CN113787921A - 一种氢燃料电池供电系统及其氢燃料车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池供电系统及其氢燃料车辆，涉及氢燃料电池领域，针对现有的氢燃料汽车的氢燃料电池一般可以持续发电，但不能充电和回收再生制动的反馈能量，单一氢燃料电池构型，系统无法实现能量的回收，造成较大浪费问题。现提出如下方案，其包括安装于车体上的燃料电池和整车控制器，所述燃料电池的输出端连接有DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的输出端分别连接有动力蓄电池组和逆变器，所述逆变器的输出端连接有用于驱动车体行驶的电机。氢燃料汽车的燃料电池不仅能通过动力蓄电池组进行充电供能，还可以回收车体制动时产生的反馈能量，实现了能量的回收，避免了能量的浪费。

Description

一种氢燃料电池供电系统及其氢燃料车辆
技术领域
本发明涉及氢燃料电池领域，尤其涉及一种氢燃料电池供电系统及其氢燃料车辆。
背景技术
氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。
现有公开号CN113113646公开了一种使用氢燃料电池的供电系统，其包括储氢罐、燃料电池、温度控制装置、流量采集装置和控制器，流量采集装置生成的采集流量反映向燃料电池中添加氢气的速率，温度控制装置能够控制储氢罐所在热环境的环境温度，用于解决相关技术中使用氢燃料电池的供电系统持续发电工作稳定性较差的问题。
现有技术中，氢燃料汽车的氢燃料电池一般可以持续发电，但不能充电和回收再生制动的反馈能量，单一氢燃料电池构型，系统无法实现能量的回收，造成较大浪费，氢燃料电池一般输出的不稳定，无法稳定燃料电池系统电压输出，不能够输出负载允许的直流变化范围使设备能正常运行。
发明内容
(一)发明目的
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种氢燃料电池供电系统，以实现解决氢燃料车辆的汽车氢燃料电池无法实现能量的回收以及不能够输出负载允许的直流变化范围使设备能正常运行等问题。
(二)技术方案
为达到上述技术目的，本发明提供了一种氢燃料电池供电系统：
其包括安装于车体上的燃料电池和整车控制器，所述燃料电池的输出端连接有DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的输出端分别连接有动力蓄电池组和逆变器，所述逆变器的输出端连接有用于驱动车体行驶的电机，所述DC/DC变换器、动力蓄电池组、逆变器和电机均位于车体的内部设置，所述整车控制器用于收集燃料电池、DC/DC变换器、动力蓄电池组和逆变器反馈的信号并对其进行相应的控制，所述动力蓄电池组的输入端连接有外接电源充电和太阳能发电板充电两种不同的充电模式。
需要说明的是，外接电源充电和太阳能发电板充电两种不同的充电模式即可以同时进行，也可以单独进行。
进一步的，所述动力蓄电池组包括动力蓄电池A和动力蓄电池B，所述动力蓄电池A和动力蓄电池B之间的连接方式为并联，所述动力蓄电池A和动力蓄电池B的输出端连接有电量显示器。
具体的，外接电源充电和太阳能发电板充电两种充电模式都可以同时都动力蓄电池A和动力蓄电池B进行充电，也可以单独对动力蓄电池A或动力蓄电池B中任一个单一蓄电池进行充电。
进一步的，所述外接电源充电模式包括稳压保护电路A，所述稳压保护电路A的输出端分别和动力蓄电池A、动力蓄电池B相连接，且动力蓄电池A、动力蓄电池B与稳压保护电路A连接的电路中分别设置有用于控制对应电路开启或闭合的支控制开关C和支控制开关D。
进一步的，所述太阳能发电板充电模式包括稳压保护电路B，所述稳压保护电路B的输出端分别和动力蓄电池A、动力蓄电池B相连接，且动力蓄电池A、动力蓄电池B与稳压保护电路B连接的电路中分别设置有用于控制对应电路开启或闭合的支控制开关A和支控制开关B，所述支控制开关A、支控制开关B与稳压保护电路B连接的电路中设置有总控制开关。
需要说明的是，稳压保护电路B和稳压保护电路A的设置，对充电的安全起到了保障作用。
进一步的，所述燃料电池输出电能为DC/DC变换器进行供电。
进一步的，所述DC/DC变换器将燃料电池输出的直流电压变换到与直流总线相匹配的电压并将直流电压输出到动力蓄电池组与逆变器的内部。
进一步的，所述动力蓄电池组用于回收车体制动产生的能量以及接收燃料电池输出的能量。
进一步的，所述逆变器用于将电能输入给电机，且电机为车体行驶提供补充能量。
具体的，逆变器即可以接受动力蓄电池组输出的电能，还可以接受DC/DC变换器输出的电能。
本发明还公开了一种氢燃料车辆，包括如上任一项所述的氢燃料电池供电系统。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下有益效果：
1：氢燃料汽车的燃料电池不仅能通过动力蓄电池组进行充电供能，还可以回收车体制动时产生的反馈能量，实现了能量的回收，避免了能量的浪费。
2：DC/DC变换器将燃料电池输出的直流电压变换到与直流总线相匹配的电压，降低对燃料电池功率的要求，功率变换器还可以用来降低燃料电池的输出纹波，避免来了燃料电池输出的不稳定，从而提高了燃料电池系统电压输出的稳定性。
3：外接电源充电和太阳能发电板充电两种充电模式都可以同时都动力蓄电池A和动力蓄电池B进行充电，也可以单独对动力蓄电池A或动力蓄电池B中任一个单一蓄电池进行充电，而且动力蓄电池A和动力蓄电池B为并联，可单独工作，避免单一动力蓄电池同时用于接收和输出电能时而造成损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种氢燃料电池供电系统及其氢燃料车辆的结构示意图。
图2为本发明提供的一种氢燃料电池供电系统及其氢燃料车辆的动力蓄电池组的组成结构示意图。
图3为本发明提供的一种氢燃料电池供电系统及其氢燃料车辆两种充电模式结构示意图。
附图说明：1、燃料电池；2、DC/DC变换器；3、动力蓄电池组；4、逆变器；5、电机；6、车体；7、整车控制器；8、电量显示器；9、太阳能发电板；10、稳压保护电路B；11、总控制开关；12、支控制开关A；13、支控制开关B；14、外接电源；15、稳压保护电路A；16、支控制开关C；17、支控制开关D；31、动力蓄电池A；32、动力蓄电池B。
具体实施方式
下文的描述本质上仅是示例性的而并非意图限制本公开、应用及用途。应当理解，在所有这些附图中，相同或相似的附图标记指示相同的或相似的零件及特征。各个附图仅示意性地表示了本公开的实施方式的构思和原理，并不一定示出了本公开各个实施方式的具体尺寸及其比例。在特定的附图中的特定部分可能采用夸张的方式来图示本公开的实施方式的相关细节或结构。
参照图1-3：
实施例一
一种氢燃料电池供电系统，包括安装于车体6上的燃料电池1和整车控制器7，燃料电池1的输出端连接有DC/DC变换器2，DC/DC变换器2的输出端分别连接有动力蓄电池组3和逆变器4，逆变器4的输出端连接有用于驱动车体6行驶的电机5，DC/DC变换器2、动力蓄电池组3、逆变器4和电机5均位于车体6的内部设置，整车控制器7用于收集燃料电池1、DC/DC变换器2、动力蓄电池组3和逆变器4反馈的信号并对其进行相应的控制，动力蓄电池组3的输入端连接有外接电源14充电和太阳能发电板9充电两种不同的充电模式。
本实施方式中，燃料电池1输出电能为DC/DC变换器2进行供电，DC/DC变换器2将燃料电池1输出的直流电压变换到与直流总线相匹配的电压并将直流电压输出到动力蓄电池组3与逆变器4的内部，动力蓄电池组3用于回收车体6制动产生的能量以及接收燃料电池1输出的能量，逆变器4用于将电能输入给电机5，且电机5为车体6行驶提供补充能量。
需要说明的是DC/DC变换器2将燃料电池1输出的直流电压变换到与直流总线相匹配的电压后，降低对燃料电池1的功率要求，功率变换器还可以用来降低燃料电池的输出纹波，从而延长燃料电池的寿命。
实施例二
一种氢燃料电池供电系统，其在实施例一的基础上，动力蓄电池组3包括动力蓄电池A31和动力蓄电池B32，动力蓄电池A31和动力蓄电池B32之间的连接方式为并联，动力蓄电池A31和动力蓄电池B32的输出端连接有电量显示器8。
外接电源14充电模式包括稳压保护电路A15，稳压保护电路A15的输出端分别和动力蓄电池A31、动力蓄电池B32相连接，且动力蓄电池A31、动力蓄电池B32与稳压保护电路A15连接的电路中分别设置有用于控制对应电路开启或闭合的支控制开关C16和支控制开关D17。
太阳能发电板9充电模式包括稳压保护电路B10，稳压保护电路B10的输出端分别和动力蓄电池A31、动力蓄电池B32相连接，且动力蓄电池A31、动力蓄电池B32与稳压保护电路B10连接的电路中分别设置有用于控制对应电路开启或闭合的支控制开关A12和支控制开关B13，支控制开关A12、支控制开关B13与稳压保护电路B10连接的电路中设置有总控制开关11。
具体为，当在户外进行充电时，可关闭支控制开关A12，太阳能发电板9单独对动力蓄电池B32进行充电，再关闭支控制开关D17，外接电源14单独对动力蓄电池A31进行充电，使得动力蓄电池A31和动力蓄电池B32单独接收不同方式的充电，避免两种电源同时充电对动力蓄电池造成影响，当在户内充电时，可同时打开支控制开关C16和支控制开关D17，同时对动力蓄电池A31和动力蓄电池B32进行充电，提高了充电效率，当车辆在行驶过程中，无外接电源14充电模式时，只有太阳能发电板9充电，当动力蓄电池A31参与车体6行驶的供能时，关闭支控制开关A12，使得太阳能发电板9只对动力蓄电池B32充电，避免单一动力蓄电池同时用于接收和输出电能而造成损坏。
另外，本发明还公开了一种氢燃料车辆，包括如上任一项提及的氢燃料电池供电系统。
工作原理：首先燃料电池1输出电能为DC/DC变换器2供电，DC/DC变换器2接收燃料电池1输出的电能后将直流电压变换到与直流总线相匹配的电压，同时将直流电压输送到动力蓄电池组3与逆变器4的内部，逆变器4接收电能后将电能输入给电机5为车体6的起动、加速、爬坡等过程提供补充能量，同时，车体6制动时产生的能量通过逆变器4进行回收传送到动力蓄电池组3的内部。
动力蓄电池组3不仅可以回收车体6制动时产生的能量以及接收燃料电池1输出能量，同时还可以接受两种充电模式，两种充电模式分别为太阳能发电板9充电和外接电源14充电，动力蓄电池组3由动力蓄电池A31和动力蓄电池B32组成，且动力蓄电池A31和动力蓄电池B32为并联，当动力蓄电池A31给逆变器4输出电能时，支控制开关A12关闭，此时太阳能发电板9只为动力蓄电池B32充电，此时动力蓄电池B32还用于回收车体6制动时产生的能量，动力蓄电池A31和动力蓄电池B32的设置，使得动力蓄电池A31作为输出电能本体后，动力蓄电池B32作为接收电能本体，避免单一动力蓄电池同时用于接收和输出电能，避免蓄电池造成损坏。
上文中参照优选的实施例详细描述了本公开所提出的方案的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本公开理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本公开提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (9)

1.一种氢燃料电池供电系统，包括安装于车体(6)上的燃料电池(1)和整车控制器(7)，其特征在于，所述燃料电池(1)的输出端连接有DC/DC变换器(2)，所述DC/DC变换器(2)的输出端分别连接有动力蓄电池组(3)和逆变器(4)，所述逆变器(4)的输出端连接有用于驱动车体(6)行驶的电机(5)，所述DC/DC变换器(2)、动力蓄电池组(3)、逆变器(4)和电机(5)均位于车体(6)的内部设置，所述整车控制器(7)用于收集燃料电池(1)、DC/DC变换器(2)、动力蓄电池组(3)和逆变器(4)反馈的信号并对其进行相应的控制，所述动力蓄电池组(3)的输入端连接有外接电源(14)充电和太阳能发电板(9)充电两种不同的充电模式。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池供电系统，其特征在于，所述动力蓄电池组(3)包括动力蓄电池A(31)和动力蓄电池B(32)，所述动力蓄电池A(31)和动力蓄电池B(32)之间的连接方式为并联，所述动力蓄电池A(31)和动力蓄电池B(32)的输出端连接有电量显示器(8)。
3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池供电系统，其特征在于，所述外接电源(14)充电模式包括稳压保护电路A(15)，所述稳压保护电路A(15)的输出端分别和动力蓄电池A(31)、动力蓄电池B(32)相连接，且动力蓄电池A(31)、动力蓄电池B(32)与稳压保护电路A(15)连接的电路中分别设置有用于控制对应电路开启或闭合的支控制开关C(16)和支控制开关D(17)。
4.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池供电系统，其特征在于，所述太阳能发电板(9)充电模式包括稳压保护电路B(10)，所述稳压保护电路B(10)的输出端分别和动力蓄电池A(31)、动力蓄电池B(32)相连接，且动力蓄电池A(31)、动力蓄电池B(32)与稳压保护电路B(10)连接的电路中分别设置有用于控制对应电路开启或闭合的支控制开关A(12)和支控制开关B(13)，所述支控制开关A(12)、支控制开关B(13)与稳压保护电路B(10)连接的电路中设置有总控制开关(11)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种氢燃料电池供电系统，其特征在于，所述燃料电池(1)输出电能为DC/DC变换器(2)进行供电。
6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池供电系统，其特征在于，所述DC/DC变换器(2)将燃料电池(1)输出的直流电压变换到与直流总线相匹配的电压并将直流电压输出到动力蓄电池组(3)与逆变器(4)的内部。
7.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池供电系统，其特征在于，所述动力蓄电池组(3)用于回收车体(6)制动产生的能量以及接收燃料电池(1)输出的能量。
8.根据权利要求1或6所述的一种氢燃料电池供电系统，其特征在于，所述逆变器(4)用于将电能输入给电机(5)，且电机(5)为车体(6)行驶提供补充能量。
9.一种氢燃料车辆，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的氢燃料电池供电系统。
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