CN209454597U - 一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，包括燃料电池电堆及控制单元、氢气储存及管路单元、锂电池组及电池管理单元、后备锂电池组单元、车辆控制器和操作及显示单元；通过将为燃料电池辅机供电的机能独立，增加了另一组小容量的锂电池组为燃料电池系统供电及吸收燃料电池待机工作时的多余能量。本实用新型能够有效维持燃料电池的全时段正常运行，避免停机，提高了系统可靠性及安全性；避免燃料电池停机引起频繁启停减少燃料电池寿命。

Description

一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池混合动力技术领域，尤其涉及一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统。

背景技术

在燃料电池动力车中，燃料电池电堆的成本占据了主要因素，在目前技术环境下，电堆实际寿命通常在2000-5000小时之间，并与工况中的启停及剧烈变载有关，为燃料电池提供一个平稳的工作状态，能极大地延长燃料电池工作寿命及供电系统的可靠稳定程度。为使燃料电池在复杂工况下能维持平稳的工作环境，通常使用锂电池与燃料电池组合成混合动力系统，由锂电池提供剧烈变化的功率需求分量，燃料电池提供稳定的功率需求分量，同时多个供电源也提高了供电系统整体的可靠性。

不同于锂电池等传统储能系统，燃料电池发电系统在工作中往往需要向辅助燃料电池电堆工作的燃料电池控制器等辅机设备供电来维持系统运行。由于燃料电池发电系统存在一定不稳定性，需要提供后备储能提高系统稳定性，目前车用燃料电池混合动力系统中，一般使用锂电池作为为燃料电池辅机系统供电的动力源。

但在实际使用中往往会出现锂电池电量不足或锂电池出现故障而导致燃料电池无法正常启动的现象；并且在车辆运行过程中，经常出现上下车等系统短暂停止的状态，也大大影响了燃料电池的自身寿命。

实用新型内容

为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，能够有效维持燃料电池的全时段正常运行，避免停机，提高了系统可靠性及安全性；避免燃料电池停机引起频繁启停减少燃料电池寿命。

为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，包括燃料电池电堆及控制单元、氢气储存及管路单元、锂电池组及电池管理单元、后备锂电池组单元、车辆控制器和操作及显示单元；

所述燃料电池电堆及控制单元包括燃料电池、燃料电池控制器和燃料电池管理器，所述氢气储存及管路单元连接至燃料电池的氢气入口，所述燃料电池的供电端通过燃料电池管理器连接至车辆动力装置，所述后备锂电池组单元的供电端通过燃料电池控制器连接至燃料电池，所述燃料电池控制器与车辆控制器信号连接；

所述锂电池组及电池管理单元包括动力锂电池组和动力锂电池管理器，动力锂电池组通过动力锂电池管理器连接至车辆动力装置，所述动力锂电池管理器检测动力锂电池状态信息并将检测的信息传达给车辆控制器；

所述后备锂电池组单元包括后备锂电池和后备电池管理器，所述后备锂电池管理器分别连接燃料电池和后备锂电池，且所述后备锂电池连接至燃料电池控制器；所述后备锂电池管理器与车辆控制器信号连接；

所述车辆控制器接收车辆控制器、动力锂电池管理器和后备电池管理器传递的数据信息，输出开关信号至燃料电池控制器和燃料电池管理器；

所述操作及显示单元包括操作设备、车辆控制器和显示器，所述操作设备和显示器均连接至车辆控制器；所述操作设备将操作信号送入车辆控制器，车辆控制器控制车辆运行，由显示器显示参数。

进一步的是，所述燃料电池管理器、动力锂电池管理器和后备电池管理器均为电能变换器；控制各处电能的供给工况。

进一步的是，所述氢气储存及管路单元包括高压氢气储气罐和氢气管路，所述高压氢气储气罐通过氢气管路连通燃料电池氢气入口；为燃料电池提供稳定的氢气能源，提高了燃料电池的寿命。

进一步的是，所述操作设备将操作信号包括油门踏板和档位信号送入车辆控制器。

采用本技术方案的有益效果：

本实用新型通过将为燃料电池辅机供电的机能独立，增加了另一组小容量的锂电池组为燃料电池系统供电并且还能够吸收燃料电池待机工作时的多余能量，能够有效维持燃料电池的全时段正常运行，避免停机，提高了系统可靠性及安全性；本实用新型通过燃料电池向后备锂电池组充电维持低功率运行，避免停机带来的频繁启停影响电堆寿命。

附图说明

图1为本实用新型的一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1所示，一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，包括燃料电池电堆及控制单元、氢气储存及管路单元、锂电池组及电池管理单元、后备锂电池组单元、车辆控制器和操作及显示单元；

所述燃料电池电堆及控制单元包括燃料电池、燃料电池控制器和燃料电池管理器，所述氢气储存及管路单元连接至燃料电池的氢气入口，所述燃料电池的供电端通过燃料电池管理器连接至车辆动力装置，所述后备锂电池组单元的供电端通过燃料电池控制器连接至燃料电池，所述燃料电池控制器与车辆控制器信号连接；

所述锂电池组及电池管理单元包括动力锂电池组和动力锂电池管理器，动力锂电池组通过动力锂电池管理器连接至车辆动力装置，所述动力锂电池管理器检测动力锂电池状态信息并将检测的信息传达给车辆控制器；

所述后备锂电池组单元包括后备锂电池和后备电池管理器，所述后备锂电池管理器分别连接燃料电池和后备锂电池，且所述后备锂电池连接至燃料电池控制器；所述后备锂电池管理器与车辆控制器信号连接；

所述车辆控制器接收车辆控制器、动力锂电池管理器和后备电池管理器传递的数据信息，输出开关信号至燃料电池控制器和燃料电池管理器；

所述操作及显示单元包括操作设备、车辆控制器和显示器，所述操作设备和显示器均连接至车辆控制器；所述操作设备将操作信号送入车辆控制器，车辆控制器控制车辆运行，由显示器显示参数。

作为上述实施例的优化方案，所述燃料电池管理器、动力锂电池管理器和后备电池管理器均为电能变换器；控制各处电能的供给工况。

作为上述实施例的优化方案，所述氢气储存及管路单元包括高压氢气储气罐和氢气管路，所述高压氢气储气罐通过氢气管路连通燃料电池氢气入口；为燃料电池提供稳定的氢气能源，提高了燃料电池的寿命。

作为上述实施例的优化方案，所述操作设备将操作信号包括油门踏板和档位信号送入车辆控制器。

为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：

由氢气储存及管路单元燃料电池电堆及控制单元供能；

由所述操作设备将操作信号送入车辆控制器，车辆控制器控制车辆运行；由车辆控制器监测燃料电池、动力锂电池组及后备锂电池组单元的状态信息，通过车辆控制器控制燃料电池、动力锂电池组以及动力锂电池组的工况；

在动力锂电池组无法正常工作时，通过混合动力车辆控制器控制后备电池管理器由后备锂电池提供燃料电池运行所需电能；

通过燃料电池向后备锂电池组充电维持低功率运行避免停机带来的频繁启停影响电堆寿命。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，其特征在于，包括燃料电池电堆及控制单元、氢气储存及管路单元、锂电池组及电池管理单元、后备锂电池组单元、车辆控制器和操作及显示单元；

所述燃料电池电堆及控制单元包括燃料电池、燃料电池控制器和燃料电池管理器，所述氢气储存及管路单元连接至燃料电池的氢气入口，所述燃料电池的供电端通过燃料电池管理器连接至车辆动力装置，所述后备锂电池组单元的供电端通过燃料电池控制器连接至燃料电池，所述燃料电池控制器与车辆控制器信号连接；

所述锂电池组及电池管理单元包括动力锂电池组和动力锂电池管理器，动力锂电池组通过动力锂电池管理器连接至车辆动力装置，所述动力锂电池管理器检测动力锂电池状态信息并将检测的信息传达给车辆控制器；

所述后备锂电池组单元包括后备锂电池和后备电池管理器，所述后备锂电池管理器分别连接燃料电池和后备锂电池，且所述后备锂电池连接至燃料电池控制器；所述后备锂电池管理器与车辆控制器信号连接；

所述操作及显示单元包括操作设备、车辆控制器和显示器，所述操作设备和显示器均连接至车辆控制器。

2.根据权利要求1所述的一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，其特征在于，所述燃料电池管理器、动力锂电池管理器和后备电池管理器均为电能变换器。

3.根据权利要求1所述的一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，其特征在于，所述氢气储存及管路单元包括高压氢气储气罐和氢气管路，所述高压氢气储气罐通过氢气管路连通燃料电池氢气入口。

4.根据权利要求1所述的一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统，其特征在于，所述操作设备将操作信号包括油门踏板和档位信号送入车辆控制器。