CN113320404B - 一种基于混合动力的燃料电池系统及设置方法 - Google Patents

一种基于混合动力的燃料电池系统及设置方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于混合动力的燃料电池系统及设置方法，系统包括至少一个蓄电池、至少一个燃料电池和控制单元，蓄电池和燃料电池以并联的方式构成能够与负载和/或辅助电源分别连接的供电单元，在不设置功率转换模块的情况下，蓄电池和燃料电池按照能够实现功率自动匹配的电参数进行配置并在系统运行状态下进行输出功率自动转换。本发明通过对燃料电池和蓄电池进行设计和参数匹配，不但移除了传统燃料电池和蓄电池混合动力系统中连接燃料电池和蓄电池的功率变换器，而且燃料电池和蓄电池之间不需要任何主动控制通断的器件来选择导通路径就能实现自动的功率平衡和分配，减少了混合动力系统的体积，简化了控制，节省了成本，提高了可靠性。

Description

一种基于混合动力的燃料电池系统及设置方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种基于混合动力的燃料电池系统系统及设置方法。
背景技术
由于燃料电池的输出特性软，输出电流不同时电压变化范围很大，且燃料电池的输出响应相对于锂电池等蓄电池慢，因此在燃料电池系统中燃料电池和蓄电池经常同时使用，共同组成混合动力系统。在混合动力系统中，燃料电池通常作为持久的电力输出源，而蓄电池通常充当缓冲的作用。当系统输出负载突然增加时，电池放电，快速提供电力；当系统输出负载较小时，电池放电欠缺的能量通过燃料电池给其充电来补充，这样可以维持长时间段内蓄电池的电力平衡，不需要通过外部的充电来补充电力。
为了对蓄电池充电，现有技术通常通过一个功率变换器来实现，控制其充电电压和充电电流，将燃料电池的电力进行转换以给蓄电池充电。
例如，中国专利CN211731068U提供了一种典型的做法，通过升压充电电路和恒压控制电流、恒流控制电路等实现了将燃料电池功率变换为锂电池充电功率的功能。这种典型方式具有成熟可靠、对燃料电池和锂电池的电压匹配无要求等优点，但是附加的电路复杂，成本较高，尤其对于微型燃料电池系统，成本占比突出。
中国专利CN109861341A也提出一种混合动力系统，利用单向直流降压模块降低燃料电池电压给蓄电池充电；同时当燃料电池的输出电压低于蓄电池电压时，蓄电池可以与燃料电池一起给负载供电。优点在于燃料电池可以直接给负载供电，减少了功率转换的效率损失。但是这个专利与CN211731068U相比同样使用了功率转换模块，即直流降压模块，并未减少器件数量。
现有技术中缺少不设置功率转换模块就能够进行电力转换的燃料电池系统。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
现有技术中的混合动力系统，需要功率转换模块来控制其充电电压和充电电流，将燃料电池的电力进行转换以给蓄电池充电。但是，设置功率转换的缺陷在于，存在功率转换的损失，器件电路复杂，体积较大，既不方便安装和检修，也不利于控制的简化。
针对现有技术之不足，本发明提供一种基于混合动力的燃料电池系统，包括至少一个蓄电池、至少一个燃料电池和控制单元，所述蓄电池和所述燃料电池以并联的方式构成能够与负载和/或辅助电源分别连接的供电单元，在不设置功率转换模块的情况下，所述蓄电池和所述燃料电池按照能够实现输出功率自动匹配的电参数进行配置并在系统运行状态下进行输出功率自动转换。本发明通过对燃料电池和蓄电池进行设计和电参数匹配，不但移除了传统燃料电池和蓄电池混合动力系统中连接燃料电池和蓄电池的功率变换器，而且燃料电池和蓄电池之间不需要设置任何主动控制通断的器件，就能够选择导通路径并实现自动的输出功率平衡和分配，减少了混合动力系统的体积，简化了控制，节省了成本，提高了可靠性。优选地，所述燃料电池的并联支路上设置有至少一个单向电流导通单元，所述单向电流导通单元与所述蓄电池的输出端和所述燃料电池的输出端分别连接，在任意运行状态，所述蓄电池和所述燃料电池自主选择导通路径并自动进行功率的平衡分配。如此设置，使得蓄电池不会向燃料电池逆向充电，从而保护了燃料电池。
优选地，所述燃料电池和所述蓄电池之间的电参数匹配关系至少包括：燃料电池的开路电压高于蓄电池的浮充电压；同时，当燃料电池系统对负载无输出、燃料电池电力输出仅用于系统内耗时，燃料电池的输出电压不高于蓄电池的浮充电压。如此设置，随着负载的继续减小，并联电压继续升高，蓄电池将先于燃料电池停止对外输出功率，蓄电池正好处于无输出也无输入的状态。
优选地，所述燃料电池和所述蓄电池之间的电参数匹配关系至少包括：所述蓄电池的最大充电电流限值足够大，当燃料电池系统对负载无输出、燃料电池的电力输出同时用于系统内耗和对蓄电池充电时，燃料电池最大充电电流不超过蓄电池的最大充电电流限值。如此设置，在蓄电池的SOC最低状态下，此时蓄电池电压最低，充电电流最大，燃料电池对蓄电池充电电流不超过其自身的最大充电电流限值，使得燃料电池对蓄电池的充电在安全范围内，不需要额外的断开或其他保护措施。
优选地，所述燃料电池和所述蓄电池之间的电参数匹配关系至少包括：在燃料电池工作在最低电压限值时，能够满足负载和系统内耗的电力需求。在负载最大，蓄电池的SOC最低的情况下，输出电压最大。此时，燃料电池的最低工作电压对应的输出功率满足内部消耗和负载需求，蓄电池对外不需要输出功率，并且燃料电池的最低工作电压大于蓄电池最低电压，不会造成蓄电池保护或损坏。
优选地，在所述燃料电池未启动的情况下，基于所述单向电流导通单元阻止蓄电池电压被引入到燃料电池的阻碍作用，所述蓄电池向所述负载和/或辅助电源提供电能。
优选地，在所述燃料电池启动的情况下，所述燃料电池通过所述单向电流导通单元向所述负载、辅助电源和/或所述蓄电池提供电能。
优选地，在所述燃料电池启动的情况下，所述燃料电池与所述蓄电池自动分配功率并随着运行状态的变化进行电力输出的自动切换，运行状态包括：所述燃料电池向所述负载和/或辅助电源提供电能；所述燃料电池向所述负载和/或辅助电源提供电能，同时向所述蓄电池提供电能充电；所述燃料电池和所述蓄电池同时向所述负载和/或辅助电源提供电能。
本发明还提供一种基于混合动力的燃料电池系统的设置方法，所述方法至少包括：将所述蓄电池和所述燃料电池以并联的方式构成能够与负载和/或辅助电源分别连接的供电单元，在不设置通断元件的情况下，所述蓄电池和所述燃料电池按照能够实现电力自动转换的电参数进行匹配。
优选地，所述方法还包括：在所述燃料电池的并联支路上设置有至少一个单向电流导通单元，所述单向电流导通单元与所述蓄电池的输出端和所述燃料电池的输出端分别连接，在任意运行状态，所述蓄电池和所述燃料电池自主选择导通路径并自动进行功率的平衡分配。
本发明的方法中，通过对燃料电池和蓄电池进行设计和电参数匹配，不但移除了传统燃料电池和蓄电池混合动力系统中连接燃料电池和蓄电池的功率变换器，而且燃料电池和蓄电池之间不需要设置任何主动控制通断的器件，就能够选择导通路径并实现自动的输出功率平衡和分配，减少了混合动力系统的体积，简化了控制，节省了成本，提高了可靠性。
本发明还提供一种基于混合动力的燃料电池系统，包括至少一个蓄电池、至少一个燃料电池和控制单元，所述蓄电池和所述燃料电池以并联的方式构成能够与负载和/或辅助电源分别连接的供电单元，在不设置通断元件的情况下，所述蓄电池与所述燃料电池基于预设的电参数来自动分配自身的输出功率直至达到平衡状态。本发明在燃料电池和蓄电池之间不需要设置任何主动控制通断的器件，就能够选择导通路径并实现自动的输出功率平衡和分配，减少了混合动力系统的体积，简化了控制，节省了成本，提高了可靠性。
附图说明
图1是本发明的混合燃料电池系统的基本结构图；
图2是蓄电池单独供电状态的示意图；
图3是燃料电池供电且给电池充电状态的示意图；
图4是燃料电池单独供电状态的示意图；
图5是燃料电池和蓄电池同时供电状态的示意图；
图6是蓄电池在不同电池充电状态下的充放电电压和电流的关系的示意图；
图7是燃料电池的电压电流曲线的示意图；
图8是燃料电池和蓄电池并联输出时的工作点的示意图；
图9是燃料电池的开路电压和蓄电池的浮充电压的关系的示意图；
图10是对外无输出、燃料电池仅提供内耗时的工作状态示意图；
图11是燃料电池系统对外无输出时充放电的关系示意图；
图12是燃料电池系统在最低工作电压状态时的示意图；
图13是燃料电池对蓄电池充电时的工作点的示意图。
附图标记列表
1：蓄电池；2：燃料电池；3：负载；4：辅助电源；5：单向导通组件；31：第一蓄电池VI曲线；32：第二蓄电池VI曲线；33：第三蓄电池VI曲线；41：燃料电池VI曲线；52：燃料电池第一工作点；53：蓄电池第一工作点；54：蓄电池第二工作点；34：第四蓄电池VI曲线；55：燃料电池第三工作点；56：蓄电池第三工作点；57：燃料电池第四工作点；58：蓄电池第四工作点；59：燃料电池第五工作点。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
本发明提出了一种基于混合动力的燃料电池系统及方法，通过对燃料电池和蓄电池的工作电压区间进行匹配，并通过结构简单的连接方式，去除了功率变换电路，大幅度降低了功率管理电路的成本。
本发明还提供一种具有本发明的混合动力的燃料电池的载具，能够减少动力系统的成本。载具可以是两轮车、三轮车、汽车、潜艇、飞机等能够载人、人物的工具。
实施例1
如图1所示，本发明的基于混合动力的燃料电池系统中，蓄电池1和燃料电池2以并联的方式设置。蓄电池1通过并联支路与负载3和辅助电源4分别连接。燃料电池2通过并联支路与负载3和辅助电源4分别连接。其中，燃料电池2的并联支路上包括至少一个单向导通组件5。优选地，单行导通器件可以是二极管。
蓄电池在不同SOC(电池充电状态)下，相同的充电电流对应的电压是不一样的；放电时也是如此。
如图6所示，蓄电池在不同SOC下电压和电流的曲线是不同的。为了保护蓄电池，工作时SOC通常设定在一个范围内，最高的SOC通常最大设定为100％，最低的SOC通常设定为高于0％，如20％。图6中第一蓄电池VI曲线31表示了蓄电池在SOC高时的VI曲线。第二蓄电池VI曲线32表示了蓄电池在处于最高和最低之间的VI曲线。第三蓄电池VI曲线33表示了蓄电池在SOC最低时的VI曲线。本发明的VI曲线只是为了说明方便进行的示意，表示了电压和电流之间的趋势性关系，不同蓄电池之间可能存在差异。
为了提升蓄电池的可靠和寿命，通常在使用时对其充电电压设定一个最大值，称为浮充电压，如图6中VFloat所示。同时为了保护蓄电池，通常在使用时设定一个放电时的最小电压，如图6中VL表示。通常设定最大充电电流限值和最大放电电流限值，在电流超出电流限值范围时进行保护。最大充电电流限值与蓄电池的电池电芯、电池包、电池管理系统可能有关系，并且不同的电池差异较大，但都应该是电池的一个基本特性或要求。
燃料电池的放电曲线如图7所示。如图7中的VI曲线41所示，随着放电电流增加，电压降低。通常燃料电池的输出特性较软，即与蓄电池相比，在相同的电流增量下，其电压降低更多。当燃料电池对对外无放电时，其电压为开路电压Vocv。为了提升燃料电池的可靠和寿命，通常在使用时设定一个放电时的最小电压，如图7中的V1虚线表示，此时对应的电流如图7中I1所示。
本发明基于以上燃料电池特性和蓄电池特性将燃料电池和蓄电池进行并联工作。
本发明的一种基于混合动力的燃料电池系统，至少包括燃料电池2和蓄电池1。燃料电池和蓄电池可以安全可靠地直接并联工作。在不设置功率变换装置以及可控制的通断器件的情况下，所述燃料电池与所述蓄电池自动进行功率分配。
辅助电源4用于为燃料电池系统内部供电，其消耗的功率为系统的内耗。在需要的情况下，可通过电路将其输入电压转换为内部系统需要的一个或多个不同电压，比如常用的电压包括5V、12V等等。在燃料电池系统内部获得电源后，通过具有控制逻辑功能的电路控制燃料电池系统的辅助系统的启停和运行。例如，控制单元分别与燃料电池、蓄电池和单向导通组件5连接，通过控制单元控制燃料电池系统的辅助系统的启停和运行。本发明的控制单元为具有逻辑判断功能和控制功能的处理器、专用集成芯片、服务器、服务器群组、控制模块中的一种或几种。
负载3例如是电机或其他类型负载。负载3获得供电后可以开始工作。在需要时，负载3可包含功率变换器以进行电压匹配，之后再供电给电机等部件。
在燃料电池2启动前，由蓄电池1提供电力给负载3和/或辅助电源4。
在燃料电池2启动后，控制单元控制燃料电池2的运行。在燃料电池的辅助系统未运行前，燃料电池不输出电力。在燃料电池系统的辅助系统运行后，燃料电池输出电力，其电压随着电流的增加而降低。燃料电池的电压和电流存在的关系由燃料电池的特性决定。根据负载和蓄电池SOC状态不同，混合动力系统存在不同运行状态，且随着负载和蓄电池SOC的变化而自动调整功率匹配：燃料电池和蓄电池可以同时对负载和/或辅助电源供电，也可以由燃料电池独立供电，或者由燃料电池同时对负载和/或辅助电源供电并对蓄电池充电。
第一种运行状态：如图2所示，燃料电池2未启动运行。当燃料电池未启动运行时，其电力输出为零，负载3和辅助电源4需求的电力由蓄电池1提供。
第二种运行状态：如图3所示，燃料电池运行且对蓄电池充电。图13为工作点的示意图。燃料电池与蓄电池有相同的电压V6。此时燃料电池在第五工作点59处于工作状态，对应电流为I7。此时蓄电池在蓄电池第四工作点58处于工作状态，对应电流为I8。燃料电池输出功率为V6*I7，蓄电池充电功率为V6*I8，负载和辅助电源消耗的功率为V6*(I7+I8)，达到动态平衡。注意，按照图13所示坐标，电流I8为负数，表示充电电流。
第三种运行状态：如图4所示，燃料电池运行提供电力，负载和/或辅助电源需求的电力与燃料电池提供的电力一致，蓄电池不对外输出电力也不充电。
第四种运行状态：如图5所示，燃料电池和蓄电池同时对负载和/或辅助电源提供电力，且达到动态平衡。图8为燃料电池和蓄电池同时对外提供电力输出时的工作点的示意图。燃料电池与蓄电池有相同的电压V2。此时燃料电池在第一工作点52处于工作状态，对应电流为I2。此时蓄电池在蓄电池第一工作点53处于工作状态，对应电流为I3。燃料电池系统对外输出功率为V2*(I2+I3)，与外部的所需的功率一致，达到动态平衡。
本发明的混合动力系统具有特征：燃料电池和蓄电池可以安全可靠地并联，不但不需要功率变换器进行转换，而且也不需要额外的通断部件进行控制。具有混合动力系统特征的系统是基于具有以下参数匹配关系实现的。
本发明的燃料电池和蓄电池存在参数匹配关系：本发明中的燃料电池包括若干堆叠单电池，使得燃料电池的开路电压Vocv高于蓄电池的浮充电压Vfloat，如图9所示。开路电压是指电池在开路状态下的端电压。浮充电压是指在蓄电池已经充满、仅给与微小的补充电流的状态下的电压。随着输出电流的增加，燃料电池的电压和蓄电池的电压均呈下降趋势。
本发明的燃料电池和蓄电池存在参数匹配关系：燃料电池的单电池面积与堆叠的总片数存在约束关系，满足：当燃料电池的输出功率正好用于内耗时，其输出电压不高于蓄电池的浮充电压。优选地，燃料电池的输出电压不高于但接近蓄电池浮充电压。
如图10所示，第四蓄电池VI曲线34表示蓄电池的工作状态。VI曲线41表示燃料电池工作曲线。在燃料电池对外无输出，仅提供内耗时，燃料电池在工作电压为V3时的工作电流为I4。燃料电池的输出功率为V3和I4之积，用于维持当时的系统内部消耗。此时燃料电池的工作电压V3不高于浮充电压VFloat，不会导致蓄电池过压，因此燃料电池与蓄电池可以长时间直接并联，且不需要额外断开或其他保护措施。即在燃料电池系统对外无净输出时，燃料电池对蓄电池的充电电流不超过蓄电池充电电流上限。燃料电池的最低工作电压不低于蓄电池的输出电压下限。
在对外无输出的状态下，本发明的燃料电池输出的工作电压V3接近浮充电压VFloat，使得蓄电池可保持较高的SOC状态，从而使得蓄电池能够维持较多的电力。当燃料电池系统关机后，蓄电池存在自放电现象，电量会随着时间推移慢慢降低。在燃料电池系统再启动时，需要蓄电池提供初始阶段(燃料电池正常输出前)的电力供应，因此运行过程中保持蓄电池较高的SOC状态有利于系统下次成功启动。
本发明的燃料电池和蓄电池存在参数匹配关系：在燃料电池系统对外无净输出时，燃料电池对蓄电池的最大充电电流不超过蓄电池充电电流上限，有利于蓄电池的安全以及寿命的延长。
如图11所示，燃料电池系统对外无输出，燃料电池输出维持内部损耗，并给蓄电池充电。图11中，在工作电压为V4时，燃料电池在第三工作点55表示的工作状态运行；蓄电池在蓄电池第三工作点56表示的工作状态运行。此时燃料电池的工作电流为I5，蓄电池的充电电流为I6。明显地，即使蓄电池SOC最低状态下(一般此时蓄电池电压最低，充电电流最大)，蓄电池充电电流I6不超过最大充电电流限值。这样的优势在于，燃料电池对蓄电池的充电在安全范围内，不需要额外的断开或其他保护措施。
本发明的燃料电池和蓄电池存在参数匹配关系：燃料电池在最低电压限值工作时，可满足负载和系统内耗的电力需求。如图12所示，V5表示燃料电池最低工作电压。VL表示蓄电池最低放电电压。
具体地，当外部负载增加时，工作电压降低，工作电流增加。通常，电压最低的情况出现在负载最大，蓄电池的SOC最低的情况下。在此条件下，与第四工作点57对应的输出功率满足内部消耗和负载需求，蓄电池对外不需要输出功率，并且燃料电池的最低工作电压V5大于蓄电池最低电压VL，不会造成蓄电池保护或损坏。
本发明的四种运行状态中，第一种状态发生于开关机过程或保护状态等特殊情况，一旦燃料电池正常工作，系统运行于第二、第三或第四运行状态，实际运行于哪种状态由负载和蓄电池SOC状态等多方面因素决定，且随着因素的变化自动切换状态，实现功率的自动分配。
例如，当负载需求功率较大时，动态平衡的结果可能是如图5所示的第四种运行状态，燃料电池和蓄电池同时输出功率给负载和辅助电源供电。此时如果负载减小，燃料电池和蓄电池的并联电压升高，根据两者的特性曲线(如图8所示)，两者的输出功率将同时减小。由于蓄电池的浮充电压低于燃料电池开路电压，因此随着负载的继续减小，并联电压继续升高，蓄电池将先于燃料电池停止对外输出功率，蓄电池正好无输出也无输入的状态即图4所示的第三种运行状态。如果负载继续降低，则燃料电池系统将自动切换到图3所示的第二种运行状态，燃料电池将同时对负载供电，且对蓄电池充电。
上面的过程完全可能反过来变化，比如负载由小变大，燃料电池系统由第二种运行状态，即燃料电池对蓄电池充电，自动切换为第四种运行状态，即燃料电池和蓄电池共同对外提供功率。
例如，同样的燃料电池系统动态平衡的结果处于图5所示的第四种运行状态，燃料电池和蓄电池同时输出功率给负载和辅助电源供电。假设后续过程中负载保持恒定不变。随着蓄电池放电，其SOC降低。由图6所示的蓄电池特性曲线可知，在相同电压下，SOC降低将导致输出电流将变小。结合图8所示的特性曲线，动态平衡的结果是燃料电池和蓄电池并联的电压降低，燃料电池的输出功率增加，蓄电池的输出功率减小，两者的和维持负载和辅助电源的功率不变。随着蓄电池SOC的进一步降低，并联电压降低，燃料电池输出功率将增加到正好维持负载和辅助电源的功率，此时蓄电池不再输出功率，系统自动切换到图4所示的第三种状态。
在燃料电池系统的实际运行中，负载和SOC一般都处于持续的变动中，但从本发明的举例中可以说明，无论什么状态下，燃料电池和蓄电池都能自动分配功率，自动切换并运行于四种状态中的一种。
本发明不需要设置功率转换模块，通过电路结构的，仅通过电路的自动转换就能够实现燃料电池与蓄电池的电力转换，简化了装置结构，使得燃料电池系统更简洁。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
本发明说明书包含多项发明构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (9)

1.一种基于混合动力的燃料电池系统，包括至少一个蓄电池、至少一个燃料电池和控制单元，其特征在于，
所述蓄电池（1）和所述燃料电池（2）以并联的方式构成能够与负载（3）和/或辅助电源（4）分别连接的供电单元，
在不设置功率转换模块的情况下，所述蓄电池和所述燃料电池按照能够实现输出功率自动匹配的电参数进行配置并在系统运行状态下进行输出功率自动转换，
所述燃料电池（2）和所述蓄电池（1）之间的电参数匹配关系至少包括：燃料电池的开路电压高于蓄电池的浮充电压；
同时，当燃料电池系统对负载无输出、燃料电池电力输出仅用于系统内耗时，燃料电池的输出电压不高于蓄电池的浮充电压；
根据负载和蓄电池SOC状态不同，由所述蓄电池和所述燃料电池构成的混合动力系统存在不同运行状态，随着负载和蓄电池SOC的变化而自动调整功率匹配：燃料电池和蓄电池能够同时对负载和/或辅助电源供电，也能够由燃料电池独立供电，或者由燃料电池同时对负载和/或辅助电源供电并对蓄电池充电，辅助电源（4）用于为燃料电池系统内部供电，其消耗的功率为系统的内耗；
在所述燃料电池启动的情况下，所述燃料电池与所述蓄电池自动分配功率并随着运行状态的变化进行电力输出的自动切换，运行状态包括：
第一种运行状态：当燃料电池未启动运行时，其电力输出为零，负载（3）和辅助电源（4）需求的电力由蓄电池（1）提供；
第二种运行状态：燃料电池运行且对蓄电池充电，燃料电池与蓄电池有相同的电压；
第三种运行状态：燃料电池运行提供电力，负载和/或辅助电源需求的电力与燃料电池提供的电力一致，蓄电池不对外输出电力也不充电；
第四种运行状态：燃料电池和蓄电池同时对负载和/或辅助电源提供电力，且达到动态平衡；
四种运行状态之间的自动切换过程如下：
当负载需求功率较大时，燃料电池和蓄电池同时输出功率给负载和辅助电源供电，此时如果负载减小，燃料电池和蓄电池的并联电压升高，根据两者的特性曲线，两者的输出功率将同时减小，由于蓄电池的浮充电压低于燃料电池开路电压，随着负载的继续减小，并联电压继续升高，蓄电池将先于燃料电池停止对外输出功率，蓄电池正好进入无输出也无输入的状态，转化为第三种运行状态；如果负载继续降低，则燃料电池系统将自动切换到第二种运行状态，燃料电池将同时对负载供电，且对蓄电池充电；
或者，燃料电池系统动态平衡的结果为第四种运行状态，燃料电池和蓄电池同时输出功率给负载和辅助电源供电；假设后续过程中负载保持恒定不变；随着蓄电池放电，其SOC降低，在相同电压下，SOC降低将导致输出电流将变小，动态平衡的结果是燃料电池和蓄电池并联的电压降低，燃料电池的输出功率增加，蓄电池的输出功率减小，两者的和维持负载和辅助电源的功率不变，随着蓄电池SOC的进一步降低，并联电压降低，燃料电池输出功率将增加到正好维持负载和辅助电源的功率，此时蓄电池不再输出功率，系统自动切换到第三种运行状态。
2.根据权利要求1所述的基于混合动力的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池（2）的并联支路上设置有至少一个单向电流导通单元（5），所述单向电流导通单元（5）与所述蓄电池（1）的输出端和所述燃料电池（2）的输出端分别连接，
在任意运行状态，所述蓄电池和所述燃料电池自主选择导通路径并自动进行功率的平衡分配。
3.根据权利要求2所述的基于混合动力的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池（2）和所述蓄电池（1）之间的电参数匹配关系至少包括：
所述蓄电池的最大充电电流限值足够大，
当燃料电池系统对负载无输出、燃料电池的电力输出同时用于燃料电池系统内耗和对蓄电池充电时，燃料电池的充电电流不超过蓄电池的最大充电电流限值。
4.根据权利要求2所述的基于混合动力的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池（2）和所述蓄电池（1）之间的电参数匹配关系至少包括：
在燃料电池工作在最低电压限值时，能够满足负载和系统内耗的电力需求。
5.根据权利要求1~4任一项所述的基于混合动力的燃料电池系统，其特征在于，
在所述燃料电池未启动的情况下，基于单向电流导通单元（5）阻止蓄电池（1）电压被引入到燃料电池（2）的阻碍作用，所述蓄电池（1）向所述负载（3）和/或辅助电源（4）提供电能。
6.根据权利要求1~4任一项所述的基于混合动力的燃料电池系统，其特征在于，在所述燃料电池启动的情况下，所述燃料电池（2）通过单向电流导通单元向所述负载（3）、辅助电源（4）和/或所述蓄电池（1）提供电能。
7.一种基于混合动力的燃料电池系统，包括至少一个蓄电池、至少一个燃料电池和控制单元，其特征在于，
所述蓄电池（1）和所述燃料电池（2）以并联的方式构成能够与负载（3）和/或辅助电源（4）分别连接的供电单元，
在不设置通断元件的情况下，所述蓄电池与所述燃料电池基于预设的电参数来自动分配自身的输出功率直至达到平衡状态，
所述燃料电池（2）和所述蓄电池（1）之间的电参数匹配关系至少包括：燃料电池的开路电压高于蓄电池的浮充电压；
同时，当燃料电池系统对负载无输出、燃料电池电力输出仅用于系统内耗时，燃料电池的输出电压不高于蓄电池的浮充电压；
根据负载和蓄电池SOC状态不同，由所述蓄电池和所述燃料电池构成的混合动力系统存在不同运行状态，随着负载和蓄电池SOC的变化而自动调整功率匹配：燃料电池和蓄电池能够同时对负载和/或辅助电源供电，也能够由燃料电池独立供电，或者由燃料电池同时对负载和/或辅助电源供电并对蓄电池充电；辅助电源（4）用于为燃料电池系统内部供电，其消耗的功率为系统的内耗；
在所述燃料电池启动的情况下，所述燃料电池与所述蓄电池自动分配功率并随着运行状态的变化进行电力输出的自动切换，运行状态包括：
第一种运行状态：当燃料电池未启动运行时，其电力输出为零，负载（3）和辅助电源（4）需求的电力由蓄电池（1）提供；
第二种运行状态：燃料电池运行且对蓄电池充电，燃料电池与蓄电池有相同的电压；
第三种运行状态：燃料电池运行提供电力，负载和/或辅助电源需求的电力与燃料电池提供的电力一致，蓄电池不对外输出电力也不充电；
第四种运行状态：燃料电池和蓄电池同时对负载和/或辅助电源提供电力，且达到动态平衡；
四种运行状态之间的自动切换过程如下：
当负载需求功率较大时，燃料电池和蓄电池同时输出功率给负载和辅助电源供电，此时如果负载减小，燃料电池和蓄电池的并联电压升高，根据两者的特性曲线，两者的输出功率将同时减小，由于蓄电池的浮充电压低于燃料电池开路电压，随着负载的继续减小，并联电压继续升高，蓄电池将先于燃料电池停止对外输出功率，蓄电池正好进入无输出也无输入的状态，转化为第三种运行状态；如果负载继续降低，则燃料电池系统将自动切换到第二种运行状态，燃料电池将同时对负载供电，且对蓄电池充电；
或者，燃料电池系统动态平衡的结果为第四种运行状态，燃料电池和蓄电池同时输出功率给负载和辅助电源供电；假设后续过程中负载保持恒定不变；随着蓄电池放电，其SOC降低，在相同电压下，SOC降低将导致输出电流将变小，动态平衡的结果是燃料电池和蓄电池并联的电压降低，燃料电池的输出功率增加，蓄电池的输出功率减小，两者的和维持负载和辅助电源的功率不变，随着蓄电池SOC的进一步降低，并联电压降低，燃料电池输出功率将增加到正好维持负载和辅助电源的功率，此时蓄电池不再输出功率，系统自动切换到第三种运行状态。
8.一种基于混合动力的燃料电池系统的设置方法，其特征在于，所述方法至少包括：
将蓄电池（1）和燃料电池（2）以并联的方式构成能够与负载（3）和/或辅助电源（4）分别连接的供电单元，
在不设置功率转换模块的情况下，所述蓄电池和所述燃料电池基于预设的电参数实现功率的自动转换，
所述燃料电池（2）和所述蓄电池（1）之间的电参数匹配关系至少包括：燃料电池的开路电压高于蓄电池的浮充电压；
同时，当燃料电池系统对负载无输出、燃料电池电力输出仅用于系统内耗时，燃料电池的输出电压不高于蓄电池的浮充电压；
根据负载和蓄电池SOC状态不同，由所述蓄电池和所述燃料电池构成的混合动力系统存在不同运行状态，随着负载和蓄电池SOC的变化而自动调整功率匹配：燃料电池和蓄电池能够同时对负载和/或辅助电源供电，也能够由燃料电池独立供电，或者由燃料电池同时对负载和/或辅助电源供电并对蓄电池充电；辅助电源（4）用于为燃料电池系统内部供电，其消耗的功率为系统的内耗；
在所述燃料电池启动的情况下，所述燃料电池与所述蓄电池自动分配功率并随着运行状态的变化进行电力输出的自动切换，运行状态包括：
第一种运行状态：当燃料电池未启动运行时，其电力输出为零，负载（3）和辅助电源（4）需求的电力由蓄电池（1）提供；
第二种运行状态：燃料电池运行且对蓄电池充电，燃料电池与蓄电池有相同的电压；
第三种运行状态：燃料电池运行提供电力，负载和/或辅助电源需求的电力与燃料电池提供的电力一致，蓄电池不对外输出电力也不充电；
第四种运行状态：燃料电池和蓄电池同时对负载和/或辅助电源提供电力，且达到动态平衡；
四种运行状态之间的自动切换过程如下：
当负载需求功率较大时，燃料电池和蓄电池同时输出功率给负载和辅助电源供电，此时如果负载减小，燃料电池和蓄电池的并联电压升高，根据两者的特性曲线，两者的输出功率将同时减小，由于蓄电池的浮充电压低于燃料电池开路电压，随着负载的继续减小，并联电压继续升高，蓄电池将先于燃料电池停止对外输出功率，蓄电池正好进入无输出也无输入的状态，转化为第三种运行状态；如果负载继续降低，则燃料电池系统将自动切换到第二种运行状态，燃料电池将同时对负载供电，且对蓄电池充电；
或者，燃料电池系统动态平衡的结果为第四种运行状态，燃料电池和蓄电池同时输出功率给负载和辅助电源供电；假设后续过程中负载保持恒定不变；随着蓄电池放电，其SOC降低，在相同电压下，SOC降低将导致输出电流将变小，动态平衡的结果是燃料电池和蓄电池并联的电压降低，燃料电池的输出功率增加，蓄电池的输出功率减小，两者的和维持负载和辅助电源的功率不变，随着蓄电池SOC的进一步降低，并联电压降低，燃料电池输出功率将增加到正好维持负载和辅助电源的功率，此时蓄电池不再输出功率，系统自动切换到第三种运行状态。
9.根据权利要求8所述的基于混合动力的燃料电池系统的设置方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述燃料电池（2）的并联支路上设置有至少一个单向电流导通单元（5），所述单向电流导通单元（5）与所述蓄电池（1）的输出端和所述燃料电池（2）的输出端分别连接，
在任意运行状态，所述蓄电池和所述燃料电池自主选择导通路径并自动进行功率的平衡分配。
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