CN107627866A - 无直流直流升压变换器的燃料电池电电混合动力电源系统 - Google Patents

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王伟力
陈洪图
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Abstract

本发明涉及无直流直流升压变换器的燃料电池电电混合动力电源系统，包括燃料电池发动机，切换开关组合和由若干子储能包串联组成的储能包；所述切换开关组合的输入端连接到燃料电池发动机的输出端，所述开关组合的若干输出端分别连接到每个子储能包的两端，使之燃料电池发动机输出在设定的时间段里连接到所述储能包的其中一个子储能包的两端，对该子储能包进行充电；由系统程序控制，切换开关组合将燃料电池发动机输出端依次切换到每个子储能包两端，分时间段地对每个子储能包进行充电；所述子储能包的电压大体等于所述燃料电池发动机的输出电压，所述电源系统的输出电压为储能包的电压，等于各子储能包电压之和。

Description

无直流直流升压变换器的燃料电池电电混合动力电源系统
技术领域
本发明涉及燃料电池发动机和储能包组成的电电混合动力电源系统，尤其是一种无须直流直流升压变换器，便可将低电压的燃料电池发动机输出的能量配置到高电压输出的动力母线上。
背景技术
与其他新能源系统比较，更加有效，清洁，高能量密度的的燃料电池是近年来应用的热点之一。为了补偿燃料电池发动机输出伏安特性偏软，输出电压较低的不足，燃料电池和二次电池组成的储能包混合使用，是燃料电池电源系统普遍采用的构成模式，尤其是在燃料电池电动车领域；目前已有的燃料电池电源系统中，直流直流升压变换器是必不可少的部件，用来把低电压的燃料电池发动机的输出能量传输到高电压的动力母线上。
本发明要解决的技术问题是提供一种电电混合动力电源系统，无需直流直流升压变换器，将所述电源系统的输出电压提升到负载所要求的电压，该电压高于燃料电池发动机的输出电压，使所述燃料电池混合动力电源系统满足高电压输出和瞬态大功率输出的需求。
发明内容
本发明提供一种燃料电池和储能包混合组成的动力电源系统，系统无须直流直流升压变换器，即可将低电压输出的燃料电池的输出能量传输到高电压的供电母线上，并同时满足系统瞬时大功率的特性要求；为了实现这一目的，所述电源系统利用了切换开关组合（3）和由若干子储能包（2）串联组成的储能包（4）的结合；所述切换开关组合（3）的正负输入端分别与所述燃料电池发动机的正负输出端的相接，所述切换开关组合（3）的一组输出端分别连接到每个子储能包的两端，选通所述开关组合（3）的某一对开关，如（31， 32），使得所述燃料电池发动机（1）输出与所述储能包（4）的某一子储能包（2）相连接，对该低压储能包进行充电；在程序控制下，所述切换开关组合（3）依次切换，使得燃料电池发动机（1）轮流对所述储能包（4）的一个子储能包充电；所述电源系统的输出电压为所述储能包（4）的输出电压，其值等于各串联连接的所述子储能包的电压之和。
本发明提供一种燃料电池和储能包混合组成的动力电源系统，通过对子储能包（2）的设计，使其标称电压与燃料电池发动机（1）的输出电压相匹配，在所述开关组合（3）中的某一对开关，如（31，32）接通后所述燃料电池发动机（1）可以对该子储能包，如（2），进行充电，充电电量等于该电流在该充电时间段上的积分值。
本发明提供一种燃料电池和储能包混合组成的动力电源系统，该系统中的所述子储能包可以采用不同类型的储能元件的组合来实现，如超级电容器组，锂离子电池组，镍氢电池组等；针对特殊的需求，也何以是复合型的储能装置，如超级电容器与锂离子电池并联串联使用。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图2是本发明的实施电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图2给出了一个有三级升压的燃料电池、锂离子包组成的电电混合电源系统的实施方式，以此对本发明作进一步的说明，但本专利的保护范围不限于此。一款48V/5kW的燃料电池发动机，最佳工作点为48V/60A，子储能包由15只50Ah的磷酸铁锂电池串联组成，标称电压48V；3个上述相同的子储能包（B1，B2, B3）串联组合成电压144V，容量50Ah的储能包；开关组合由6只大功率NMOS（M1至M6）组成，控制程序是：在每一时间分段上只有NMOS管（M1, M2），（M3, M4）或（M5, M6）其中一对导通，燃料电池发动机（1）在上述时间分段上，对子储能包B1, B2 或B3之一，以1.2C倍率充电，充电保持时间为5分钟；这时所述燃料发动机/磷酸铁锂电池组成的混合电源系统的输出电压为144V；如果以该磷酸铁锂锂离子电池的5C的短时间放电能力计算，该系统的最大短时间输出电流可达250A，最大功率为36kW。

Claims (2)

1.无直流直流升压变换器的燃料电池电电混合动力电源系统，其特征在于，该系统包括燃料电池发动机（1），切换开关组合（3）和由若干子储能包（2）串联组成的储能包（4），所述切换开关组合（3）的正负输入端分别与所述燃料电池发动机（1）的正负输出端相接，所述切换开关组合（3）的一组输出端分别连接到每个子储能包的两端；选通所述开关组合（3）的某一对开关，如（31， 32），使得燃料电池发动机（1）连接到所述储能包（4）的某一子储能包（2）两端，对该子储能包进行充电；在系统设定的程序控制下，所述切换开关组合（3）依次将所述燃料电池发动机（1）的输出切换至选定的子储能包两端，使得所述燃料电池发动机（1）可以轮流对所述储能包（4）每个子储能包进行充电；所述子储能包的端电压大约等于燃料电池发动机的输出电压，所述电源系统的输出电压为储能包（4）的电压，等于各串联连接的子储能包的电压之和。
2.根据权利要求1所述，无直流直流升压变换器的燃料电池电电混合动力电源系统，其特征在于其所述子储能包（2）是一种可反复充放电的电储能元件，能够存储和释放所述燃料电池发动机（1）所充入的电能。
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