CN208469575U - 一种燃料电池汽车的电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池汽车的电源系统，属于汽车技术领域。它解决了现有的技术需要增加辅助燃料电池和氢气储存罐，造成成本较高的问题。本燃料电池汽车的电源系统包括控制器、动力燃料电池、辅助电源、与控制器连接的氢气发生装置和空压机，动力燃料电池连接有第一电力转换器，动力燃料电池和辅助电源之间连接有第二电力转换器，氢气发生装置和空压机均与动力燃料电池连接，辅助电源与氢气发生装置和空压机之间均通过第三电力转换器连接，辅助电源上还连接有第四电力转换器，第一电力转换器、第二电力转换器、第三电力转换器和第四电力转换器均与控制器连接。本电源系统能够实现车辆启停阶段燃料电池的电力补偿及剩余电力回收。

Description

一种燃料电池汽车的电源系统

技术领域

本实用新型属于汽车技术领域，涉及一种燃料电池汽车的电源系统。

背景技术

燃料电池是一种无需经过卡诺循环，将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，现有技术将铝基、镁基、硼氢化物等极易在水中发生水解反应并放出氢气的高能活化材料作为制氢剂为燃料电池提供氢源。但是，这一类高能储氢材料和水的反应速度难以控制，氢气量不稳定，会造成燃料电池无法平稳工作，对用电装置的伤害极大。另一方面，从汽车动力维持角度考虑，要能够使汽车平稳行驶，消除氢气原料供给滞后导致的动力不稳定，需保证动力供给的保守输出功率能支撑汽车行驶的额定功率，并能保证汽车启停和变速的功率要求。因此，设计合理的电源系统用于启停阶段燃料电池的电力补偿及剩余电力回收，对于提高能源的利用率和动力系统的安全性能具有重要的意义。

针对以上存在的问题，现有的中国专利文献公开了一种用于燃料电池汽车的双燃料电池结构【公开号：CN206884775U】，其特征在于:动力燃料电池的H₂和O₂出口分别接到辅助燃料电池的H₂和O₂燃料入口，辅助燃料电池的电压在12-15V之间，辅助燃料电池与辅助电源相连，辅助燃料电池与辅助电源的连接线路上布置有直流转换器，电动机与动力燃料电池连接，动力燃料电池与电动机的连接线路上布置有直流转换器，上述两个直流转换器通过电信号线与控制器连接；辅助电源采用12V铅酸电池或者锂离子电池，容量在15-25Ah之间。该双燃料电池结构虽然能够将动力燃料电池的过量燃料进行再回收，但是需要增加辅助燃料电池进行回收再利用，增加了使用成本，而且动力燃料电池的氢气入口一般需要加装氢气储存罐，用于保证燃料电池及时供应燃料，但是这种方式极大的增加了整个电源系统的空间使用，且出于安全的考虑，对氢气储存罐的材质提出了较高的要求，无疑将增加成本。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种燃料电池汽车的电源系统，该燃料电池汽车的电源系统所要解决的技术问题是：如何在降低成本的基础上，实现车辆启停阶段燃料电池的电力补偿及剩余电力回收。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种燃料电池汽车的电源系统，包括控制器、动力燃料电池和辅助电源，所述动力燃料电池连接有用于给电动机提供工作电能的第一电力转换器，所述动力燃料电池和辅助电源之间连接有第二电力转换器，所述第一电力转换器和第二电力转换器均与控制器连接，其特征在于，所述电源系统还包括与所述控制器连接的氢气发生装置和空压机，所述氢气发生装置和空压机均与动力燃料电池连接，所述辅助电源与氢气发生装置之间通过第三电力转换器连接，所述辅助电源与空压机之间通过第三电力转换器连接，所述辅助电源上还连接有用于给电动机提供工作电能的第四电力转换器，所述第三电力转换器和第四电力转换器均与控制器连接。

本燃料电池汽车的电源系统的工作原理为：燃料电池汽车在停止阶段，控制器发送电信号给氢气发生装置和空压机，控制氢气发生装置向动力燃料电池停止供应氢气，但是由于氢气发生装置中反应物的混合状态，仍将持续一段时间产生氢气，这部分氢气继续进入燃料电池中，此时，控制器控制空压机继续供应氧气，此时产生的电力储存到辅助电源中，采用电力缓存方式代替了传统的氢气缓存方式，可不使用氢气缓存罐，也不用再增加一个辅助燃料电池，节省了整个电源系统的空间使用，降低了成本，且更加安全。此外，在汽车启动阶段，控制器控制第三电力转换器工作，辅助电源给氢气发生器和空压机提供启动电力，在正常平稳运行条件下，辅助电源不对电动机提供电力。当动力燃料电池输出功率不足以提供电动机的输入功率时，控制器控制第一电力转换器和第四电力转换器同时接通，使辅助电源和动力燃料电池同时给电动机供电，辅助电源进行电力补偿，保证汽车平稳运行。

在上述的燃料电池汽车的电源系统中，所述辅助电源上设置有用于检测辅助电源电量的电量传感器，所述电量传感器与控制器连接。设置电量传感器对辅助电源上的电量进行检测，在电量低于预设的最佳电量值时，控制氢气发生装置和空压机继续向动力燃料电池输送氢气和氧气的时间，进而使动力燃料电池完全停止工作状态时，辅助电源的电量能够达到最佳电量值，实现对剩余电量的回收以及为下次启动提供电力补偿，保证汽车平稳运行。

在上述的燃料电池汽车的电源系统中，所述氢气发生装置包括反应器和氢气输出管道，所述氢气输出管道与反应器上的氢气输出口连接，所述反应器内设置有制氢剂储存罐、氢气发生剂通道和热交换器，所述热交换器插入到制氢剂储存罐内，所述氢气发生剂通道上设有若干个喷头，所述制氢剂储存罐上设有渗水孔，所述喷头与热交换器均与控制器连接。氢气发生装置工作时，喷头将氢气发生剂通道上的水向制氢剂储存罐喷射，水通过渗水孔进入到制氢剂储存罐内与其内的制氢剂在热交换器的作用下，反应生成氢气并通过氢气输出管道输送给动力燃料电池。

在上述的燃料电池汽车的电源系统中，所述氢气输出管道与反应器的氢气输出口之间还设置有单向导通阀。单向导通阀的设置，能够防止。

在上述的燃料电池汽车的电源系统中，所述动力燃料电池包括若干个单元燃料电池，各单元燃料电池通过串联连接和/或并联连接。

在上述的燃料电池汽车的电源系统中，所述氢气输出管道的输出口连接有用于向动力燃料电池的各单元燃料电池输送氢气的氢气分流器。氢气分流器的使用，能够保证每个单元燃料电池都有稳定的氢气量输入，保证动力燃料电池平稳工作。

在上述的燃料电池汽车的电源系统中，所述辅助电源为锂离子电池。

与现有技术相比，本燃料电池汽车的电源系统具有以下优点：

1、本实用新型采用电力缓存方式代替了传统的氢气缓存方式，可不使用氢气缓存罐，节省了整个电源系统的空间使用也降低了成本，并且更加安全；在燃料利用方面，有效提高了燃料的综合利用率。

2、本实用新型的辅助电源既可用于氢气发生装置和空压机的启动电力供给，也可在动力燃料电池输出功率不足时，进行电力补偿，给电动机提供电力输入，保证了汽车平稳运行。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型氢气发生装置的结构示意图。

图中，1、动力燃料电池；2、氢气发生装置；21、氢气输出管道；22、反应器；22a、氢气输出口；23、氢气分流器；24、制氢剂储存罐；25、氢气发生剂通道；26、喷头；27、热交换器；28、单向导通阀；3、空压机；4、辅助电源；5、电动机；6、第一电力转换器；7、第二电力转换器；8、第三电力转换器；9、第四电力转换器；10、控制器；11、电量传感器。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1所示，本燃料电池汽车的电源系统包括控制器10、动力燃料电池1、辅助电源4、以及与控制器10连接的氢气发生装置2和空压机3，动力燃料电池1连接有用于给电动机5提供工作电能的第一电力转换器6，动力燃料电池1和辅助电源4之间连接有第二电力转换器7，第一电力转换器6和第二电力转换器7均与控制器10连接，氢气发生装置2和空压机3均与动力燃料电池1连接，辅助电源4与氢气发生装置2之间通过第三电力转换器8连接，辅助电源4与空压机3之间通过第三电力转换器8连接，辅助电源4上还连接有用于给电动机5提供工作电能的第四电力转换器9，第三电力转换器8和第四电力转换器9均与控制器10连接。

作为优选方案，辅助电源4上设置有用于检测辅助电源4电量的电量传感器11，电量传感器11与控制器10连接。设置电量传感器11对辅助电源4上的电量进行检测，在电量低于预设的最佳电量值时，控制氢气发生装置2和空压机3继续向动力燃料电池1输送氢气和氧气的时间，进而使动力燃料电池1完全停止工作状态时，辅助电源4的电量能够达到最佳电量值，实现对剩余电量的回收以及为下次启动提供电力补偿，保证汽车平稳运行。

作为优选方案，如图2所示，氢气发生装置2包括反应器22和氢气输出管道21，氢气输出管道21与反应器22上的氢气输出口22a连接，反应器22内设置有制氢剂储存罐24、氢气发生剂通道25和热交换器27，热交换器27插入到制氢剂储存罐24内，氢气发生剂通道25上设有若干个喷头26，制氢剂储存罐24上设有渗水孔，控制器10控制氢气发生剂通道25的进水量,热交换器27与控制器10连接。氢气发生装置2工作时，喷头26将氢气发生剂通道25上的水向制氢剂储存罐24喷射，水通过渗水孔进入到制氢剂储存罐24内与其内的制氢剂在热交换器27的作用下，反应生成氢气并通过氢气输出管道21输送给动力燃料电池1。

作为优选方案，如图2所示，氢气输出管道21与反应器22的氢气输出口22a之间还设置有单向导通阀28。在反应器22中产生的氢气的压力逐渐增大时，能够使单向导通阀28导通，并通过氢气输出管道21向动力燃料电池1输送氢气，单向导通阀28的设置，能够防止,并且使氢气发生装置向动力燃料电池输送稳定的氢气量，避免氢气量不稳定，造成动力燃料电池无法平稳工作的问题。

作为优选方案，动力燃料电池1包括若干个单元燃料电池，各单元燃料电池通过串联连接和/或并联连接。

作为优选方案，如图2所示，氢气输出管道21的输出口连接有用于向动力燃料电池1的各单元燃料电池输送氢气的氢气分流器23。氢气分流器23的使用，能够保证每个单元燃料电池都有稳定的氢气量输入，保证动力燃料电池1平稳工作。

作为优选方案，辅助电源4为锂离子电池。

作为优选方案，第一电力转换器6、第二电力转换器7、第三电力转换器8和第四电力转换器9为直流转换器、稳压电路或变压器中的一种。

本燃料电池汽车的电源系统的工作原理为：汽车启动阶段：控制器10控制第三电力转换器8接通，辅助电源4向氢气发生装置2和空压机3提供电能并是其启动，氢气发生装置2产生氢气，空压机3输送氧气或空气，氢气和氧气通过各自的气体运输管道进入动力燃料电池1的阳极和阴极，动力燃料电池1运行产生电，并与电动机5连接，通过第一电力转换器6控制电动机5启动工作。

汽车停止阶段：控制器10发送电信号给氢气发生装置2和空压机3，控制氢气发生装置2向动力燃料电池1停止供应氢气，但是由于氢气发生装置2中反应物的混合状态，仍将持续一段时间产生氢气，这部分氢气继续进入燃料电池中，此时，控制器10控制空压机3继续供应氧气，此时产生的电力储存到辅助电源4中，以备下次启动时给氢气发生装置2和空压机3提供电力。采用电力缓存方式代替了传统的氢气缓存方式，可不使用氢气缓存罐，也不用再增加一个辅助燃料电池，节省了整个电源系统的空间使用，降低了成本，且更加安全。在该停止阶段，作为优选，还需要通过电量传感器11对辅助电源4的蓄电量进行检测，在蓄电量低于预设的最佳电量值时，控制氢气发生装置2继续工作，并控制氢气发生装置2停止工作的时间，以使动力燃料电池1完全停止工作状态时，辅助电源4的电量能够达到最佳电量值，最佳电量值可设定90％～100％SOC。

在正常平稳运行条件下，辅助电源4不对电动机5提供电力。当动力燃料电池1输出功率不足以提供电动机5的输入功率时，控制系统控制第一电力转换器6和第四电力转换器9工作，使辅助电源4和动力燃料电池1的输出电路联通，提高电力输入，保证汽车平稳运行。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种燃料电池汽车的电源系统，包括控制器(10)、动力燃料电池(1)和辅助电源(4)，所述动力燃料电池(1)连接有用于给电动机(5)提供工作电能的第一电力转换器(6)，所述动力燃料电池(1)和辅助电源(4)之间连接有第二电力转换器(7)，所述第一电力转换器(6)和第二电力转换器(7)均与控制器(10)连接，其特征在于，所述电源系统还包括与所述控制器(10)连接的氢气发生装置(2)和空压机(3)，所述氢气发生装置(2)和空压机(3)均与动力燃料电池(1)连接，所述辅助电源(4)与氢气发生装置(2)之间通过第三电力转换器(8)连接，所述辅助电源(4)与空压机(3)之间通过第三电力转换器(8)连接，所述辅助电源(4)上还连接有用于给电动机(5)提供工作电能的第四电力转换器(9)，所述第三电力转换器(8)和第四电力转换器(9)均与控制器(10)连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车的电源系统，其特征在于，所述辅助电源(4)上设置有用于检测辅助电源(4)电量的电量传感器(11)，所述电量传感器(11)与控制器(10)连接。

3.根据权利要求1所述的燃料电池汽车的电源系统，其特征在于，所述氢气发生装置(2)包括反应器(22)和氢气输出管道(21)，所述氢气输出管道(21)与反应器(22)上的氢气输出口(22a)连接，所述反应器(22)内设置有制氢剂储存罐(24)、氢气发生剂通道(25)和热交换器(27)，所述热交换器(27)插入到制氢剂储存罐(24)内，所述氢气发生剂通道(25)上设有若干个喷头(26)，所述制氢剂储存罐(24)上设有渗水孔，所述控制器(10)控制氢气发生剂通道(25)的进水量,所述热交换器(27)与控制器(10)连接。

4.根据权利要求3所述的燃料电池汽车的电源系统，其特征在于，所述氢气输出管道(21)与反应器(22)的氢气输出口(22a)之间还设置有单向导通阀(28)。

5.根据权利要求3或4所述的燃料电池汽车的电源系统，其特征在于，所述动力燃料电池(1)包括若干个单元燃料电池，各单元燃料电池通过串联连接和/或并联连接。

6.根据权利要求5所述的燃料电池汽车的电源系统，其特征在于，所述氢气输出管道(21)的输出口连接有用于向动力燃料电池(1)的各单元燃料电池输送氢气的氢气分流器(23)。