CN105946607A - 以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，包括整车控制系统、电机控制系统、智能配电系统、电动汽车电机、电池管理系统、燃料供给系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系统、动力电池系统；整车控制系统分别连接电机控制系统、电池管理系统、燃料电池系统、动力电池系统；电机控制系统分别连接智能配电系统、电动汽车电机；智能配电系统分别连接电池管理系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系统、动力电池系统。本发明提出的以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，采用无污染的醇氢燃料来解决电动车的续航、充电以及通信基站的供电问题，具有操作方便、启动时间短、充电时间长、占用空间小、重量轻、低噪、无污染等特点。

Description

以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩

技术领域

本发明属于电动汽车充电技术领域，涉及一种充电桩，尤其涉及一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩。

背景技术

随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向。电动汽车作为新一代的交通工具，在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势。

随着技术发展，未来电动汽车将会越来越普及，尽管如此，其依然面临很多困境：

1、电力容量小，增容困难。伴随电动汽车的普及，其充电需求势必越来越大。但一些老旧社区，乃至大部分新建住宅小区，建设初期压根没考虑电动汽车的用电，供电设施容量不够安装充电设施会影响小区电网正常运转，此时若要增容，则须大动手术，甚至几乎不可能。

2、充电费用高。整车充电中的慢速充电方式可以充分利用低谷电力充电，电费相对降低，但是充电时间过长使车辆的使用十分不便，；快速充电方式下充电时间短易于车辆的使用，但是充电费用较高，且会大大缩短电池的使用寿命；而且整车充电模式下初次购买及后续更换电池的费用很高(约占车辆总费用30％～50％)。另外，自2014年起，全国多省市已出台充电服务费标准，价格从1.6元/度到1.8元/度。且，2015年6月1日起，全国又新增十个城市开始试行收取服务费，价格从0.6元/度到1.8元/度不等，服务费的征收无疑增加了充电费。

3、充电配套设施建设难。如果要推广纯电动汽车，就需要大量的充电站，如同现在的加油站一样能使汽车方便地充电，而国内配套的基础设施还很欠缺。同时，充电过程，司乘人员过多地等待意味着个人和社会资源的损失。这就意味着，充电站应布局在汽车集中停放区，如社会停车场，社区密集的停车地点等， 而且需要足够大的空间，才能达到方便消费者，节约等待时间的目标，这种模式虽然比传统的加油站规模小，但土地资源稀缺，无论建设大型或小型充电站，土地的协商都非常困难。而想要在住宅区建设私人充电桩，也面临着一大堆问题。如老旧小区缺乏停车位，建设充电桩根本无从谈起；即使有停车位，小区物业也会以充电设备可能会发生火灾、漏电等安全事故，充电桩可能会影响其他业主车辆出入、物业管理成本和风险增加却没有相应收益等理由拒绝车主安装充电桩。

4、续航里程短。在比较理想的路况情况下，比如不开空调，室外温度不会特别高或者特别低，交通不会很堵可以匀速前进，目前市场上的主流锂电池1度电跑5公里左右。而在中国,大城市的交通和气候都不是非常理想，常年拥堵再加上冬天可能很冷，夏天又可能非常热。所以保守一点估计，一度电可以跑5公里已经非常不错。在目前的锂电池技术限制之下，现在的纯电动汽车要不然就是价格还行，但续航只有区区100多公里；要不然就是续航里程高了，但价格也跟着水涨船高到让人无法直视，比如特斯拉的480公里真不错，但价格已经超过了70万,远远超出了一般消费者购买的水平。短距离的续航里程以及昂贵的而沉重的续航里程，给许多车主带来很多不便，极大地限制了纯电动汽车的推广。

5、救援范围窄。电动汽车的普及，预示着车辆半路没电撂挑子的情况的发生率会骤升。面对这些困境，充电服务企业推出了应急充电救援车和移动充电站，两者配备不同的电池充电技术或方法，但都是以汽车拉着储电箱的形式出现。要么因续航里程短，救援半径小；要么通过增加电池容量延长救援半径，但同时成本也上升。

全球无线通信系统迅速扩展下，手机技术日益精进，外加良好的社会经济效益推动，以及国内对治理雾霾等环境问题的紧迫需求，可靠且符合成本效益的备用电源对通信业来说是至关重要的。由于恶劣天气、自然灾害以及有限的备用电源容量而造成的客户脱网，成为电信业者持续的挑战。

通信业的传统备用电源解决方案，包括使用蓄电池提供短时间的备用电源。同时，现有的用于给通信基站电源充电的移动充电车通常采用柴/汽油发电机供电。而柴/汽油发电机虽然能提供较长时间的备用电源，但是可靠度低须频繁维护、启动时间长、体积大，亦会产生剧烈的噪音和振动，及排放大量造成环境污 染的温室效应气体。

综合考虑上述情况，设计一种启动时间短、充电时间长、占用空间小、重量轻、无污染、低成本的移动多功能充电桩迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，采用无污染的醇氢燃料来解决电动车的续航、充电以及通信基站的供电问题，具有操作方便、启动时间短、充电时间长、占用空间小、重量轻、低噪、无污染等特点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，所述充电桩包括：整车控制系统、电机控制系统、智能配电系统、电动汽车电机、电池管理系统、燃料供给系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系统、动力电池系统；

所述整车控制系统分别连接电机控制系统、电池管理系统、燃料电池系统、动力电池系统；电机控制系统分别连接智能配电系统、电动汽车电机；智能配电系统分别连接电池管理系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系统、动力电池系统；燃料供给系统连接燃料电池系统；

所述整车控制系统用于采集司机驾驶和车辆状态，给电机控制系统发出信号，经智能配电系统从动力电池系统获取电能启动车辆，按整机控制系统发出的指令，控制电动汽车电机进行工作；所述电动汽车电机包括直流有刷电机、感应电机、稀土永磁电机、开关磁阻电机；

与此同时，燃料电池系统按设定参数运行，当整车所需功率大于燃料电池系统输出功率时，由电池组补充一部分电能；当整车所需功率小于燃料电池系统输出功率时，多余的电能则对电池组进行充电；当整车所需功率于燃料电池系统输出功率一致时，由燃料电池系统供电，电池组不进行工作；在这样的工作机制下进行循环工作，达到能量的优化利用，直至燃料消耗到设定值，此时通过燃料供给系统添加燃料甲醇，有效的增加电动汽车的续航里程；

所述燃料供给系统根据各种不同工况的要求，为燃料电池系统提供按设定比 例配制好的燃料；所述燃料供给系统包括金属氢化物储氢方式储氢，或者通过甲醇重整制氢，或者通过高压钢瓶储氢方式储氢；

所述燃料电池系统的核心部件为燃料电池，是一种将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置；所述燃料电池系统包括质子交换膜燃料电池或/和甲醇燃料电池或/和固体氧化物燃料电池；

所述智能充电桩根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电，实现对电池快速、高效、安全、合理的能量补给装置；所述智能充电桩包括直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩；

所述应急电源系统由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统；其中电源系统由整流设备、直流配电设备、蓄电池组、直流变换器、机架电源设备和相关的配电线路组成的总体；输配电系统主要是完成电能的输送和分配；它包括电能传输过程中途径的所有变电所和各种不同电压等级的电力线路；

所述动力电池系统通过并联或串联多个单体动力电池，为车辆提供动力来源的电源，满足汽车多变的运行环境；

电动汽车在行驶中电能耗尽抛锚或者无公共充电设备区域应急充电的情况下，车主通过电话或手机APP发出求救信号，车辆到达现场，直接从智能充电桩取枪给故障车辆进行快速充电；当燃料电池系统输出功率小于故障车辆电池组容量时，由动力电池系统补充，保证30～40min内给故障车辆充满10～15度电；完成后，由燃料电池系统给自身电池组进行充电，满足对下一故障车辆的救援工作；当燃料耗尽，通过添加燃料或新的离网式多功能充电桩开过来继续提供服务；

通信基站遭遇恶劣天气、自然灾害造成脱网，在备用续航电源耗尽前迅速赶到现场，通过应急电源系统为基站提供电源，保证基站的正常运行。

所述电动汽车电机包括变频驱动电机；由变频驱动电机、电机控制系统、动力电池系统和整车控制系统组成电动汽车运载平台，实现移动性；

燃料供给系统用于存储燃料电池系统工作所需的甲醇水燃料并监控燃料的数量，当低于设定值时发出报警信号；

燃料电池系统集成了甲醇重整制氢模块和高温质子交换膜电堆，甲醇重整制 氢模块现场将甲醇水溶液采用部分氧化重整制氢技术和Pd-Cu合金催化剂，生产氢气含量45％～60％、一氧化碳含量低于0.5％的富氢气体用于高温质子交换膜电堆HT-PEMFC发电；高温质子交换膜电堆工作温度160℃～180℃，工作压力为1～3atm，将电极催化剂铂的一氧化碳耐受容量提高到3％，从而保证其既可以在富氢燃料下长期稳定工作，又省去了富氢提纯为纯氢的贵金属器件；

智能配电系统主控板采用ARM芯片进行电路设计，分为四层设计，即顶层布线、中间接地层、中间电源层、底层布线；主控板软件采用IAR编译器建立工程文件，将uC/OS-II嵌入式操作系统的相关程序经过裁减后下载至STM32F103；其主要工作模式有三种：

工作模式一：将燃料电池系统生产的电力用于补充动力电池系统的消耗，作为纯电动汽车PEV的增程器，实现了燃料电池与车载动力电池混动，提高运载平台的续航里程；

工作模式二：将燃料电池系统生产的电力与动力电池系统存储的电力共同用于车载智能充电桩的电力能源供应，既能在短时间内为其他电动车进行快速充电，又能控制燃料电池系统功率需求；

工作模式三：将燃料电池系统生产的电力与动力电池系统存储的电力共同用于车载应急电源系统的电力能源供应，实现对通信基站、施工现场、抗震救灾以及临时大型活动的备用电力供应保障。

一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，所述充电桩包括：整车控制系统、电机控制系统、智能配电系统、电动汽车电机、电池管理系统、燃料供给系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系统、动力电池系统；

所述整车控制系统分别连接电机控制系统、电池管理系统、燃料电池系统、动力电池系统；电机控制系统分别连接智能配电系统、电动汽车电机；智能配电系统分别连接电池管理系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系统、动力电池系统；燃料供给系统连接燃料电池系统；

所述整车控制系统用于采集司机驾驶和车辆状态，给电机控制系统发出信号，经智能配电系统从动力电池系统获取电能启动车辆，按整机控制系统发出的指令，控制电动汽车电机进行工作；

与此同时，燃料电池系统按设定参数运行，当整车所需功率大于燃料电池系统输出功率时，由电池组补充一部分电能；当整车所需功率小于燃料电池系统输出功率时，多余的电能则对电池组进行充电；当整车所需功率于燃料电池系统输出功率一致时，由燃料电池系统供电，电池组不进行工作；在这样的工作机制下进行循环工作，达到能量的优化利用，直至燃料消耗到设定值，此时通过燃料供给系统添加燃料甲醇，有效的增加电动汽车的续航里程。

作为本发明的一种优选方案，所述燃料供给系统根据各种不同工况的要求，为燃料电池系统提供按设定比例配制好的燃料；所述燃料供给系统包括金属氢化物储氢方式储氢，或者通过甲醇重整制氢，或者通过高压钢瓶储氢方式储氢；

所述燃料电池系统的核心部件为燃料电池，是一种将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置；所述燃料电池系统包括质子交换膜燃料电池或/和甲醇燃料电池或/和固体氧化物燃料电池；

所述智能充电桩根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电，实现对电池快速、高效、安全、合理的能量补给装置；所述智能充电桩包括直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩。

作为本发明的一种优选方案，所述应急电源系统由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统；其中电源系统由整流设备、直流配电设备、蓄电池组、直流变换器、机架电源设备和相关的配电线路组成的总体；输配电系统主要是完成电能的输送和分配；它包括电能传输过程中途径的所有变电所和各种不同电压等级的电力线路。

作为本发明的一种优选方案，所述动力电池系统通过并联或串联多个单体动力电池，为车辆提供动力来源的电源，满足汽车多变的运行环境。

作为本发明的一种优选方案，电动汽车在行驶中电能耗尽抛锚或者无公共充电设备区域应急充电的情况下，车主通过电话或手机APP发出求救信号，车辆到达现场，直接从智能充电桩取枪给故障车辆进行快速充电；当燃料电池系统输出功率小于故障车辆电池组容量时，由动力电池系统补充，保证30～40min内给故障车辆充满10～15度电；完成后，由燃料电池系统给自身电池组进行充电，满足对下一故障车辆的救援工作；当燃料耗尽，通过添加燃料或新的离网式多功能 充电桩开过来继续提供服务；

通信基站遭遇恶劣天气、自然灾害造成脱网，在备用续航电源耗尽前迅速赶到现场，通过应急电源系统为基站提供电源，保证基站的正常运行。

作为本发明的一种优选方案，所述电动汽车电机包括直流有刷电机、感应电机、稀土永磁电机、开关磁阻电机。

本发明的有益效果在于：本发明提出的以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，采用无污染的醇氢燃料来解决电动车的续航、充电以及通信基站的供电问题，具有操作方便、启动时间短、充电时间长、占用空间小、重量轻、低噪、无污染等特点。

本 发明所取得的技术进步在于：

1、以醇氢为燃料的离网式多功能充电桩无需与电网连接，独立发电、随用随充，不会对电力系统造成任何负担，更不会影响电能质量。

2、以醇氢为燃料的离网式多功能充电桩通过燃料电池系统提供电力，无需通过增加电池组即可提高续航里程。

3、燃料电池系统采用甲醇水作为燃料，运行成本极低，能量密度高，效率高，无需返航，覆盖面广，救援半径在百公里以上。

4、燃料电池系统安全可靠、体积小、质量小、续航时间长，对载具要求较低，无需大型布设。

5、离网式充电桩由整车控制器管理，能量优化利用，实现了移动充电，解决了电动汽车续航里程短的问题；在保证动力需求的前提下，有效的保护电池的安全和寿命。

6、离网式充电桩低噪、无污染，更适合通信基站备电。

本装置主要用于电动车增程、道路救援(主要是为故障车辆充电)、发电(主要是通信基站，也包括其他需要电能的负载)，通过先进的技术方案，在克服现有技术设备弊端的同时，大幅度提高车辆续航里程，为故障车辆、通信基站以及其他需要电能的负载提供用电服务。

本技术装置通过整车控制系统，将电机控制系统、智能配电系统、变频驱动电机、电池管理系统、燃料供给系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系 统、动力电池系统等整合在一起，通过CAN总线对网络信息进行管理，调度，分析和运算，针对车型的不同配置，进行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈控制和网络管理等功能，综合管理，合理分配能源，形成一个高效的系统。

附图说明

图1为本发明以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本发明揭示了一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，所述充电桩包括：整车控制系统1、电机控制系统2、智能配电系统3、电动汽车电机(即图中变频驱动电机4)、电池管理系统5、燃料供给系统6、燃料电池系统7、智能充电桩8、应急电源系统9、动力电池系统10。

所述整车控制系统分别连接电机控制系统、电池管理系统、燃料电池系统、动力电池系统；电机控制系统分别连接智能配电系统、电动汽车电机；智能配电系统分别连接电池管理系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系统、动力电池系统；燃料供给系统连接燃料电池系统。

所述整车控制系统用于采集司机驾驶和车辆状态，给电机控制系统发出信号，经智能配电系统从动力电池系统获取电能启动车辆，按整机控制系统发出的指令，控制电动汽车电机进行工作；所述电动汽车电机包括直流有刷电机、感应电机、稀土永磁电机、开关磁阻电机。

与此同时，燃料电池系统按设定参数运行，当整车所需功率大于燃料电池系统输出功率时，由电池组补充一部分电能；当整车所需功率小于燃料电池系统输出功率时，多余的电能则对电池组进行充电；当整车所需功率于燃料电池系统输出功率一致时，由燃料电池系统供电，电池组不进行工作；在这样的工作机制下 进行循环工作，达到能量的优化利用，直至燃料消耗到设定值，此时通过燃料供给系统添加燃料甲醇，有效的增加电动汽车的续航里程。

所述燃料供给系统根据各种不同工况的要求，为燃料电池系统提供按设定比例配制好的燃料；所述燃料供给系统包括金属氢化物储氢方式储氢，或者通过甲醇重整制氢，或者通过高压钢瓶储氢方式储氢。

所述燃料电池系统的核心部件为燃料电池，是一种将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置；所述燃料电池系统包括质子交换膜燃料电池或/和甲醇燃料电池或/和固体氧化物燃料电池。

所述智能充电桩根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电，实现对电池快速、高效、安全、合理的能量补给装置；所述智能充电桩包括直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩。

所述应急电源系统由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统；其中电源系统由整流设备、直流配电设备、蓄电池组、直流变换器、机架电源设备和相关的配电线路组成的总体；输配电系统主要是完成电能的输送和分配；它包括电能传输过程中途径的所有变电所和各种不同电压等级的电力线路。

所述动力电池系统通过并联或串联多个单体动力电池，为车辆提供动力来源的电源，满足汽车多变的运行环境。

电动汽车在行驶中电能耗尽抛锚或者无公共充电设备区域应急充电的情况下，车主通过电话或手机APP发出求救信号，车辆到达现场，直接从智能充电桩取枪给故障车辆进行快速充电；当燃料电池系统输出功率小于故障车辆电池组容量时，由动力电池系统补充，保证30～40min内给故障车辆充满10～15度电；完成后，由燃料电池系统给自身电池组进行充电，满足对下一故障车辆的救援工作；当燃料耗尽，通过添加燃料或新的离网式多功能充电桩开过来继续提供服务；

通信基站遭遇恶劣天气、自然灾害造成脱网，在备用续航电源耗尽前迅速赶到现场，通过应急电源系统为基站提供电源，保证基站的正常运行。

由变频驱动电机、电机控制系统、动力电池系统和整车控制系统组成电动汽车(PEV)作为本发明的运载平台，实现了移动性。

燃料供给系统用于存储燃料电池系统工作所需的甲醇水燃料并监控燃料的数量，当低于设定值时发出报警信号；

燃料电池系统集成了甲醇重整制氢模块和高温质子交换膜电堆，甲醇重整制氢模块现场将甲醇水溶液采用部分氧化重整制氢技术和专用Pd-Cu合金催化剂，生产氢气含量45％～60％、一氧化碳含量低于0.5％的富氢气体用于高温质子交换膜电堆(HT-PEMFC)发电。高温质子交换膜电堆采用自有技术的高温自主交换膜，工作温度160℃～180℃，工作压力为1～3atm，将电极催化剂铂的一氧化碳耐受容量提高到3％，从而保证其既可以在富氢燃料下长期稳定工作，又省去了富氢提纯为纯氢的贵金属器件。大大降低了燃料电池的生产成本和使用成本。

智能配电系统主控板采用ARM芯片进行电路设计，分为四层设计，即顶层布线、中间接地层、中间电源层、底层布线；主控板软件采用IAR编译器建立工程文件，将uC/OS-II嵌入式操作系统的相关程序经过裁减后下载至STM32F103。其主要工作模式有三种：

工作模式一：将燃料电池系统生产的电力用于补充动力电池系统的消耗，作为纯电动汽车(PEV)的增程器，实现了电电(燃料电池与车载动力电池)混动，提高运载平台的续航里程，由200公里提高到600公里以上；

工作模式二：将燃料电池系统生产的电力与动力电池系统存储的电力共同用于车载智能充电桩的电力能源供应，既可以在短时间内为其他电动车进行快速充电，又可以控制燃料电池系统功率需求，大幅减少系统的投资；

工作模式三：将燃料电池系统生产的电力与动力电池系统存储的电力共同用于车载应急电源系统的电力能源供应，实现对通信基站、施工现场、抗震救灾以及临时大型活动等的备用电力供应保障；

本发明提出的使用甲醇水溶液为燃料的离网式多功能充电桩，采用无污染的甲醇燃料来解决移动电源车的充电问题，具有燃料补充简单安全、运载平台续航里程长、操作方便、启动时间短、充电速度快、占用空间小、重量轻、无污染等特点。

实施例二

一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，所述充电桩包括：整车控制系统、电机控制系统、智能配电系统、电动汽车电机、电池管理系统、燃料供给系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系统、动力电池系统。

所述整车控制系统分别连接电机控制系统、电池管理系统、燃料电池系统、动力电池系统；电机控制系统分别连接智能配电系统、电动汽车电机；智能配电系统分别连接电池管理系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系统、动力电池系统；燃料供给系统连接燃料电池系统。

所述整车控制系统用于采集司机驾驶和车辆状态，给电机控制系统发出信号，经智能配电系统从动力电池系统获取电能启动车辆，按整机控制系统发出的指令，控制电动汽车电机进行工作。

与此同时，燃料电池系统按设定参数运行，当整车所需功率大于燃料电池系统输出功率时，由电池组补充一部分电能；当整车所需功率小于燃料电池系统输出功率时，多余的电能则对电池组进行充电；当整车所需功率于燃料电池系统输出功率一致时，由燃料电池系统供电，电池组不进行工作；在这样的工作机制下进行循环工作，达到能量的优化利用，直至燃料消耗到设定值，此时通过燃料供给系统添加燃料甲醇，有效的增加电动汽车的续航里程。

综上所述，本发明提出的以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，采用无污染的醇氢燃料来解决电动车的续航、充电以及通信基站的供电问题，具有操作方便、启动时间短、充电时间长、占用空间小、重量轻、低噪、无污染等特点。

1、本发明离网式多功能充电桩无需与电网连接，独立发电、随用随充，不会对电力系统造成任何负担，更不会影响电能质量。

2、本发明离网式多功能充电桩通过燃料电池系统提供电力，无需通过增加电池组即可提高续航里程。

3、本发明离网式多功能充电桩由整车控制系统管理，能量优化利用，实现了移动充电，解决了电动汽车续航里程短的问题；在保证动力需求的前提下，有效的保护电池的安全和寿命。

4、本发明离网式多功能充电桩低噪、无污染，更适合通信基站备电。

5、离网式多功能充电桩以燃料电池系统提供的电力作为能源，运行成本极低。如燃料成本，柴油发电机约为3.5元/度，汽油发电机约为4元/度；公共充电设施充电成本约为0.8～1.5元/度，随着增收服务费，成本又增加了0.8～1.8元/度，而甲醇燃料电池的燃料成本仅为0.5元/度。

6、燃料电池系统采用甲醇水作为燃料，能量密度高、效率高、续航时间长，无需返航，救援半径在百公里以上。

7、燃料电池系统安全可靠、体积小、质量小，对载具要求较低，无需大型布设。且便于级联，扩容方便。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (8)

1.一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，其特征在于，所述充电桩包括：整车控制系统(1)、电机控制系统(2)、智能配电系统(3)、电动汽车电机(4)、电池管理系统(5)、燃料供给系统(6)、燃料电池系统(7)、智能充电桩(8)、应急电源系统(9)、动力电池系统(10)；

所述整车控制系统(1)分别连接电机控制系统(2)、电池管理系统(5)、燃料电池系统(7)、动力电池系统(10)；电机控制系统(2)分别连接智能配电系统(3)、电动汽车电机(4)；智能配电系统(3)分别连接电池管理系统(5)、燃料电池系统(7)、智能充电桩(8)、应急电源系统(9)、动力电池系统(10)；燃料供给系统(6)连接燃料电池系统(7)；

所述整车控制系统(1)用于采集司机驾驶和车辆状态，给电机控制系统(2)发出信号，经智能配电系统(3)从动力电池系统(10)获取电能启动车辆，按整机控制系统(1)发出的指令，控制电动汽车电机(4)进行工作；所述电动汽车电机(4)包括直流有刷电机、感应电机、稀土永磁电机、开关磁阻电机；

与此同时，燃料电池系统(7)按设定参数运行，当整车所需功率大于燃料电池系统(7)输出功率时，由电池组补充一部分电能；当整车所需功率小于燃料电池系统(7)输出功率时，多余的电能则对电池组进行充电；当整车所需功率于燃料电池系统输出功率一致时，由燃料电池系统(7)供电，电池组不进行工作；在这样的工作机制下进行循环工作，达到能量的优化利用，直至燃料消耗到设定值，此时通过燃料供给系统(6)添加燃料甲醇，有效的增加电动汽车的续航里程；

所述燃料供给系统(6)根据各种不同工况的要求，为燃料电池系统提供按设定比例配制好的燃料；所述燃料供给系统(6)包括金属氢化物储氢方式储氢，或者通过甲醇重整制氢，或者通过高压钢瓶储氢方式储氢；

所述燃料电池系统(7)的核心部件为燃料电池，是一种将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置；所述燃料电池系统(7)包括质子交换膜燃料电池或/和甲醇燃料电池或/和固体氧化物燃料电池；

所述智能充电桩(8)根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电，实现对电池快速、高效、安全、合理的能量补给装置；所述智能充电桩(8)包括直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩；

所述应急电源系统(9)由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统；其中电源系统由整流设备、直流配电设备、蓄电池组、直流变换器、机架电源设备和相关的配电线路组成的总体；输配电系统主要是完成电能的输送和分配；它包括电能传输过程中途径的所有变电所和各种不同电压等级的电力线路；

所述动力电池系统(10)通过并联或串联多个单体动力电池，为车辆提供动力来源的电源，满足汽车多变的运行环境；

电动汽车在行驶中电能耗尽抛锚或者无公共充电设备区域应急充电的情况下，车主通过电话或手机APP发出求救信号，车辆到达现场，直接从智能充电桩取枪给故障车辆进行快速充电；当燃料电池系统(7)输出功率小于故障车辆电池组容量时，由动力电池系统(10)补充，保证30～40min内给故障车辆充满10～15度电；完成后，由燃料电池系统(7)给自身电池组进行充电，满足对下一故障车辆的救援工作；当燃料耗尽，通过添加燃料或新的离网式多功能充电桩开过来继续提供服务；

通信基站遭遇恶劣天气、自然灾害造成脱网，在备用续航电源耗尽前迅速赶到现场，通过应急电源系统(9)为基站提供电源，保证基站的正常运行；

电动汽车电机包括变频驱动电机；由变频驱动电机、电机控制系统、动力电池系统和整车控制系统组成电动汽车运载平台，实现移动性；

燃料供给系统用于存储燃料电池系统工作所需的甲醇水燃料并监控燃料的数量，当低于设定值时发出报警信号；

燃料电池系统集成了甲醇重整制氢模块和高温质子交换膜电堆，甲醇重整制氢模块现场将甲醇水溶液采用部分氧化重整制氢技术和Pd-Cu合金催化剂，生产氢气含量45％～60％、一氧化碳含量低于0.5％的富氢气体用于高温质子交换膜电堆HT-PEMFC发电；高温质子交换膜电堆工作温度160℃～180℃，工作压力为1～3atm，将电极催化剂铂的一氧化碳耐受容量提高到3％，从而保证其既可以在富氢燃料下长期稳定工作，又省去了富氢提纯为纯氢的贵金属器件；

智能配电系统主控板采用ARM芯片进行电路设计，分为四层设计，即顶层布线、中间接地层、中间电源层、底层布线；主控板软件采用IAR编译器建立工程文件，将uC/OS-II嵌入式操作系统的相关程序经过裁减后下载至STM32F103；其主要工作模式有三种：

工作模式一：将燃料电池系统生产的电力用于补充动力电池系统的消耗，作为纯电动汽车PEV的增程器，实现了燃料电池与车载动力电池混动，提高运载平台的续航里程；

工作模式二：将燃料电池系统生产的电力与动力电池系统存储的电力共同用于车载智能充电桩的电力能源供应，既能在短时间内为其他电动车进行快速充电，又能控制燃料电池系统功率需求；

工作模式三：将燃料电池系统生产的电力与动力电池系统存储的电力共同用于车载应急电源系统的电力能源供应，实现对通信基站、施工现场、抗震救灾以及临时大型活动的备用电力供应保障。

2.一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，其特征在于，所述充电桩包括：整车控制系统(1)、电机控制系统(2)、智能配电系统(3)、电动汽车电机(4)、电池管理系统(5)、燃料供给系统(6)、燃料电池系统(7)、智能充电桩(8)、应急电源系统(9)、动力电池系统(10)；

所述整车控制系统(1)分别连接电机控制系统(2)、电池管理系统(5)、燃料电池系统(7)、动力电池系统(10)；电机控制系统(2)分别连接智能配电系统(3)、电动汽车电机(4)；智能配电系统(3)分别连接电池管理系统(5)、燃料电池系统(7)、智能充电桩(8)、应急电源系统(9)、动力电池系统(10)；燃料供给系统(6)连接燃料电池系统(7)；

所述整车控制系统(1)用于采集司机驾驶和车辆状态，给电机控制系统(2)发出信号，经智能配电系统(3)从动力电池系统(10)获取电能启动车辆，按整机控制系统(1)发出的指令，控制电动汽车电机(4)进行工作；

与此同时，燃料电池系统(7)按设定参数运行，当整车所需功率大于燃料电池系统(7)输出功率时，由电池组补充一部分电能；当整车所需功率小于燃料电池系统(7)输出功率时，多余的电能则对电池组进行充电；当整车所需功率于燃料电池系统输出功率一致时，由燃料电池系统(7)供电，电池组不进行工作；在这样的工作机制下进行循环工作，达到能量的优化利用，直至燃料消耗到设定值，此时通过燃料供给系统(6)添加燃料甲醇，有效的增加电动汽车的续航里程。

3.根据权利要求2所述的以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，其特征在于：

所述燃料供给系统(6)根据各种不同工况的要求，为燃料电池系统提供按设定比例配制好的燃料；所述燃料供给系统(6)包括金属氢化物储氢方式储氢，或者通过甲醇重整制氢，或者通过高压钢瓶储氢方式储氢；

所述燃料电池系统(7)的核心部件为燃料电池，是一种将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置；所述燃料电池系统(7)包括质子交换膜燃料电池或/和甲醇燃料电池或/和固体氧化物燃料电池；

所述智能充电桩(8)根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电，实现对电池快速、高效、安全、合理的能量补给装置；所述智能充电桩(8)包括直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩。

4.根据权利要求2所述的以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，其特征在于：

所述应急电源系统(9)由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统；其中电源系统由整流设备、直流配电设备、蓄电池组、直流变换器、机架电源设备和相关的配电线路组成的总体；输配电系统主要是完成电能的输送和分配；它包括电能传输过程中途径的所有变电所和各种不同电压等级的电力线路。

5.根据权利要求2所述的以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，其特征在于：

所述动力电池系统(10)通过并联或串联多个单体动力电池，为车辆提供动力来源的电源，满足汽车多变的运行环境。

6.根据权利要求2所述的以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，其特征在于：

电动汽车在行驶中电能耗尽抛锚或者无公共充电设备区域应急充电的情况下，车主通过电话或手机APP发出求救信号，车辆到达现场，直接从智能充电桩取枪给故障车辆进行快速充电；当燃料电池系统(7)输出功率小于故障车辆电池组容量时，由动力电池系统(10)补充，保证30～40min内给故障车辆充满10～15度电；完成后，由燃料电池系统(7)给自身电池组进行充电，满足对下一故障车辆的救援工作；当燃料耗尽，通过添加燃料或新的离网式多功能充电桩开过来继续提供服务；

通信基站遭遇恶劣天气、自然灾害造成脱网，在备用续航电源耗尽前迅速赶到现场，通过应急电源系统(9)为基站提供电源，保证基站的正常运行。

7.根据权利要求2所述的以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，其特征在于：

所述电动汽车电机(4)包括直流有刷电机、感应电机、稀土永磁电机、开关磁阻电机。

8.根据权利要求2所述的以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，其特征在于：

所述电动汽车电机包括变频驱动电机；由变频驱动电机、电机控制系统、动力电池系统和整车控制系统组成电动汽车运载平台，实现移动性；

燃料供给系统用于存储燃料电池系统工作所需的甲醇水燃料并监控燃料的数量，当低于设定值时发出报警信号；

燃料电池系统集成了甲醇重整制氢模块和高温质子交换膜电堆，甲醇重整制氢模块现场将甲醇水溶液采用部分氧化重整制氢技术和Pd-Cu合金催化剂，生产氢气含量45％～60％、一氧化碳含量低于0.5％的富氢气体用于高温质子交换膜电堆HT-PEMFC发电；高温质子交换膜电堆工作温度160℃～180℃，工作压力为1～3atm，将电极催化剂铂的一氧化碳耐受容量提高到3％，从而保证其既可以在富氢燃料下长期稳定工作，又省去了富氢提纯为纯氢的贵金属器件；

智能配电系统主控板采用ARM芯片进行电路设计，分为四层设计，即顶层布线、中间接地层、中间电源层、底层布线；主控板软件采用IAR编译器建立工程文件，将uC/OS-II嵌入式操作系统的相关程序经过裁减后下载至STM32F103；其主要工作模式有三种：

工作模式一：将燃料电池系统生产的电力用于补充动力电池系统的消耗，作为纯电动汽车PEV的增程器，实现了燃料电池与车载动力电池混动，提高运载平台的续航里程；

工作模式二：将燃料电池系统生产的电力与动力电池系统存储的电力共同用于车载智能充电桩的电力能源供应，既能在短时间内为其他电动车进行快速充电，又能控制燃料电池系统功率需求；

工作模式三：将燃料电池系统生产的电力与动力电池系统存储的电力共同用于车载应急电源系统的电力能源供应，实现对通信基站、施工现场、抗震救灾以及临时大型活动的备用电力供应保障。