CN109861341A - 一种混合动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力系统，包括燃料电池、蓄电池、燃料电池单向导通模块、蓄电池单向导通模块和单向直流降压模块，燃料电池输出端通过燃料电池单向导通模块连接至负载，蓄电池通过蓄电池单向导通模块连接至负载，单向直流降压模块的输入端与燃料电池单向导通模块的输入端或输出端连接，单向直流降压模块的输出端与蓄电池连接，其中，单向直流降压模块的输入启动电压U1、输入停止电压U2和输出电压U3之间的关系为：U1≥U2＞U3。本发明中燃料电池和蓄电池之间采用了单向直流降压模块，该单向直流降压模块只将燃料电池的少量输出功率转换传输到蓄电池，故降低该单向直流降压模块的规格、重量、成本和功耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种新能源装置，具体涉及一种混合动力系统。
背景技术
随着无人机技术的发展，测绘、安防、应急、农林、巡检等应用领域的需求与日俱增，续航时间的需求也不断提升。现有应用广泛的锂聚合物电池所能提供的续航时间已逐渐逼近其极限，一般多旋翼飞行器续航时间可达到1小时左右，固定翼飞行器续航时间可达到4小时左右，亟需其他替代技术提供更长的续航时间。
现有锂聚合物电池所提供的续航时间极限是由其质量比能量决定的，现有锂聚合物电池材料技术已逐渐逼近其物理极限，达到200-300Wh/kg。现有的质子交换膜燃料电池所采用的储能材料为氢气，具有极高的质量比能量，考虑现有储氢技术所增加的质量，最终系统综合的质量比能量仍能达到600-800Wh/kg以上，数倍于锂聚合物电池材料，可在同样重量下实现更长的续航时间，或者在同样续航时间的前提下，降低动力系统的重量，从而提供更大的负载能力，或者更小的飞行器尺寸和更低的成本。
由于燃料电池在电流大幅变化时电压变化幅度也较大，在高功率输出工况下效率较低，将燃料电池与电压变化较小的锂聚合物电池或其他类型的蓄电池组合成混合动力系统，可针对应用需求实现续航时间和瞬时功率的综合提升。除了上述的长航时无人机应用，还有车用、应急备用电源等其他应用领域需要用到燃料电池与蓄电池的混合动力系统。
由于蓄电池重量比能量较低，主要作为临时储能部件，需要在运行过程中不断地充电和放电，因此在混合动力系统中蓄电池和燃料电池以并联方式连接，既可作为电源向负载供电，也可作为负载由燃料电池或动能回收等方式充电。另外，由于蓄电池电压变化较小，燃料电池电压变化较大，需要根据负载的功率需求，设计动力混合控制策略，保证两者连接到负载上的电压匹配。为实现电压匹配，现有技术主要采用直流变压模块或其他方式。根据直流变压模块在混合动力系统中的布置方式，混合动力系统可分为以下四类：燃料电池侧变压、蓄电池侧变压、双侧变压和无变压。
如图1所示，燃料电池侧变压：燃料电池电压变化较大的能量输出端连接直流变压模块的输入端，直流变压模块的输出端与蓄电池及负载连接，通过固定的或可控的直流变压模块输出电压实现混合动力系统的动力混合控制策略，满足负载的功率需求。由于燃料电池的输出功率全部经过直流变压模块，直流变压模块的规格和重量均较大，同时存在能量转换损耗。这类技术方案体现在以下已申请专利中：CN02136501.6，CN200310111466.0，CN200580042248.3，CN200610155955.X，CN201110082662.4，CN201210470933.8，CN201310103998.3，CN201410618268.1，CN201510586583.5，CN201510586584.X，CN201520954157.8，CN201610280247.2，CN201610658783,1，CN201620687624.X，CN201620776904.8，CN201620877209.0，CN201710479870.5，CN201721159987.7，CN201721835163.7，CN201721847133.8，WO/2002/095862，WO/2003/071651，WO/2004/079853，WO/2005/011045，WO/2008/116586，WO/2008/136836，WO/2011/034112A1，WO/2013/064587，WO/2017/144871，US04000003，US06559621B2，US07482091B2，US07862926B2，US07932634B2，US07971538B1，US08193761B1，US08889276B2，US09537310B2，US2002/0171397A1，US2003/0105562A1，US2003/0155887A1，US2004/0053090A1，US2004/0174072A1，US2005/0008903A1，US2005/0048335A1，US2006/0197382A1，US2008/0072091A1，US2009/0128088A1，US2009/0155633A1，US2010/0151339A1，US2012/0126619A1，US2012/0308850A1，US2014/0292084A1，US2016/0264006A1，US2017/0203850A1，CA2680131A1，EP2058918A2，EP2058918A3，EP2639926A2，EP2639926A3，EP3210817A1，JP2002/110210A，JP2003/168459A，JP2009/118727A，JP2009/148160A，JP2009/207287A，JP2011/066976A，JP2012/253023A，JP2013/191555A，KR101351349B1，KR101707072B1，KR2003/0069622A，KR2004/0009370A，KR2013/0010265A，KR2013/0105377A，KR2017/0140972A。
如图2所示，蓄电池侧变压：燃料电池能量输出端直接连接负载，同时蓄电池通过直流变压模块连接负载。由于蓄电池的输出和输入功率全部经过直流变压模块，直流变压模块的规格和重量均较大，同时存在能量转换损耗，双向直流变压模块的成本也高于单向直流变压模块。这类技术方案体现在以下已申请专利中：CN02159607.7，CN200480038906.7，CN200510126366.4，CN201520052720.2，CN201610527680.1，CN201620704501.2，WO/2007/066676，US06847127B1，US07923861B2，US08121748B2，US08174241B2，US2004/0017175A1，US2008/0220298A1，US2009/0112384A1，US2009/0160252A1，US2009/0230917A1，US2014/0145500A1，US2015/0283915A1，DE10258204A1，EP2930052A2，EP2930052A3，JP2004/040994A，JP2004/056989A，JP2004/207108A，JP2006/033934A，JP2007/159315A，JP2009/153344A，JP2009/171819A，JP2009/225522A，JP2010/003503A，JP2011/101590A，JP2012/209257A，KR2003/0050139A，KR2003/0091183A，KR2004/0001776A，KR2004/0105482A，KR2004/0009318A，KR2007/0004613A，KR2009/0095082A，KR2011/0028161A，TWI528682B，T2012/14924A，TW2015/43787A。
如图3所示，双侧变压：燃料电池和蓄电池均各自通过直流变压模块连接负载，可实现最复杂的动力混合控制策略，满足负载的功率需求。由于燃料电池和蓄电池的输出功率全部经过直流变压模块，直流变压模块的规格和重量均较大，同时存在能量转换损耗，此外更多的系统组件也提升了系统成本、重量和功率损耗。这类技术方案体现在以下已申请专利：CN201210038662.9，CN201220079153.6，CN201410016722.6，CN201510176373.9，CN201510176904.4，CN201510397343.0，CN201510966528.9，CN201610273766.6，CN201611102691.1，CN201620514008.4，CN201620652835.X，WO/2008/143368，WO/2008/145212，WO/2010/082981，US2009/0152953A1，US2010/0332060A1，KR101276676B1，KR2010/0013313A，KR2013/0073244A。
如图4所示，无变压：燃料电池和蓄电池均无需通过直流变压模块连接到负载，同时通过模块开关等方案控制燃料电池和蓄电池各自到负载的连接状态，或者针对燃料电池和蓄电池的电压进行匹配，这类技术方案对控制系统或电池性能参数提出了较高的要求。这类技术方案体现在以下已申请专利：CN200510111840.6，CN201110094165.6，CN201120110276.7，US09054385 B2，US2012/0019190A1，US2016/0351983A1，GB2531510A，JP2002/216782A，KR2009/0062334A，TW2012/14841A。其中，发明专利US09054385B2，US2012/0019190A1，US2016/0351983A1均采用升压-降压模块，同时包含直通模块和选择模块，在整个正常运行过程中都需要对蓄电池进行充电。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明公开了一种混合动力系统，在满足燃料电池供能和蓄电池储能等动力混合功能需求的前提下，降低系统整体的复杂性、重量和成本。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
本发明实施例公开了一种混合动力系统，包括燃料电池、蓄电池、燃料电池单向导通模块、蓄电池单向导通模块和单向直流降压模块，所述燃料电池输出端通过所述燃料电池单向导通模块连接至负载，所述蓄电池通过所述蓄电池单向导通模块连接至所述负载，所述单向直流降压模块的输入端与所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端连接，所述单向直流降压模块的输出端与所述蓄电池连接，其中，所述单向直流降压模块的输入启动电压U1、输入停止电压U2和输出电压U3之间的关系为：U1 ≥ U2 ＞ U3；
当所述燃料电池的输出电压值高于U1时，所述单向直流降压模块启动且其输出电压为U3，所述燃料电池向所述负载供电的同时，还通过所述单向直流降压模块向所述蓄电池充电直至所述蓄电池电压达到U3值；
当所述燃料电池的输出电压值低于U2且高于U3时，所述单向直流降压模块关停以使所述燃料电池停止通过所述单向直流降压模块向所述蓄电池充电，所述燃料电池仅向所述负载提供电能；
当输出功率继续增大至所述燃料电池的输出电压值低于U3时，所述单向直流降压模块保持关停状态，所述燃料电池和所述蓄电池同时向所述负载提供电能。
作为本发明的优选方案之一，所述燃料电池单向导通模块至少包括电子管、普通二极管、快恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基二极管、大功率低压降二极管、由MOS管控制器与MOS管组成的低压降智能二极管中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此；和/或，所述蓄电池单向导通模块至少包括电子管、普通二极管、快恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基二极管、大功率低压降二极管、由MOS管控制器与MOS管组成的低压降智能二极管中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
作为本发明的优选方案之一，所述燃料电池输出端、蓄电池或负载设有滤波模块；和/或，所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端设有滤波模块；和/或，所述蓄电池单向导通模块的输入端或输出端设有滤波模块；和/或，在单向直流降压模块的输入端或输出端设有滤波模块。
作为本发明的优选方案之一，所述燃料电池输出端、蓄电池或负载设有低压保护模块；和/或，所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端设有低压保护模块；和/或，所述蓄电池单向导通模块的输入端或输出端设有低压保护模块；和/或，所述单向直流降压模块的输入端或输出端设有低压保护模块。
作为本发明的优选方案之一，所述燃料电池输出端、蓄电池或负载设有高压保护模块；和/或，所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端设有高压保护模块；和/或，所述蓄电池单向导通模块的输入端或输出端设有高压保护模块；和/或，所述单向直流降压模块的输入端或输出端设有高压保护模块。
作为本发明的优选方案之一，所述单向直流降压模块的输出端与所述蓄电池之间设有限流保护模块。
作为本发明的优选方案之一，该混合动力系统还包括用于采集或传输数据的数据采集模块。
进一步优选的，所述数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、气压传感器中的任意一种或两种以上的组合。
作为本发明的优选方案之一，该混合动力系统还包括用于整体或局部控制的控制模块。
与现有技术相比，本发明的至少具有以下优点：
1）与现有所有技术方案相比，本技术方案既实现了燃料电池和蓄电池的动力混合，又降低了混合动力系统的重量（其中主要是变压模块的重量）、成本（主要是变压模块的成本）和结构复杂性。
2）为避免燃料电池侧单向直流降压模块的规格、重量、成本和功率损耗等不足，本发明中的燃料电池输出端到负载输入端的主要功率线路上只有一个燃料电池单向导通模块，该燃料电池单向导通模块的作用是避免燃料电池受到负载和蓄电池的反向充电；
蓄电池通过蓄电池单向导通模块连接到负载，实现了蓄电池向负载的功率输出，避免了蓄电池侧双向直流变压模块所需的重量、成本和功率损耗，同时避免了燃料电池直接向蓄电池充电以及避免了负载直接向蓄电池反向充电，保证燃料电池只有较少的输出功率通过前述单向直流降压模块向蓄电池充电，降低了对蓄电池的充电性能要求；
为实现燃料电池和蓄电池之间的电压匹配，燃料电池和蓄电池之间采用了单向直流降压模块，该单向直流降压模块输出特性为稳压限流输出，且该单向直流降压模块只将燃料电池的少量输出功率转换传输到蓄电池，故降低该直流变压模块的规格、重量、成本和功耗。
3）本发明与专利US09054385B2，US2012/0019190A1，US2016/0351983A1相比，本发明的优点还具体在于：本发明只采用成本较低的降压模块，而非成本较高的升压-降压模块，并且省去了直通模块和选择模块，因此降低了系统整体重量、复杂性和成本；同时由于在中等功率的情况下停止燃料电池对蓄电池的充电，而只在功率较低，效率较高的情况下才对蓄电池充电，实际上也提升了系统整体的综合效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为现有技术中的燃料电池侧变压的混合动力系统的基本结构示意图；
图2为现有技术中的蓄电池侧变压的混合动力系统的基本结构示意图；
图3为现有技术中的双侧变压的混合动力系统的基本结构示意图；
图4为现有技术中中的无变压的混合动力系统的基本结构示意图；
图5为本发明实施例1所公开的混合动力系统的基本结构示意图；
图6为本发明实施例2所公开的混合动力系统的基本结构示意图；
图7为本发明实施例3所公开的混合动力系统的基本结构示意图；
图8为本发明实施例4所公开的混合动力系统的基本结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明实施例公开了一种混合动力系统，包括燃料电池、蓄电池、燃料电池单向导通模块、蓄电池单向导通模块和单向直流降压模块，所述燃料电池输出端通过所述燃料电池单向导通模块连接至负载，所述蓄电池通过所述蓄电池单向导通模块连接至所述负载，所述单向直流降压模块的输入端与所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端连接，所述单向直流降压模块的输出端与所述蓄电池连接，也就是说，所述燃料电池输出端通过所述单向直流降压模块连接至所述蓄电池，或所述燃料电池输出端依次通过所述燃料电池单向导通模块和单向直流降压模块连接至所述蓄电池，其中，所述单向直流降压模块的输入启动电压U1、输入停止电压U2和输出电压U3之间的关系为：U1 ≥ U2 ＞ U3；
当所述燃料电池的输出电压值高于U1时，所述单向直流降压模块启动且其输出电压为U3，所述燃料电池向混合动力系统所述负载供电的同时，还通过所述单向直流降压模块向所述蓄电池充电直至所述蓄电池电压达到U3值；
当所述燃料电池的输出电压值低于U2且高于U3时，所述单向直流降压模块关停以使所述燃料电池停止通过所述单向直流降压模块向所述蓄电池充电，所述燃料电池仅向所述负载提供电能；
当所述燃料电池的输出电压值低于U3时，所述单向直流降压模块保持关停状态，所述燃料电池和所述蓄电池同时向所述负载提供电能。
以上技术方案中，为避免燃料电池侧单向直流降压模块的规格、重量、成本和功率损耗等不足，本发明中的燃料电池输出端到负载输入端的主要功率线路上只有一个燃料电池单向导通模块，该燃料电池单向导通模块的作用是避免燃料电池受到负载和蓄电池的反向充电；蓄电池通过蓄电池单向导通模块连接到负载，实现了蓄电池向负载的功率输出，避免了蓄电池侧双向直流变压模块所需的重量、成本和功率损耗，同时避免了燃料电池直接向蓄电池充电以及避免了负载直接向蓄电池反向充电，保证燃料电池只有较少的输出功率通过前述单向直流降压模块向蓄电池充电，降低了对蓄电池的充电性能要求；为实现燃料电池和蓄电池之间的电压匹配，燃料电池和蓄电池之间采用了单向直流降压模块，该单向直流降压模块输出特性为稳压限流输出，且该单向直流降压模块只将燃料电池的少量输出功率转换传输到蓄电池，故降低该直流变压模块的规格、重量、成本和功耗。
作为本发明实施例优选方案之一，所述燃料电池单向导通模块至少包括电子管、普通二极管、快恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基二极管、大功率低压降二极管、由MOS管控制器与MOS管组成的低压降智能二极管中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此；和/或，所述蓄电池单向导通模块至少包括电子管、普通二极管、快恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基二极管、大功率低压降二极管、由MOS管控制器与MOS管组成的低压降智能二极管中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
作为本发明实施例优选方案之一，所述燃料电池输出端、蓄电池或负载设有滤波模块；和/或，所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端设有滤波模块；和/或，所述蓄电池单向导通模块的输入端或输出端设有滤波模块；和/或，在单向直流降压模块的输入端或输出端设有滤波模块。接入滤波模块可以减少电流电压波动。
作为本发明实施例优选方案之一，所述燃料电池输出端、蓄电池或负载设有低压保护模块；
和/或，所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端设有低压保护模块，接入低压保护模块，在燃料电池输出电压不正常时断开连接，以避免燃料电池损坏；
和/或，所述蓄电池单向导通模块的输入端或输出端设有低压保护模块，接入低压保护模块，在蓄电池输出电压不正常时断开连接，以避免蓄电池损坏；
和/或，所述单向直流降压模块的输入端或输出端设有低压保护模块。
作为本发明实施例优选方案之一，所述燃料电池输出端、蓄电池或负载设有高压保护模块，在蓄电池端接入高压保护模块，避免对蓄电池过度充电；
和/或，所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端设有高压保护模块，接入高压保护模块，在燃料电池输出电压不正常时断开连接，以避免燃料电池损坏；
和/或，所述蓄电池单向导通模块的输入端或输出端设有高压保护模块，接入高压保护模块，在蓄电池输出电压不正常时断开连接，以避免蓄电池损坏；
和/或，所述单向直流降压模块的输入端或输出端设有高压保护模块。
作为本发明实施例优选方案之一，所述单向直流降压模块的输出端与所述蓄电池之间设有限流保护模块。
作为本发明实施例优选方案之一，该混合动力系统还包括用于采集或传输数据的数据采集模块。数据采集模块可以对混合动力系统整体或各个部分进行数据采集或传输。
进一步优选的，所述数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、气压传感器中的任意一种或两种以上的组合。
作为本发明实施例优选方案之一，该混合动力系统还包括用于整体或局部控制的控制模块。控制模块可以对系统整体或各个部分进行控制。
以下结合具体实施例1-4和附图5-8对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1:
如图5所示，本发明实施例1公开了一种混合动力系统，包括燃料电池、蓄电池、燃料电池单向导通模块、蓄电池单向导通模块和单向直流降压模块，所述燃料电池输出端通过所述燃料电池单向导通模块连接至负载，所述蓄电池通过所述蓄电池单向导通模块连接至所述负载，所述燃料电池输出端通过所述单向直流降压模块连接至所述蓄电池。其中，燃料电池采用最高输出电压为40V，最低输出电压为22V的空冷质子交换膜燃料电池；蓄电池为最高电压24V，最低电压22V的6S，25C，5200mAh锂聚合物蓄电池；单向直流降压模块的输入电压范围是26～42V，输入启动电压为U1（28V），输入停止电压U2（26V），输出电压为U3（24V），输出电流限制值为5A；蓄电池单向导通模块为电流大于100A，导通内阻小于1 mΩ。
当燃料电池的输出电压值高于单向直流降压模块的输入启动电压值U1（28V）时，单向直流降压模块启动且其输出电压值为U3（24V），燃料电池向负载供电的同时，还通过单向直流降压模块向蓄电池充电直至蓄电池电压达到U3（24V）值；
当燃料电池的输出电压值低于U2（26V）且高于U3（24V）时，单向直流降压模块关停以使燃料电池停止通过单向直流降压模块向蓄电池充电，燃料电池仅向负载提供电能；
当燃料电池的输出电压值低于U3（24V）时，单向直流降压模块保持关停状态，燃料电池和所述蓄电池同时向所述负载提供电能。
实施例2：
如图6所示，本发明实施例2公开了一种混合动力系统，包括燃料电池、蓄电池、燃料电池单向导通模块、蓄电池单向导通模块和单向直流降压模块，所述燃料电池输出端通过所述燃料电池单向导通模块连接至负载，所述蓄电池通过所述蓄电池单向导通模块连接至所述负载，所述燃料电池输出端依次通过所述燃料电池单向导通模块和单向直流降压模块连接至所述蓄电池。其中，燃料电池采用最高输出电压为40V，最低输出电压为22V的空冷质子交换膜燃料电池；蓄电池为最高电压24V，最低电压22V的6S，25C，5200mAh锂聚合物蓄电池；单向直流降压模块的输入电压范围是26～42V，输入启动电压为U1（28V），输入停止电压U2（26V），输出电压为U3（24V），输出电流限制值为5A；蓄电池单向导通模块为电流大于100A，导通内阻小于1 mΩ。
当燃料电池的输出电压值高于单向直流降压模块的输入启动电压值U1（28V）时，单向直流降压模块启动且其输出电压值为U3（24V），燃料电池向负载供电的同时，还通过单向直流降压模块向蓄电池充电直至蓄电池电压达到U3（24V）值；
当燃料电池的输出电压值低于U2（26V）且高于U3（24V）时，单向直流降压模块关停以使燃料电池停止通过单向直流降压模块向蓄电池充电，燃料电池仅向负载提供电能；
当燃料电池的输出电压值低于U3（24V）时，单向直流降压模块保持关停状态，燃料电池和所述蓄电池同时向所述负载提供电能。
实施例3:
如图7所示，本发明实施例3中，燃料电池采用最高输出电压为40V，最低输出电压为22V的空冷质子交换膜燃料电池；蓄电池为最高电压24V，最低电压22V的6S，25C，5200mAh锂聚合物蓄电池；单向直流降压模块的输入电压范围为26～42V，输入启动电压为U1（28V），输入停止电压U2（26V），输出电压为U3（24V），输出电流限制值为5A；两个单向导通模块的电流均大于100A，导通内阻小于1 mΩ；本实施例3在实施例1的基础上还增设了低压保护模块和高压保护模块，各处低压保护模块的保护电压均为22V；各处高压保护模块的保护电压为24V。
当燃料电池的输出电压值高于单向直流降压模块的输入启动电压值U1（28V）时，单向直流降压模块启动且其输出电压值为U3（24V），燃料电池向负载供电的同时，还通过单向直流降压模块向蓄电池充电直至蓄电池电压达到U3（24V）值；
当所述燃料电池的输出电压值低于U2（26V）且高于U3（24V）时，单向直流降压模块关停以使燃料电池停止通过单向直流降压模块向蓄电池充电，燃料电池仅向负载提供电能；
当燃料电池的输出电压值低于U3（24V）时，单向直流降压模块保持关停状态，燃料电池和所述蓄电池同时向所述负载提供电能。
实施例4：
如图8所示，本发明实施例4中，燃料电池采用最高输出电压为40V，最低输出电压为22V的空冷质子交换膜燃料电池；蓄电池为最高电压24V，最低电压22V的6S，25C，5200mAh锂聚合物蓄电池；单向直流降压模块的输入电压范围是26～42V，输入启动电压为U1（28V），输入停止电压U2（26V），输出电压为U3（24V），输出电流限制值为5A；蓄电池单向导通模块为电流大于100A，导通内阻小于1 mΩ；本实施例4在实施例1的基础上还增设了数据采集模块（电压电流传感器）和上位控制系统（控制模块），电压电流传感器测量燃料电池和锂聚合物蓄电池的电压和电流，并传输到控制模块，通过控制模块对混合动力系统的整体或局部进行控制。
当燃料电池的输出电压值高于单向直流降压模块的输入启动电压值U1（28V）时单向直流降压模块启动且其输出电压值为U3（24V），燃料电池向混合动力系统负载供电的同时，还通过单向直流降压模块向蓄电池充电直至蓄电池电压达到U3（24V）值；
当所述燃料电池的输出电压值低于U2（26V）且高于U3（24V）时，单向直流降压模块关停以使燃料电池停止通过单向直流降压模块向蓄电池充电，燃料电池仅向负载提供电能。
当输出功率继续增大至燃料电池的输出电压值低于U3（24V）时，单向直流降压模块保持关停状态，所述燃料电池和所述蓄电池同时向所述负载提供电能。
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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。
Claims (9)
1.一种混合动力系统，其特征在于：包括燃料电池、蓄电池、燃料电池单向导通模块、蓄电池单向导通模块和单向直流降压模块，所述燃料电池输出端通过所述燃料电池单向导通模块连接至负载，所述蓄电池通过所述蓄电池单向导通模块连接至所述负载，所述单向直流降压模块的输入端与所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端连接，所述单向直流降压模块的输出端与所述蓄电池连接，其中，所述单向直流降压模块的输入启动电压U1、输入停止电压U2和输出电压U3之间的关系为：U1 ≥ U2 ＞ U3；
当所述燃料电池的输出电压高于U1时，所述单向直流降压模块启动运行且其输出电压为U3，所述燃料电池向所述负载供电的同时，还通过所述单向直流降压模块向所述蓄电池充电直至所述蓄电池电压达到U3；
当所述燃料电池的输出电压低于U2但高于U3时，所述单向直流降压模块关停以使所述燃料电池停止通过所述单向直流降压模块向所述蓄电池充电，所述燃料电池仅向所述负载提供电能；
当所述燃料电池的输出电压低于U3时，所述单向直流降压模块保持关停状态，所述燃料电池和所述蓄电池同时向所述负载提供电能。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力系统，其特征在于：所述燃料电池单向导通模块至少包括电子管、普通二极管、快恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基二极管、大功率低压降二极管、由MOS管控制器与MOS管组成的低压降智能二极管中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述蓄电池单向导通模块至少包括电子管、普通二极管、快恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基二极管、大功率低压降二极管、由MOS管控制器与MOS管组成的低压降智能二极管中的任意一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力系统，其特征在于：所述燃料电池输出端、蓄电池或负载设有滤波模块；和/或，所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端设有滤波模块；和/或，所述蓄电池单向导通模块的输入端或输出端设有滤波模块；和/或，所述单向直流降压模块的输入端或输出端设有滤波模块。
4.根据权利要求1所述的一种混合动力系统，其特征在于：所述燃料电池输出端、蓄电池或负载设有低压保护模块；和/或，所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端设有低压保护模块；和/或，所述蓄电池单向导通模块的输入端或输出端设有低压保护模块；和/或，所述单向直流降压模块的输入端或输出端设有低压保护模块。
5.根据权利要求1所述的一种混合动力系统，其特征在于：所述燃料电池输出端、蓄电池或负载设有高压保护模块；和/或，所述燃料电池单向导通模块的输入端或输出端设有高压保护模块；和/或，所述蓄电池单向导通模块的输入端或输出端设有高压保护模块；和/或，所述单向直流降压模块的输入端或输出端设有高压保护模块。
6.根据权利要求1所述的一种混合动力系统，其特征在于：所述单向直流降压模块的输出端与所述蓄电池之间设有限流保护模块。
7.根据权利要求1所述的一种混合动力系统，其特征在于：该混合动力系统还包括用于采集或传输数据的数据采集模块。
8.根据权利要求7所述的一种混合动力系统，其特征在于：所述数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、气压传感器中的任意一种或两种以上的组合。
9.根据权利要求1所述的一种混合动力系统，其特征在于：该混合动力系统还包括用于整体或局部控制的控制模块。
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