CN111668887A - 一种燃料电池配电箱、燃料电池供电系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池配电箱、燃料电池供电系统及车辆，其中，燃料电池的系统附件工作所需的电能首先由动力电池通过第一供电线路和第二供电线路提供，同时动力电池通过升压DC/DC变换器为燃料电池供电，当燃料电池启动运行后，断开第一控制开关，并闭合第二控制开关，燃料电池通过第三供电线路为系统附件供电，此供电过程不会再经过升压DC/DC变换器，减小了供电过程中电能的损失，提高了供电效率，使系统附件工作在高效率区间，相对于现有技术中燃料电池通过升压DC/DC变换器升压，再经过降压DC/DC变换器降压，本发明不再投入降压DC/DC变换器，有效降低了系统复杂度，节约了成本，也降低了DC/DC变换器开发难度。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池供电技术领域，特别涉及一种燃料电池配电箱、燃料电池供电系统及车辆。
背景技术
燃料电池是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车，其能量转化效率高、无噪音、少污染。现有技术中燃料电池系统的供电方案如图1所示。在燃料电池启动前燃料电池对应的附件(比如：空压机、氢气循环泵和冷却水泵等)由动力电池供电。燃料电池启动后，燃料电池连接升压DC/DC变换器，这些附件通过相应的降压DC/DC变换器连接升压DC/DC变换器，燃料电池启动后，附件消耗的电量由燃料电池产生，经升压DC/DC变换器升压并经降压DC/DC变换器降压后使用。通常情况下，燃料电池启动前到启动完成这一个时间段十分短暂，即由动力电池为附件进行供电的时间非常短，正常运行状态下是由燃料电池为附件进行供电，但是，燃料电池为附件进行供电时，燃料电池的电能先经升压DC/DC变换器升压，再经降压DC/DC变换器降压后才输出到附件，这中间经过了两个电能转换过程，相应地就存在一定的电能损耗，进而损失一部分系统效率，同时增大了系统复杂度和投入成本。而且，通常情况下，动力电池的电压等级与附件的电压等级相差不是很大，并且，动力电池为附件供电的时间非常短，因此，在短时间内动力电池可以为附件进行供电，而不会对附件造成损害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池供电系统，用于解决现有技术中的燃料电池为燃料电池的附件供电时，经过两个电能转换过程会存在一定的电能损耗的问题；同时，还提供一种燃料电池配电箱，该燃料电池配电箱通过供电接口与燃料电池连接，用于解决现有技术中的燃料电池为燃料电池的附件供电时，经过两个电能转换过程会存在一定的电能损耗的问题；同时，还提供一种车辆，用于解决车辆适用性差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种燃料电池供电系统，包括燃料电池、升压DC/DC变换器、动力电池以及系统附件，燃料电池的电能输出端连接所述升压DC/DC变换器的低压端，所述升压DC/DC变换器的高压端通过第一供电线路连接动力电池，所述燃料电池供电系统还包括第一控制开关、第二控制开关、第二供电线路和第三供电线路，所述升压DC/DC变换器的高压端通过第二供电线路连接系统附件，第一控制开关串设在所述第二供电线路上，所述燃料电池的电能输出端连接所述第三供电线路的一端，所述第三供电线路的另一端接入到所述系统附件与所述第一控制开关之间的第二供电线路上，所述第二控制开关串设在所述第三供电线路上。
本发明的有益效果：燃料电池的系统附件工作所需的电能首先由动力电池提供，同时动力电池通过升压DC/DC变换器为燃料电池供电，当燃料电池启动运行后，断开第一控制开关，并闭合第二控制开关，燃料电池通过第三供电线路直接为系统附件供电，此供电过程不会再经过升压DC/DC变换器和降压DC/DC变换器，避免两个电能转换过程，减小了供电过程中电能的损失，提高了供电效率，使系统附件工作在高效率区间。而且，相对于现有技术中燃料电池通过升压DC/DC变换器升压，再经过降压DC/DC变换器降压，本发明系统附件侧不再投入降压DC/DC变换器，有效降低了系统复杂度，节约了成本，也降低了DC/DC变换器开发难度。
进一步地，为了保护线路、防止电流倒流，所述第三供电线路上还串设有用于向系统附件单向导通的单向导通器件。
进一步地，为了保护第一供电线路和第二供电线路，提高供电效率，所述升压DC/DC变换器的高压端设置有软启动电路，所述升压DC/DC变换器的高压端连接所述软启动电路的一端，所述软启动电路的另一端用于连接所述第一供电线路和第二供电线路。
进一步地，为了控制燃料电池通过升压DC/DC变换器升压后为系统附件供电，所述燃料电池的电能输出端和所述升压DC/DC变换器的低压端之间的连接线路上还串设有第三控制开关。当燃料电池稳定运行后，断开第一控制开关，闭合第三控制开关，由燃料电池为系统附件供电。且当升压DC/DC变换器需要检修时，断开第三控制开关，能够保证检修安全，防止触电风险。
本发明还提供了一种燃料电池配电箱，包括箱体，所述箱体上设置有用于连接升压DC/DC变换器的高压端的第一供电接口、用于连接动力电池的第二供电接口、用于连接系统附件的第三供电接口和用于连接燃料电池的电能输出端的第四供电接口，所述箱体内设置有第一供电线路、第二供电线路和第三供电线路，所述第一供电接口连接第一供电线路的一端，所述第一供电线路的另一端连接所述第二供电接口，所述第一供电接口连接第二供电线路的一端，所述第二供电线路的另一端连接所述第三供电接口，所述第二供电线路上串设有第一控制开关，所述第四供电接口连接所述第三供电线路的一端，所述第三供电线路的另一端接入到所述第三供电接口与所述第一控制开关之间的第二供电线路上，所述第三供电线路上串设有第二控制开关。
本发明的有益效果：系统附件工作所需的电能首先由动力电池通过燃料电池配电箱的第二供电接口和第三供电接口提供，同时动力电池通过第一供电接口为燃料电池供电，当燃料电池启动运行后，断开第一控制开关，并闭合第二控制开关，燃料电池通过第三供电接口直接为系统附件供电，此供电过程不会再经过升压DC/DC变换器和降压DC/DC变换器，避免两个电能转换过程，减小了供电过程中电能的损失，提高了供电效率，使系统附件工作在高效率区间，相对于现有技术中燃料电池通过升压DC/DC变换器升压，再经过降压DC/DC变换器降压，本发明不再投入降压DC/DC变换器，有效降低了系统复杂度，节约了成本，也降低了DC/DC变换器开发难度。
进一步地，为了保护线路、防止电流倒流，所述第三供电线路上还串设有用于向系统附件单向导通的单向导通器件。
进一步地，为了保护第一供电线路和第二供电线路，提高供电效率，所述箱体内还设置有软启动电路，所述第一供电接口连接所述软启动电路的一端，所述软启动电路的另一端用于连接所述第一供电线路和第二供电线路。
进一步地，为了控制燃料电池通过升压DC/DC变换器升压后为系统附件供电，所述箱体内还设置有用于串设在燃料电池的电能输出端和升压DC/DC变换器的低压端之间的连接线路上的第三控制开关。当燃料电池稳定运行后，断开第一控制开关，闭合第三控制开关，由燃料电池为系统附件供电。且当升压DC/DC变换器需要检修时，断开第三控制开关，能够保证检修安全，防止触电风险。
本发明还提供了一种车辆，包括车辆本体和一种燃料电池供电系统，燃料电池供电系统包括燃料电池、升压DC/DC变换器、动力电池以及系统附件，燃料电池的电能输出端连接所述升压DC/DC变换器的低压端，所述升压DC/DC变换器的高压端通过第一供电线路连接动力电池，所述燃料电池供电系统还包括第一控制开关、第二控制开关、第二供电线路和第三供电线路，所述升压DC/DC变换器的高压端通过第二供电线路连接系统附件，第一控制开关串设在所述第二供电线路上，所述燃料电池的电能输出端连接所述第三供电线路的一端，所述第三供电线路的另一端接入到所述系统附件与所述第一控制开关之间的第二供电线路上，所述第二控制开关串设在所述第三供电线路上。
本发明的有益效果：系统附件工作所需的电能首先由动力电池通过第一供电线路和第二供电线路提供，同时动力电池通过升压DC/DC变换器为燃料电池供电，当燃料电池启动运行后，断开第一控制开关，并闭合第二控制开关，燃料电池通过第三供电线路为系统附件供电，此供电过程不会再经过升压DC/DC变换器和降压DC/DC变换器，避免两个电能转换过程，减小了供电过程中电能的损失，提高了供电效率，使系统附件工作在高效率区间，相对于现有技术中燃料电池通过升压DC/DC变换器升压，再经过降压DC/DC变换器降压，本发明不再投入降压DC/DC变换器，有效降低了系统复杂度，节约了成本，也降低了DC/DC变换器开发难度。
进一步地，为了保护线路、防止电流倒流，所述第三供电线路上还串设有用于向系统附件单向导通的单向导通器件。
附图说明
图1为现有技术的燃料电池供电系统的结构框图；
图2为本发明的燃料电池供电系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
燃料电池供电系统实施例：
本发明提供了一种燃料电池供电系统，具体如图2所示，该燃料电池供电系统包括燃料电池、升压DC/DC变换器、动力电池以及系统附件，燃料电池的电能输出端连接升压DC/DC变换器的低压端，升压DC/DC变换器的高压端通过第一供电线路连接动力电池，燃料电池供电系统还包括第一控制开关、第二控制开关、第二供电线路和第三供电线路，其中，第一控制开关为图2中的控制开关K8，第二控制开关为图2中的控制开关K9。升压DC/DC变换器的高压端通过第二供电线路连接系统附件，控制开关K8串设在第二供电线路上，燃料电池的电能输出端连接第三供电线路的一端，第三供电线路的另一端接入到系统附件与控制开关K8之间的第二供电线路上，控制开关K9串设在第三供电线路上。
为了防止线路中的电流倒流，第三供电线路上还串设有用于向系统附件单向导通的单向导通器件。该单向导通器件为单个二极管D1，作为其他实施方式，单向导通器件由多个二极管串联组成或多个二极管并联组成或多个二极管串并联组成。
本实施例的升压DC/DC变换器的高压端设置有软启动电路，升压DC/DC变换器的高压端连接软启动电路的一端，软启动电路的另一端用于连接第一供电线路和第二供电线路。具体的软启动电路包括两条并联的支路，其中，第一条支路上串设有控制开关K2，第二条支路上串设有电阻R3和控制开关K3。为了防止发生短路故障时，线路上电流过大，第一供电线路上串设有熔断器F1，熔断器F1在电流过大时熔断，起到保护线路的作用。软启动电路与熔断器F1之间还设置有控制开关K4。
如图2所示，燃料电池的电能输出端和升压DC/DC变换器的低压端之间的连接线路上还串设有第三控制开关，第三控制开关为图2中的控制开关K1。本实施例的第二供电线路连接的系统附件包括空压机控制器、氢气循环泵机、冷却水泵，系统附件中所包含的设备数量及设备类型可根据实际需求增加或减少。其中，空压机控制器与第二供电线路连接的线路上设置有控制开关K5及熔断器F2，氢气循环泵与第二供电线路连接的线路上设置有控制开关K6及熔断器F3，冷却水泵与第二供电线路连接的线路上设置有控制开关K7及熔断器F4。
本发明的燃料电池供电系统工作的过程为：系统上电后，依次闭合控制开关K4、K8、K5、K6、K7，由动力电池为空压机控制器、氢气循环泵及冷却水泵供电，空压机控制器、氢气循环泵及冷却水泵得电后开始运行。燃料电池启动时闭合控制开关K1、K9并同时给升压DC/DC变换器发送运行指令，升压DC/DC变换器收到指令后依次闭合控制开关K3、K2，待燃料电池供电系统达到目标功率运行稳定后，燃料电池发送指令断开控制开关K8，至此完成燃料电池的系统附件供电由动力电池供电到燃料电池供电的有效切换，系统正常运行。上述供电过程中，闭合控制开关K1后，燃料电池经过升压DC/DC变换器为空压机控制器、氢气循环泵及冷却水泵供电，其供电的目的是为了使整个系统稳定运行，当系统稳定运行后，再闭合控制开关K9，断开控制开关K8为空压机控制器、氢气循环泵及冷却水泵供电，当然可以省去闭合控制开关K1的相关工作过程，而由燃料电池通过控制开关K9直接为空压机控制器、氢气循环泵及冷却水泵供电。
关机过程为，收到停机指令后先进行降功率，燃料电池供电系统输出功率小于3kW时闭合控制开关K8，燃料电池供电系统输出功率降至0kW后依次断开控制开关K5、K6、K7、K9、K2、K1，最后断开控制开关K4，至此系统关机完成。
综上，在正常运行过程中，本发明取消了燃料电池的系统附件需求功率先经升压DC/DC变换器进行升压再经降压DC/DC变换器降压的过程，提高了燃料电池供电系统的供电效率，燃料电池的系统附件由燃料电池直接供电，不再投入降压DC/DC变换器，有效降低了系统复杂度及零部件体积，节约了成本，也降低了DC/DC变换器开发难度。
燃料电池配电箱实施例：
本发明还提供了一种燃料电池配电箱，包括箱体，箱体上设置有用于连接升压DC/DC变换器的高压端的第一供电接口、用于连接动力电池的第二供电接口、用于连接系统附件的第三供电接口和用于连接燃料电池的电能输出端的第四供电接口，箱体内设置有第一供电线路、第二供电线路和第三供电线路，第一供电接口连接第一供电线路的一端，第一供电线路的另一端连接第二供电接口，第一供电接口连接第二供电线路的一端，第二供电线路的另一端连接第三供电接口，第二供电线路上串设有第一控制开关，第四供电接口连接第三供电线路的一端，第三供电线路的另一端接入到第三供电接口与第一控制开关之间的第二供电线路上，第三供电线路上串设有第二控制开关。其中，第一控制开关为图2中的控制开关K8，第二控制开关为图2中的控制开关K9，第三控制开关为图2中的控制开关K1。燃料电池配电箱为燃料电池的系统附件供电的过程及相关的结构在燃料电池供电系统的实施例中进行了详细的说明，因此，在这里不再赘述。
车辆实施例：
本发明还提供了一种车辆，包括车辆本体和一种燃料电池供电系统，燃料电池供电系统包括燃料电池、升压DC/DC变换器、动力电池以及系统附件，燃料电池的电能输出端连接升压DC/DC变换器的低压端，升压DC/DC变换器的高压端通过第一供电线路连接动力电池，燃料电池供电系统还包括第一控制开关、第二控制开关、第二供电线路和第三供电线路，升压DC/DC变换器的高压端通过第二供电线路连接系统附件，第一控制开关串设在第二供电线路上，燃料电池的电能输出端连接第三供电线路的一端，第三供电线路的另一端接入到系统附件与第一控制开关之间的第二供电线路上，第二控制开关串设在第三供电线路上。其中，第一控制开关为图2中的控制开关K8，第二控制开关为图2中的控制开关K9，第三控制开关为图2中的控制开关K1。对燃料电池供电系统的具体实施方式已经进行了详细的说明，因此，在这里不再赘述。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种燃料电池供电系统，包括燃料电池、升压DC/DC变换器、动力电池以及系统附件，燃料电池的电能输出端连接所述升压DC/DC变换器的低压端，所述升压DC/DC变换器的高压端通过第一供电线路连接动力电池，其特征在于，所述燃料电池供电系统还包括第一控制开关、第二控制开关、第二供电线路和第三供电线路，所述升压DC/DC变换器的高压端通过第二供电线路连接系统附件，第一控制开关串设在所述第二供电线路上，所述燃料电池的电能输出端连接所述第三供电线路的一端，所述第三供电线路的另一端接入到所述系统附件与所述第一控制开关之间的第二供电线路上，所述第二控制开关串设在所述第三供电线路上。
2.根据权利要求1所述的燃料电池供电系统，其特征在于，所述第三供电线路上还串设有用于向系统附件单向导通的单向导通器件。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池供电系统，其特征在于，所述升压DC/DC变换器的高压端设置有软启动电路，所述升压DC/DC变换器的高压端连接所述软启动电路的一端，所述软启动电路的另一端用于连接所述第一供电线路和第二供电线路。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池供电系统，其特征在于，所述燃料电池的电能输出端和所述升压DC/DC变换器的低压端之间的连接线路上还串设有第三控制开关。
5.一种燃料电池配电箱，其特征在于，包括箱体，所述箱体上设置有用于连接升压DC/DC变换器的高压端的第一供电接口、用于连接动力电池的第二供电接口、用于连接系统附件的第三供电接口和用于连接燃料电池的电能输出端的第四供电接口，所述箱体内设置有第一供电线路、第二供电线路和第三供电线路，所述第一供电接口连接第一供电线路的一端，所述第一供电线路的另一端连接所述第二供电接口，所述第一供电接口连接第二供电线路的一端，所述第二供电线路的另一端连接所述第三供电接口，所述第二供电线路上串设有第一控制开关，所述第四供电接口连接所述第三供电线路的一端，所述第三供电线路的另一端接入到所述第三供电接口与所述第一控制开关之间的第二供电线路上，所述第三供电线路上串设有第二控制开关。
6.根据权利要求5所述的燃料电池配电箱，其特征在于，所述第三供电线路上还串设有用于向系统附件单向导通的单向导通器件。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池配电箱，其特征在于，所述箱体内还设置有软启动电路，所述第一供电接口连接所述软启动电路的一端，所述软启动电路的另一端用于连接所述第一供电线路和第二供电线路。
8.根据权利要求5或6所述的燃料电池配电箱，其特征在于，所述箱体内还设置有用于串设在燃料电池的电能输出端和升压DC/DC变换器的低压端之间的连接线路上的第三控制开关。
9.一种车辆，包括车辆本体和一种燃料电池供电系统，燃料电池供电系统包括燃料电池、升压DC/DC变换器、动力电池以及系统附件，燃料电池的电能输出端连接所述升压DC/DC变换器的低压端，所述升压DC/DC变换器的高压端通过第一供电线路连接动力电池，其特征在于，所述燃料电池供电系统还包括第一控制开关、第二控制开关、第二供电线路和第三供电线路，所述升压DC/DC变换器的高压端通过第二供电线路连接系统附件，第一控制开关串设在所述第二供电线路上，所述燃料电池的电能输出端连接所述第三供电线路的一端，所述第三供电线路的另一端接入到所述系统附件与所述第一控制开关之间的第二供电线路上，所述第二控制开关串设在所述第三供电线路上。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述第三供电线路上还串设有用于向系统附件单向导通的单向导通器件。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: No. 6, Yutong Road, Guancheng Hui District, Zhengzhou, Henan 450061 Applicant after: Yutong Bus Co.,Ltd. Address before: No.1, Shibali Heyu Road, Guancheng Hui District, Zhengzhou City, Henan Province Applicant before: ZHENGZHOU YUTONG BUS Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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