流，直至该输出电流为DCDC电流设定值1，该值小于系统辅助部件最低功耗时从系统得到的电流。制动结束后，系统控制跳转到工况1的情况。

接下来，通过图14至图16示出基于本发明的一种叉车用燃料电池电源系统。

所述叉车用燃料电池电源系统，包括外壳90、以及设置在所述外壳90内的燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7，还包括设置在所述外壳90外的电源输出端5、以及设置在所述外壳90内的操作控制单元6，其中，所述接触器3为常开型大电流接触器，所述DCDC变换单元2包括相连接的DCDC变换器21和大功率二极管22，

所述燃料电池系统100连接所述DCDC变换单元2、接触器3、电源输出端5，所述控制器7连接所述燃料电池系统100、操作控制单元6、接触器3，所述蓄能装置4连接所述控制器7、操作控制单元6、接触器3。

优选地，所述燃料电池系统100、蓄能装置4、DCDC变换单元2沿着所述外壳90由前往后的方向依次安装在所述外壳90的底板上。

优选地，所述操作控制单元6和控制器7的安装位置均高于所述DCDC变换单元2和蓄能装置4的安装位置。

优选地，所述操作控制单元6和控制器7沿着所述外壳90由前往后的方向依次安装。

优选地，所述接触器3安装在所述底板的位于所述外壳90的侧板与所述蓄能装置4之间的区域内。

优选地，还包括设置在所述外壳90内的电气隔离板901、氢气存储系统、加注阀95，所述电气隔离板901将所述外壳90的空间分隔为电子系统空间和气体供应空间，所述燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7、操作控制单元6位于所述电子系统空间内，所述氢气存储系统、加注阀95位于所述气体供应空间内，所述气体供应空间位于所述电子系统空间的一侧。

优选地，所述燃料电池系统100所包含的燃料电池1的输出端连接所述DCDC变换单元2的输入端，DCDC变换单元2通过所述接触器3连接所述蓄能装置4，所述DCDC变换单元2的输出端还连接所述电源输出端5和所述燃料电池系统100所包含的大功率辅助部件80，所述蓄能装置4的端口通过所述接触器3连接所述电源输出端5和所述燃料电池系统100所包含的大功率辅助部件80，所述操作控制单元6分别连接所述蓄能装置4、DCDC变换单元2、控制器7，所述控制器7分别连接所述燃料电池系统100所包含的燃料电池、辅助系统8、DCDC变换单元2、接触器3的控制端、蓄能装置4，其中，所述辅助系统8包括所述大功率辅助部件80，

所述操作控制单元6用于接收操作信号并为所述控制器7和DCDC变换单元2供电，所述控制器7用于接收所述操作控制单元6根据所述操作信号生成的操作指令并根据所述操作指令控制所述接触器3、DCDC变换单元2、辅助系统8，所述控制器7还用于测量所述燃料电池系统100所包含的燃料电池1的状态参数、测量所述蓄能装置4的状态参数、测量所述辅助系统的状态参数、和接收所述DCDC变换单元2的状态数据。

优选地，所述燃料电池1的输出端连接所述DCDC变换器21的输入端，所述DCDC变换器21的输出端正极连接所述大功率二极管22的正极，所述大功率二极管22的负极通过所述接触器3连接所述蓄能装置4，所述DCDC变换器21连接所述控制器7并接受所述控制器7的控制，所述DCDC变换器21连接所述操作控制单元6并接收所述操作控制单元6的供电。

优选地，所述操作控制单元6根据接收到的开机操作信号改变与所述DCDC变换单元、以及控制器7的电连接状态。

优选地，所述DCDC变换单元2的状态数据包括DCDC输入电流、DCDC输入电压。

优选地，还包括如下任一种或任多种装置：

-氢气安全系统，所述氢气安全系统包括分别放置在电子控制系统空间、以及气体供应空间内的传感器，所述传感器连接所述控制器7，

-监测显示器91，所述监测显示器91连接所述控制器7，

-开关机按钮92，所述开关机按钮92分别连接所述操作控制单元6和控制器7，

-无线遥控器93，所述无线遥控器93以无线方式连接所述操作控制单元6，

-急停按钮94，所述急停按钮94连接所述操作控制单元6。

所述叉车用燃料电池电源系统涉及燃料电池系统。

设计叉车用燃料电池系统时，为了可以和现有的铅酸电池进行直接替换以避免叉车的改造，不得不把所有的零部件集中在一个长方形空腔内。叉车用燃料电池系统需要包括控制器、储能装置、DCDC变化器、接触器、燃料电池系统、氢气加注阀、氢气瓶、氢气供应系统等。系统要达到和铅酸电池相同的重量，还要放置配重。整个系统所需要的零部件集成在一个狭小的空间内，造成零部件之间没有空间。这会造成安装，拆卸非常麻烦。甚至拆卸零部件时不得不拆卸掉其他零部件。

现有技术存在诸多的不足之处。有的设计减少了系统功能；有的设计采用尺寸较小的容量较小的储能装置，降低了系统的性能；有的设计方案甚至把氢气瓶放置到系统外部；有的设计在系统内零部件之间几乎没有可以移动的空间，拆卸其他零部件必须移动其他零部件；有的设计在系统没有空间放置紧急关机按钮，依赖于氢气加注系统设计的紧急关机按钮，这会造成在系统异常的紧急情况下无法迅速关闭系统。

申请号为“200820233706.2”、名称为“叉车气瓶固定装置”的中国实用新型专利，其公开的技术方案把气瓶放置在叉车后端，使用时需要更换氢气瓶，这也需要较多的时间。同时气瓶放置在叉车后方也很不安全。该方案由于系统不够紧凑，无法把氢气瓶放置到系统内部。

公开号为“CA2659135A1”、名称为“FUEL CELL INDUSTRIAL VEHICLE”的加拿大专利，提供了燃料电池叉车系统方案，重新设计了整个叉车。不能直接替换现有的叉车电池。

申请号为“200920174236.1”、名称为“一种新型叉车”的中国实用新型专利，其提供的技术方案也考虑重新设计现有车辆。

申请号为“200820179687.X”、名称为“一种燃料电池叉车”的中国实用新型专利，其提供的技术方案同样也是重新设计叉车。

针对现有技术中的缺陷，所述叉车用燃料电池电源系统解决叉车用燃料电池系统紧凑性问题。叉车用燃料电池在把整个系统集成到一个长方形空腔内。由于尺寸的限制，各个零部件之间几乎没有可以移动的空间。线路安装麻烦。零部件拆装麻烦，必须移除其他零部件。留有放置配重的空间。

与现有技术相比，所述叉车用燃料电池电源系统具有如下的有益效果：

1）现有技术在系统中放置的储能装置容量较小，让储能装置处于较高倍率的充放电状态，降低了储能装置的寿命。所述叉车用燃料电池电源系统可以放置更高容量的储能装置，让储能装置处于较低倍率的充放电状态，延长了储能装置的寿命、以及系统可以搁置不使用的时间。例如在放置储能装置为锂离子蓄电池的情况下。现有技术中设计放置的锂离子蓄电池，容量为32AH，峰值输出48KW。叉车用燃料电池电源系统可以放置的锂离子蓄电池，容量为50AH，峰值输出72KW。在吸收叉车制动时，600A的情况下，充电倍率为12C。现有技术为18C。更高的储能装置容量降低了相同电流输出时的充放电倍率有利于延长蓄电池的寿命。

2）所述叉车用燃料电池电源系统的结构紧凑，可以方便的对系统进行安装、检修维护等工作。

3）在外壳内部，操作控制单元、控制器放置在顶部，在系统不用移到叉车外部的情况下，可以检查维护。故障排除。也方便对控制器控制软件的升级。

4）零部件与零部件之间，零部件与外壳之间都留有空间。该空间可以方便地连接线路，移除零部件。

5）所述叉车用燃料电池电源系统的结构设计紧凑可以放置紧急关机按钮。如遇紧急情况，可以迅速的切断整个系统。

6）系统操作需要的开关机按钮、急停按钮、加注阀等部件的放置高度合适，方便加注、操作。

更为具体地，所述叉车用燃料电池电源系统，包括外壳90、以及设置在所述外壳90内的燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7、操作控制单元6、电气隔离板901、氢气存储系统、加注阀95，还包括设置在所述外壳90外的电源输出端5。其中，所述接触器3为常开型大电流接触器，所述DCDC变换单元2包括相连接的DCDC变换器21和大功率二极管22。所述燃料电池系统100连接所述DCDC变换单元2、接触器3、电源输出端5，所述控制器7连接所述燃料电池系统100、操作控制单元6、接触器3，所述蓄能装置4连接所述控制器7、操作控制单元6、接触器3。

所述燃料电池系统100、蓄能装置4、DCDC变换单元2沿着所述外壳90由前往后的方向依次安装在所述外壳90的底板上。所述操作控制单元6和控制器7的安装位置均高于所述DCDC变换单元2和蓄能装置4的安装位置。所述操作控制单元6和控制器7沿着所述外壳90由前往后的方向依次安装。所述接触器3安装在所述底板的位于所述外壳90的侧板与所述蓄能装置4之间的区域内。

所述电气隔离板901将所述外壳90的空间分隔为电子系统空间和气体供应空间，所述燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7、操作控制单元6位于所述电子系统空间内，所述氢气存储系统、加注阀95位于所述气体供应空间内，所述气体供应空间位于所述电子系统空间的一侧。

在一个优选例中，所述叉车用燃料电池电源系统还包括氢气安全系统、监测显示器91、开关机按钮92、无线遥控器93、急停按钮94，其中，所述氢气安全系统包括分别放置在电子控制系统空间、以及气体供应空间内的传感器，所述传感器连接所述控制器7，所述监测显示器91连接所述控制器7，所述开关机按钮92分别连接所述操作控制单元6和控制器7，所述无线遥控器93以无线方式连接所述操作控制单元6，所述急停按钮94连接所述操作控制单元6。

所述燃料电池系统100包括燃料电池1、以及辅助系统8。所述辅助系统8包括空气供应系统、冷却系统、氢气供应系统，所述大功率辅助部件80是指辅助系统中的大功率部件（例如风机、泵、散热风扇）。本领域技术人员可以参考现有技术实现所述辅助系统8及其大功率辅助部件80，在此不予赘述。

图15和图16示出了两个根据所述叉车用燃料电池电源系统的具体实施方式中的燃料电池电源系统。具体地，图15示出具体实施方式A-1：某叉车厂2吨电动叉车使用铅酸电池型号为9PZS630 48V。该铅酸蓄电池长度1070mm，宽度827mm，高度520mm，重量为1070kg，电压48V。叉车工作电压范围40-60V。设计系统长度为980mm，宽度827mm，高度520mm，重量为1070Kg，系统额定电压40-60V。图16示出具体实施方式A-2：某叉车厂四轮平衡重式叉车电动叉车使用铅酸蓄电池，长度982mm，宽度836mm，高度565mm，重量为1400kg。叉车工作电压范围40-60V。设计系统长度为980mm，宽度827mm，高度565mm，重量为1400Kg，系统额定电压40-60V。采用和具体实例方式A一样，在底部增加了一个配重层，达到了叉车需要的重量。

所述叉车用燃料电池电源系统之所以能够设计成如图14所示的紧凑结构，主要是因为采用了如图1所示的紧凑型燃料电池电源系统。

接下来，通过图17至图19示出基于本发明的一种改进的叉车用燃料电池电源 系统。

所述改进的叉车用燃料电池电源系统，包括外壳90、以及设置在所述外壳90内的燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7，还包括设置在所述外壳90外的电源输出端5、以及设置在所述外壳90内的操作控制单元6、电气隔离板901、氢气存储系统、加注阀95，其中，所述接触器3为常开型大电流接触器，所述DCDC变换单元2包括相连接的DCDC变换器21和大功率二极管22，

所述燃料电池系统100连接所述DCDC变换单元2、接触器3、电源输出端5，所述控制器7连接所述燃料电池系统100、操作控制单元6、接触器3，所述蓄能装置4连接所述控制器7、操作控制单元6、接触器3，

所述电气隔离板901将所述外壳90的空间分隔为电子系统空间和气体供应空间，所述燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7、操作控制单元6、加注阀95位于所述电子系统空间内，所述氢气存储系统位于所述气体供应空间内，所述气体供应空间位于所述电子系统空间的下方。

优选地，所述燃料电池系统100、蓄能装置4、DCDC变换单元2沿着所述外壳90由前往后的方向依次设置在所述外壳90的电气隔离板901上。

优选地，所述操作控制单元6和控制器7的安装位置均高于所述DCDC变换单元2和蓄能装置4的安装位置。

优选地，所述操作控制单元6和控制器7沿着所述外壳90由前往后的方向依次安装。

优选地，所述接触器3安装在所述底板的位于所述外壳90的侧板与所述蓄能装置4之间的区域内。

优选地，所述燃料电池系统100所包含的燃料电池1的输出端连接所述DCDC变换单元2的输入端，DCDC变换单元2通过所述接触器3连接所述蓄能装置4，所述DCDC变换单元2的输出端还连接所述电源输出端5和所述燃料电池系统100所包含的大功率辅助部件80，所述蓄能装置4的端口通过所述接触器3连接所述电源输出端5和所述燃料电池系统100所包含的大功率辅助部件80，所述操作控制单元6分别连接所述蓄能装置4、DCDC变换单元2、控制器7，所述控制器7分别连接所述燃料电池系统100所包含的燃料电池、辅助系统8、DCDC变换单元2、接触器3的控制端、蓄能装置4，其中，所述辅助系统8包括所述大功率辅助部件80，

所述操作控制单元6用于接收操作信号并为所述控制器7和DCDC变换单元2供电，所述控制器7用于接收所述操作控制单元6根据所述操作信号生成的操作指令并根据所述操作指令控制所述接触器3、DCDC变换单元2、辅助系统8，所述控制器7还用于测量所述燃料电池系统100所包含的燃料电池1的状态参数、测量所述蓄能装置4的状态参数、测量所述辅助系统的状态参数、和接收所述DCDC变换单元2的状态数据。

优选地，所述燃料电池1的输出端连接所述DCDC变换器21的输入端，所述DCDC变换器21的输出端正极连接所述大功率二极管22的正极，所述大功率二极管22的负极通过所述接触器3连接所述蓄能装置4，所述DCDC变换器21连接所述控制器7并接受所述控制器7的控制，所述DCDC变换器21连接所述操作控制单元6并接收所述操作控制单元6的供电。

优选地，所述操作控制单元6根据接收到的开机操作信号改变与所述DCDC变换单元、以及控制器7的电连接状态。

优选地，所述DCDC变换单元2的状态数据包括DCDC输入电流、DCDC输入电压。

优选地，还包括如下任一种或任多种装置：

-氢气安全系统，所述氢气安全系统包括分别放置在电子控制系统空间、以及气体供应空间内的传感器，所述传感器连接所述控制器7，

-监测显示器91，所述监测显示器91连接所述控制器7，

-开关机按钮92，所述开关机按钮92分别连接所述操作控制单元6和控制器7，

-无线遥控器93，所述无线遥控器93以无线方式连接所述操作控制单元6，

-急停按钮94，所述急停按钮94连接所述操作控制单元6。

所述改进的叉车用燃料电池电源系统涉及燃料电池系统。

设计叉车用燃料电池系统时，为了可以和现有的铅酸电池进行直接替换以避免叉车的改造，不得不把所有的零部件集中在一个长方形空腔内。叉车用燃料电池系统需要包括控制器、储能装置、DCDC变化器、接触器、燃料电池系统、氢气加注阀、氢气瓶、氢气供应系统等。系统要达到和铅酸电池相同的重量，还要放置配重。整个系统所需要的零部件集成在一个狭小的空间内，造成零部件之间没有空间。这会造成安装，拆卸非常麻烦。甚至拆卸零部件时不得不拆卸掉其他零部件。

现有技术存在诸多的不足之处。有的设计减少了系统功能；有的设计采用尺寸较小的容量较小的储能装置，降低了系统的性能；有的设计方案甚至把氢气瓶放置到系统外部；有的设计在系统内零部件之间几乎没有可以移动的空间，拆卸其他零部件必须移动其他零部件；有的设计在系统没有空间放置紧急关机按钮，依赖于氢气加注系统设计的紧急关机按钮，这会造成在系统异常的紧急情况下无法迅速关闭系统。

申请号为“200820233706.2”、名称为“叉车气瓶固定装置”的中国实用新型专利，其公开的技术方案把气瓶放置在叉车后端，使用时需要更换氢气瓶，这也需要较多的时间。同时气瓶放置在叉车后方也很不安全。该方案由于系统不够紧凑，无法把氢气瓶放置到系统内部。

公开号为“CA2659135A1”、名称为“FUEL CELL INDUSTRIAL VEHICLE”的加拿大专利，提供了燃料电池叉车系统方案，重新设计了整个叉车。不能直接替换现有的叉车电池。

申请号为“200920174236.1”、名称为“一种新型叉车”的中国实用新型专利，其提供的技术方案也考虑重新设计现有车辆。

申请号为“200820179687.X”、名称为“一种燃料电池叉车”的中国实用新型专利，其提供的技术方案同样也是重新设计叉车。

针对现有技术中的缺陷，所述改进的叉车用燃料电池电源系统解决叉车用燃料电池系统紧凑性问题。叉车用燃料电池在把整个系统集成到一个长方形空腔内。由于尺寸的限制，各个零部件之间几乎没有可以移动的空间。线路安装麻烦。零部件拆装麻烦，必须移除其他零部件。留有放置配重的空间。

与现有技术相比，所述改进的叉车用燃料电池电源系统具有如下的有益效果：

1）现有技术在系统中放置的储能装置容量较小，让储能装置处于较高倍率的充放电状态，降低了储能装置的寿命。所述改进的叉车用燃料电池电源系统可以放置更高容量的储能装置，让储能装置处于较低倍率的充放电状态，延长了储能装置的寿命、以及系统可以搁置不使用的时间。例如在放置储能装置为锂离子蓄电池的情况下。现有技术中设计放置的锂离子蓄电池，容量为32AH，峰值输出48KW。所述改进的叉车用燃料电池电源系统可以放置的锂离子蓄电池，容量为50AH，峰值输出72KW。在吸收叉车制动时，600A的情况下，充电倍率为12C。现有技术为18C。更高的储能装置容量降低了相同电流输出时的充放电倍率有利于延长蓄电池的寿命。

2）所述改进的叉车用燃料电池电源系统的结构紧凑，可以方便的对系统进行安装、检修维护等工作。

3）在外壳内部，操作控制单元、控制器放置在顶部，在系统不用移到叉车外部的情况下，可以检查维护。故障排除。也方便对控制器控制软件的升级。

4）零部件与零部件之间，零部件与外壳之间都留有空间。该空间可以方便地连接线路，移除零部件。

5）所述改进的叉车用燃料电池电源系统的结构设计紧凑可以放置紧急关机按钮。如遇紧急情况，可以迅速的切断整个系统。

6）系统操作需要的开关机按钮、急停按钮、加注阀等部件的放置高度合适，方便加注、操作。

更为具体地，所述改进的叉车用燃料电池电源系统，包括外壳90、以及设置在所述外壳90内的燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7，还包括设置在所述外壳90外的电源输出端5、以及设置在所述外壳90内的操作控制单元6、电气隔离板901、氢气存储系统、加注阀95，其中，所述接触器3为常开型大电流接触器，所述DCDC变换单元2包括相连接的DCDC变换器21和大功率二极管22，

所述燃料电池系统100连接所述DCDC变换单元2、接触器3、电源输出端5，所述控制器7连接所述燃料电池系统100、操作控制单元6、接触器3，所述蓄能装置4连接所述控制器7、操作控制单元6、接触器3，

所述电气隔离板901将所述外壳90的空间分隔为电子系统空间和气体供应空间，所述燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7、操作控制单元6、加注阀95位于所述电子系统空间内，所述氢气存储系统位于所述气体供应空间内，所述气体供应空间位于所述电子系统空间的下方。

所述燃料电池系统100、蓄能装置4、DCDC变换单元2沿着所述外壳90由前往后的方向依次设置在所述外壳90的电气隔离板901上。所述操作控制单元6和控制器7的安装位置均高于所述DCDC变换单元2和蓄能装置4的安装位置。所述操作控制单元6和控制器7沿着所述外壳90由前往后的方向依次安装。所述接触器3安装在所述底板的位于所述外壳90的侧板与所述蓄能装置4之间的区域内。

在一个优选例中，所述叉车用燃料电池电源系统还包括氢气安全系统、监测显示器91、开关机按钮92、无线遥控器93、急停按钮94，其中，所述氢气安全系统包括分别放置在电子控制系统空间、以及气体供应空间内的传感器，所述传感器连接所述控制器7，所述监测显示器91连接所述控制器7，所述开关机按钮92分别连接所述操作控制单元6和控制器7，所述无线遥控器93以无线方式连接所述操作控制单元6，所述急停按钮94连接所述操作控制单元6。

所述燃料电池系统100包括燃料电池1、以及辅助系统8。所述辅助系统8包括空气供应系统、冷却系统、氢气供应系统，所述大功率辅助部件80是指辅助系统中的大功率部件（例如风机、泵、散热风扇）。本领域技术人员可以参考现有技术实现所述辅助系统8及其大功率辅助部件80，在此不予赘述。

图18和图19示出了两个所述改进的叉车用燃料电池电源系统的具体实施方式中的燃料电池电源系统。具体地，图18示出具体实施方式B-1：某叉车厂2吨电动叉车使用铅酸电池电压为48V。该铅酸蓄电池长度1210mm，宽度496mm，高度785mm，重量为1300kg，电压48V。叉车工作电压范围40-60V。设计系统长度为1210mm，宽度500mm，高度780mm，重量为1300Kg，系统额定电压40-60V。图19示出具体实施方式B-2：某叉车厂三轮站驾式平衡重叉车使用铅酸蓄电池电压为36V，长度980mm，宽度520mm，高度787mm，重量为1180kg。叉车工作电压范围30-45V。设计系统长度为980mm，宽度496mm，高度780mm，重量为1180Kg，系统额定电压30-45V。

所述改进的叉车用燃料电池电源系统之所以能够设计成如图17所示的紧凑结构，主要是因为采用了如图1所示的紧凑型燃料电池电源系统。

接下来，通过图20至图22示出基于本发明的一种小型化叉车用燃料电池电源 系统。

所述小型化叉车用燃料电池电源系统，包括外壳90、以及设置在所述外壳90内的燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7，还包括设置在所述外壳90外的电源输出端5、以及设置在所述外壳90内的操作控制单元6，其中，所述接触器3为常开型大电流接触器，所述DCDC变换单元2包括相连接的DCDC变换器21和大功率二极管22，

所述燃料电池系统100连接所述DCDC变换单元2、接触器3、电源输出端5，所述控制器7连接所述燃料电池系统100、操作控制单元6、接触器3，所述蓄能装置4连接所述控制器7、操作控制单元6、接触器3，

所述燃料电池系统100、蓄能装置4沿着所述外壳90由前往后的方向依次设置在所述外壳90的电气隔板901上，所述DCDC变换单元2位于所述蓄能装置4的正上方，所述操作控制单元6和控制器7位于所述DCDC变换单元2的正上方。

优选地，所述控制器7和操作控制单元6沿着所述外壳90由前往后的方向依次安装。

优选地，所述接触器3安装在所述外壳90的侧板与所述操作控制单元6之间的空间内。

优选地，还包括设置在所述外壳90内的氢气存储系统、加注阀95，所述电气隔离板901将所述外壳90的空间分隔为电子系统空间和气体供应空间，所述燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7、操作控制单元6、加注阀95位于所述电子系统空间内，所述氢气存储系统位于所述气体供应空间内，所述气体供应空间位于所述电子系统空间的下方。

优选地，所述燃料电池系统100所包含的燃料电池1的输出端连接所述DCDC变换单元2的输入端，DCDC变换单元2通过所述接触器3连接所述蓄能装置4，所述DCDC变换单元2的输出端还连接所述电源输出端5和所述燃料电池系统100所包含的大功率辅助部件80，所述蓄能装置4的端口通过所述接触器3连接所述电源输出端5和所述燃料电池系统100所包含的大功率辅助部件80，所述操作控制单元6分别连接所述蓄能装置4、DCDC变换单元2、控制器7，所述控制器7分别连接所述燃料电池系统100所包含的燃料电池、辅助系统8、DCDC变换单元2、接触器3的控制端、蓄能装置4，其中，所述辅助系统8包括所述大功率辅助部件80，

所述操作控制单元6用于接收操作信号并为所述控制器7和DCDC变换单元2供电，所述控制器7用于接收所述操作控制单元6根据所述操作信号生成的操作指令并根据所述操作指令控制所述接触器3、DCDC变换单元2、辅助系统(8)，所述控制器7还用于测量所述燃料电池系统100所包含的燃料电池1的状态参数、测量所述蓄能装置4的状态参数、测量所述辅助系统的状态参数、和接收所述DCDC变换单元2的状态数据。

优选地，所述燃料电池1的输出端连接所述DCDC变换器21的输入端，所述DCDC变换器21的输出端正极连接所述大功率二极管22的正极，所述大功率二极管22的负极通过所述接触器3连接所述蓄能装置4，所述DCDC变换器21连接所述控制器7并接受所述控制器7的控制，所述DCDC变换器21连接所述操作控制单元6并接收所述操作控制单元6的供电。

优选地，所述操作控制单元6根据接收到的开机操作信号改变与所述DCDC变换单元、以及控制器7的电连接状态。

优选地，所述DCDC变换单元2的状态数据包括DCDC输入电流、DCDC输入电压。

优选地，还包括如下任一种或任多种装置：

-氢气安全系统，所述氢气安全系统包括分别放置在电子控制系统空间、以及气体供应空间内的传感器，所述传感器连接所述控制器7，

-监测显示器91，所述监测显示器91连接所述控制器7，

-开关机按钮92，所述开关机按钮92分别连接所述操作控制单元6和控制器7，

-无线遥控器93，所述无线遥控器93以无线方式连接所述操作控制单元6，

-急停按钮94，所述急停按钮94连接所述操作控制单元6。

所述小型化叉车用燃料电池电源系统涉及燃料电池系统。

目前，存在大量的电动车辆例如电动叉车，电动游览车等。这些电动车辆都使用铅酸电池作为电能来源。相对内燃机，铅酸电池没有噪声，没有排气，已经清洁环保了很多。然而铅酸电池在生产、使用的过程中存在诸多的问题。

铅酸电池在使用的过程中随着容量的下降叉车的动力性能下降，变现为叉车速度降低，无法举起货物。严重影响工作效率。铅酸电池使用一次需要充电6~8小时，更换电池需要20分钟。三班制的工作的物流中心不得不使用三个铅酸电池来供一辆电动叉车使用。由于可使用容量的不断下降，铅酸电池只能使用2~3年，三班制的工作叉车需要更换3组蓄电池。

铅酸电池，在使用过程中会产生酸雾，甚至在物流中心的食品中都能检测铅。由于铅酸电池在生产中会有大量的污染，很多国家地方已经逐步限制铅酸电池的生产制造。这在一定程度上造成了铅酸电池价格的上涨。

每年大量的电动叉车被销售，导致每年大量的铅酸电池需要更换，因此迫切需要一种新的电源来取代。现有技术提供了多种方案，但现有技术存在诸多的不足之处。有的设计减少了系统功能；有的设计采用尺寸较小的容量较小的储能装置，降低了系统的性能；有的设计方案甚至把氢气瓶放置到系统外部；有的设计在系统内零部件之间几乎没有可以移动的空间，拆卸其他零部件必须移动其他零部件；有的设计在系统没有空间放置紧急关机按钮，依赖于氢气加注系统设计的紧急关机按钮，这会造成在系统异常的紧急情况下无法迅速关闭系统。

申请号为“200820233706.2”、名称为“叉车气瓶固定装置”的中国实用新型专利，其公开的技术方案把气瓶放置在叉车后端，使用时需要更换氢气瓶，这也需要较多的时间。同时气瓶放置在叉车后方也很不安全。该方案由于系统不够紧凑，无法把氢气瓶放置到系统内部。

公开号为“CA2659135A1”、名称为“FUEL CELL INDUSTRIAL VEHICLE”的加拿大专利，提供了燃料电池叉车系统方案，重新设计了整个叉车。不能直接替换现有的叉车电池。

申请号为“200920174236.1”、名称为“一种新型叉车”的中国实用新型专利，其提供的技术方案也考虑重新设计现有车辆。

申请号为“200820179687.X”、名称为“一种燃料电池叉车”的中国实用新型专利，其提供的技术方案同样也是重新设计叉车。

针对现有技术中的缺陷，所述小型化叉车用燃料电池电源系统解决叉车用燃料电池系统紧凑性问题。叉车用燃料电池在把整个系统集成到一个长方形空腔内。由于尺寸的限制，各个零部件之间几乎没有可以移动的空间。线路安装麻烦。零部件拆装麻烦，必须移除其他零部件。留有放置配重的空间。

与现有技术相比，所述小型化叉车用燃料电池电源系统具有如下的有益效果：

1）现有技术在系统中放置的储能装置容量较小，让储能装置处于较高倍率的充放电状态，降低了储能装置的寿命。所述小型化叉车用燃料电池电源系统可以放置更高容量的储能装置，让储能装置处于较低倍率的充放电状态，延长了储能装置的寿命、以及系统可以搁置不使用的时间。例如在放置储能装置为锂离子蓄电池的情况下。现有技术中设计放置的锂离子蓄电池，容量为32AH，峰值输出10KW。所述小型化叉车用燃料电池电源系统可以放置的锂离子蓄电池，容量为50AH，峰值输出15KW。在吸收叉车制动时，600A的情况下，充电倍率为12C。现有技术为18C。更高的储能装置容量降低了相同电流输出时的充放电倍率有利于延长蓄电池的寿命。

2）所述小型化叉车用燃料电池电源系统的结构紧凑，可以方便的对系统进行安装、检修维护等工作。

3）在外壳内部，操作控制单元、控制器放置在顶部，在系统不用移到叉车外部的情况下，可以检查维护。故障排除。也方便对控制器控制软件的升级。

4）零部件与零部件之间，零部件与外壳之间都留有空间。该空间可以方便地连接线路，移除零部件。

5）所述小型化叉车用燃料电池电源系统的结构设计紧凑可以放置紧急关机按钮。如遇紧急情况，可以迅速的切断整个系统。

6）系统操作需要的开关机按钮、急停按钮、加注阀等部件的放置高度合适，方便加注、操作。

更为具体地，

所述小型化叉车用燃料电池电源系统，包括外壳90、以及设置在所述外壳90内的燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7，还包括设置在所述外壳90外的电源输出端5、以及设置在所述外壳90内的操作控制单元6，其中，所述接触器3为常开型大电流接触器，所述DCDC变换单元2包括相连接的DCDC变换器21和大功率二极管22，

所述燃料电池系统100连接所述DCDC变换单元2、接触器3、电源输出端5，所述控制器7连接所述燃料电池系统100、操作控制单元6、接触器3，所述蓄能装置4连接所述控制器7、操作控制单元6、接触器3，

所述燃料电池系统100、蓄能装置4沿着所述外壳90由前往后的方向依次设置在所述外壳90的电气隔板901上，所述DCDC变换单元2位于所述蓄能装置4的正上方，所述操作控制单元6和控制器7位于所述DCDC变换单元2的正上方。所述控制器7和操作控制单元6沿着所述外壳90由前往后的方向依次安装。所述接触器3安装在所述外壳90的侧板与所述操作控制单元6之间的空间内。

在一个优选例中，所述小型化叉车用燃料电池电源系统还包括设置在所述外壳90内的氢气存储系统、加注阀95，所述电气隔离板901将所述外壳90的空间分隔为电子系统空间和气体供应空间，所述燃料电池系统100、DCDC变换单元2、接触器3、蓄能装置4、控制器7、操作控制单元6、加注阀95位于所述电子系统空间内，所述氢气存储系统位于所述气体供应空间内，所述气体供应空间位于所述电子系统空间的下方。

所述燃料电池系统100包括燃料电池1、以及辅助系统8。所述辅助系统8包括空气供应系统、冷却系统、氢气供应系统，所述大功率辅助部件80是指辅助系统中的大功率部件（例如风机、泵、散热风扇）。本领域技术人员可以参考现有技术实现所述辅助系统8及其大功率辅助部件80，在此不予赘述。

图21和图22示出了两个所述小型化叉车用燃料电池电源系统的具体实施方式中的燃料电池电源系统。具体地，图21示出具体实施方式C-1：某叉车厂电动堆高叉车使用铅酸电池电压为24V。该铅酸蓄电池长度920mm，宽度361mm，高度787mm，重量为702kg，电压24V。叉车工作电压范围20-30V。设计系统长度为920mm，宽度360mm，高度786mm，重量为702Kg，系统额定电压20-30V。图22示出具体实施方式C-2：某叉车厂站驾式托盘搬运叉车使用铅酸蓄电池电压为24V，长度790mm，宽度330mm，高度784mm，重量为300kg。叉车工作电压范围20-30V。设计系统长度为780mm，宽度325mm，高度780mm，重量为300Kg，系统额定电压20-30V。

所述小型化叉车用燃料电池电源系统之所以能够设计成如图20所示的紧凑结构，主要是因为采用了如图1所示的紧凑型燃料电池电源系统。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种紧凑型燃料电池电源系统，包括燃料电池（1）、DCDC变换单元（2）、接触器（3）、蓄能装置（4）、控制器（7）、辅助系统（8），其特征在于，还包括电源输出端（5）、操作控制单元（6），其中，所述接触器（3）为常开型大电流接触器，所述DCDC变换单元（2）包括相连接的DCDC变换器（21）和大功率二极管（22），

所述燃料电池（1）的输出端连接所述DCDC变换单元（2）的输入端，DCDC变换单元（2）通过所述接触器（3）连接所述蓄能装置（4），所述DCDC变换单元（2）的输出端还连接所述电源输出端（5）和所述辅助系统（8）所包含的大功率辅助部件（80），所述蓄能装置（4）的端口通过所述接触器（3）连接所述电源输出端（5）和辅助系统（8），所述操作控制单元（6）分别连接所述蓄能装置（4）、DCDC变换单元（2）、控制器（7），所述控制器（7）分别连接所述燃料电池（1）、DCDC变换单元（2）、接触器（3）的控制端、蓄能装置（4）、辅助系统（8），

所述操作控制单元（6）用于接收操作信号并为所述控制器（7）和DCDC变换单元（2）供电，所述控制器（7）用于接收所述操作控制单元（6）根据所述操作信号生成的操作指令并根据所述操作指令控制所述接触器（3）、DCDC变换单元（2）、辅助系统（8），所述控制器（7）还用于测量所述燃料电池（1）的状态参数、测量所述蓄能装置（4）的状态参数、测量所述辅助系统（8）的状态参数和接收所述DCDC变换单元（2）的状态数据。

2.根据权利要求1所述的紧凑型燃料电池电源系统，其特征在于，所述燃料电池（1）的输出端连接所述DCDC变换器（21）的输入端，所述DCDC变换器（21）的输出端正极连接所述大功率二极管（22）的正极，所述大功率二极管（22）的负极通过所述接触器（3）连接所述蓄能装置（4），所述DCDC变换器（21）连接所述控制器（7）并接受所述控制器（7）的控制，所述DCDC变换器（21）连接所述操作控制单元（6）并接收所述操作控制单元（6）的供电。

3.根据权利要求1所述的紧凑型燃料电池电源系统，其特征在于，所述大功率二极管（22）放置在所述DCDC变换器（21）的散热通道上。

4.根据权利要求1所述的紧凑型燃料电池电源系统，其特征在于，还包括监测显示器（91），所述监测显示器（91）连接所述控制器（7）。

5.根据权利要求1所述的紧凑型燃料电池电源系统，其特征在于，还包括开关机按钮（92），所述开关机按钮（92）分别连接所述操作控制单元（6）和控制器（7）。

6.根据权利要求1所述的紧凑型燃料电池电源系统，其特征在于，还包括无线遥控器（93），所述无线遥控器（93）以无线方式连接所述操作控制单元（6）。

7.根据权利要求1所述的紧凑型燃料电池电源系统，其特征在于，还包括急停按钮（94），所述急停按钮（94）连接所述操作控制单元（6）。

8.根据权利要求1所述的紧凑型燃料电池电源系统，其特征在于，所述操作控制单元（6）根据接收到的开机操作信号改变与所述DCDC变换单元、以及控制器（7）的电连接状态。

9.根据权利要求1所述的紧凑型燃料电池电源系统，其特征在于，所述DCDC变换单元（2）的状态数据包括DCDC输入电流、DCDC输入电压。

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