CN209938343U - 氢燃料电池发电装置及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种氢燃料电池发电装置及电动汽车，其中该氢燃料电池发电装置包括氢燃料电池、升压DC/DC转化器、能量反馈制动电阻模块、及储能蓄电池组，所述升压DC/DC转化器的输入端电性连接所述氢燃料电池，所述升压DC/DC转化器的输出端电性连接所述能量反馈制动电阻模块和储能蓄电池组，所述能量反馈制动电阻模块和储能蓄电池组并联，所述氢燃料电池发电装置还包括二极管和超级电容模块，所述二极管的输出端分别与超级电容模块的一端和所述升压DC/DC转化器的输入端电性连接，所述超级电容模块的另一端电性连接所述氢燃料电池的负极。本实用新型的氢燃料电池发电装置的瞬时功率高、响应速度更快，并可减小燃料电池的电流以延长其寿命。

Description

氢燃料电池发电装置及电动汽车
技术领域
本实用新型涉及车辆电动装置技术领域，特别涉及一种氢燃料电池发电装置及电动汽车。
背景技术
燃料电池汽车与传统的内燃机汽车相比，具有高效无污染的突出优势，燃料电池汽车在成本和整体性能上，特别是行程和补充燃料时间上明显优于其他电池的电动汽车，并且燃料电池所用的燃料来源广泛,又可再生，并可实现无污染、零排放等环保标准。因此，燃料电池混合动力汽车成为世界电动汽车开发的热点和发展趋势。
但由于燃料电池系统动态响应慢，为了满足车辆在启动、急加速和爬陡坡时的功率需求，燃料电池的输出功率就需设计的比较过盈，这不仅降低了发电效率，同时还大大地增加了制造成本，也阻碍了氢燃料电池汽车的发展。
氢燃料电池和动力电池混合供能驱动系统的问题是，动力电池的输出特性与氢燃料电池的输出特性差别太大，不能简单并联。并且由于氢燃料电池是单向性(即不可逆向操作)，调节响应功率是依靠机械状置，与升压DC/DC转化器的电子电力响应不在一个数量级上。这给整个驱动系统和供能系统带来了调节困难和难度。直接导致的结果是：加大反应堆，加大动力电池的输出功率能力，这使得反应堆的效率下降，反应堆和动力电池的成本上升。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种氢燃料电池发电装置，旨在使其瞬时功率高、响应速度更快，并可减小燃料电池的电流以延长其寿命。
为实现上述目的，本实用新型提出一种氢燃料电池发电装置，该氢燃料电池发电装置包括氢燃料电池、升压DC/DC转化器、能量反馈制动电阻模块、及储能蓄电池组，所述升压DC/DC转化器的输入端电性连接所述氢燃料电池，所述升压DC/DC转化器的输出端电性连接所述能量反馈制动电阻模块和储能蓄电池组，所述能量反馈制动电阻模块和储能蓄电池组并联，
所述氢燃料电池发电装置还包括二极管和超级电容模块，所述二极管与所述氢燃料电池串联，所述超级电容模块与所述氢燃料电池和所述二极管共同并联，所述升压DC/DC转化器的输入端与所述氢燃料电池和所述二极管共同串联，所述升压DC/DC转化器的输入端与所述超级电容模块串联。
优选地，所述二极管的正极一端电性连接所述氢燃料电池的正极，所述二极管的负极一端电性连接所述升压DC/DC转化器和所述超级电容模块。
优选地，所述超级电容模块包括超级电容、开关、及第一电阻，所述超级电容的正极电性连接所述氢燃料电池的正极和所述升压DC/DC转化器的输入端的正极接口，所述开关与所述第一电阻并联，并与所述超级电容串联，所述第一电阻的一端与超级电容的负极电性连接，另一端与所述氢燃料电池的负极电性连接，所述超级电容的正极与所述二极管的负极电性连接。
优选地，所述储能蓄电池组包括多组相互串联的电池，所述电池的正极电性连接所述升压DC/DC转化器的输出端的正极接口，所述电池的负极电性连接所述升压DC/DC转化器的输出端的负极接口。
优选地，所述能量反馈制动电阻模块包括IGBT模块和第二电阻，所述IGBT模块与所述第二电阻串联，所述第二电阻远离所述IGBT模块的一端电性连接所述升压DC/DC转化器的输出端的负极接口，所述IGBT模块远离第二电阻的一端电性连接所述升压DC/DC转化器的输出端的正极接口。
优选地，所述二极管为防反二极管。
本实用新型还提出一种电动汽车，包括汽车本体、设于所述汽车本体的驱动电机及电性连接所述驱动电机的氢燃料电池发电装置，其特征在于，所述氢燃料电池发电装置为上述任一所述的氢燃料电池发电装置。
本实用新型技术方案通过氢燃料电池、升压DC/DC转化器、能量反馈制动电阻模块、及储能蓄电池组，所述升压DC/DC转化器的输入端电性连接所述氢燃料电池，所述升压DC/DC转化器的输出端电性连接所述能量反馈制动电阻模块和储能蓄电池组，所述能量反馈制动电阻模块和储能蓄电池组并联，所述氢燃料电池发电装置还包括二极管和超级电容模块，所述氢燃料电池的正极电性连接所述二极管的输入端，所述二极管的输出端分别与超级电容模块的一端和所述升压DC/DC转化器的输入端电性连接，所述超级电容模块的另一端电性连接所述氢燃料电池的负极，以使氢燃料电池发电装置的瞬时功率高、响应速度更快，并可减小燃料电池的电流以延长其寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型氢燃料电池发电装置一实施例的工作原理示意图；
图2为本实用新型氢燃料电池发电装置的超级电容模块的放电特性示意图。
附图标号说明：
Figure BDA0001802911800000031
Figure BDA0001802911800000041
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提出一种氢燃料电池发电装置。
参照图1和图2，在本实用新型一实施例中，该氢燃料电池发电装置包括氢燃料电池10、升压DC/DC转化器20、能量反馈制动电阻模块30、及储能蓄电池组40，所述升压DC/DC转化器20的输入端电性连接所述氢燃料电池10，所述升压DC/DC转化器20的输出端电性连接所述能量反馈制动电阻模块30和储能蓄电池组40，所述能量反馈制动电阻模块30和储能蓄电池组40并联，
所述氢燃料电池发电装置还包括二极管50和超级电容模块60，所述二极管50为防反二极管，所述氢燃料电池10的正极电性连接所述二极管50的输入端，所述二极管50的输出端分别与超级电容模块60的一端和所述升压DC/DC转化器20的输入端电性连接，所述超级电容模块60的另一端电性连接所述氢燃料电池10的负极，所述升压DC/DC转化器20的输入端电性连接所述氢燃料电池10的负极。以使氢燃料电池发电装置的瞬时功率高、响应速度更快，并可减小燃料电池的电流以延长其寿命。
优选地，所述二极管50的正极一端电性连接所述氢燃料电池10的正极，所述二极管50的负极一端电性连接所述升压DC/DC转化器20和所述超级电容模块60。
优选地，所述超级电容模块60包括超级电容61、开关62、及第一电阻63，所述超级电容61的正极电性连接所述氢燃料电池10的正极和所述升压DC/DC转化器20的输入端的正极接口，所述开关62与所述第一电阻63并联，并与所述超级电容61串联，所述第一电阻63的一端与超级电容61的负极电性连接，另一端与所述氢燃料电池10的负极电性连接，所述超级电容61的正极与所述二极管50的负极电性连接。
优选地，所述储能蓄电池组40包括多组相互串联的电池41，所述电池41的正极电性连接所述升压DC/DC转化器20的输出端的正极接口，所述电池41的负极电性连接所述升压DC/DC转化器20的输出端的负极接口。
优选地，所述能量反馈制动电阻模块包括IGBT模块31和第二电阻32，所述IGBT模块31与所述第二电阻32串联，所述第二电阻32远离所述IGBT模块31的一端电性连接所述升压DC/DC转化器20的输出端的负极接口，所述IGBT模块31远离第二电阻32的一端电性连接所述升压DC/DC转化器20的输出端的正极接口。所述IGBT模块31是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。
本实用新型通过在升压DC/DC转化器20的前端增加超级电容模块60进行改善氢燃料电池10的反应堆的效率和使用寿命，并且通过在氢燃料电池10的的输出端增加二极管50，以防止反向电流输入至氢燃料电池10的反应堆内，还通过二极管50与超级电容模块60连接，以避免氢燃料电池10的反应堆空载时间过长，增强该氢燃料电池10的反应堆的响应速度，以延长其使用寿命。
本实用新型还提出一种电动汽车，包括汽车本体(未图示)、设于所述汽车本体的驱动电机(未图示)及电性连接所述驱动电机的氢燃料电池发电装置，其特征在于，所述氢燃料电池发电装置为上述任一所述的氢燃料电池发电装置。
具体地，本实用新型的氢燃料电池发电装置的动力源采用氢燃料电池10与动力电池(FC+B)的混合发电型式，其中的动力电池为在升压DC/DC转化器20输出回路上，增加的一组储能蓄电池组40。氢燃料电池10既作为动力源也作为能量源，而储能蓄电池组40既作为动力源也作为储能源。车辆正常行驶时氢燃料电池10提供功率的同时，也提供车辆所需的平均能量,储能蓄电池组40在提供功率的同时，还要作能量交换。具体状况如下：
当车辆等外部需要电能的设备的功率需求在氢燃料电池10可供给的范围内，并且储能蓄电池组40的SOC(即剩余电量)低于期望值时，如<85％，氢燃料电池10既输出功率以保证车辆需求，又给储能蓄电池组40补充能量，当储能蓄电池组40的SOC高于期望值时(如>85％)，氢燃料电池10只需供给车辆所需即可；
当车辆等外部需要电能的设备的功率需求大于氢燃料电池10可供给的范围，此时氢燃料电池10以最大功率输出，与此同时，储能蓄电池组40提供车辆需求的差值功率；
当车辆等外部需要电能的设备的需求功率需求为负时，此时的负能量为储能蓄电池组40充电。同时，在充电的过程中，当储能蓄电池组40的SOC低于期望值，氢燃料电池10通过升压DC/DC转化器20，继续给储能蓄电池组40充电，当储能蓄电池组40的SOC高于期望值时，氢燃料电池10停止输出。
由于车辆等外部需要电能的设备的移动过程中，尤其是电动汽车工况变化很大且频繁，需要氢燃料电池10的控制响应既快速又频繁。而以目前的技术而言，即氢燃料电池10的控制主要使用空气泵、电磁阀、机械阀来完成，响应速度与车况的变化不相适应。过多的频繁变化会造成空气泵、电磁阀、机械阀的使用周期下降，与此同时，响应的迟后直接带来的是氢燃料电池10的反应堆的反应效率下降，反应越迟后，反应效率越差。
本实用新型是在氢燃料电池10在升压DC/DC转化器20的前端并联一组超级电容模块60，充分发挥超级电容模块60的快速响应和储能作用。将该组超级电容模块60视为氢燃料电池10的组成部份，以此克服系统响应慢且机械操作频繁，还具有储能功能，改善整体氢燃料电池10的效率和使用寿命，从而提高电动汽车的动力性和续航里程，降低了使用氢燃料电池10的电动汽车的使用成本。
本实用新型的氢燃料电池10、储能蓄电池组40和超级电容模块60组成的混合发电装置具体包括有以下几种工作模式:
1.超级电容模块60和储能蓄电池组40联合驱动模式
此模式一般用于电动汽车启动阶段。电动汽车在启动状态时，设置其他能源装置，包括超级电容模块60和储能蓄电池组40。超级电容模块60属于功率型储能器件，具有大功率充放电的能力，因此，以超级电容模块60带动电机，电动汽车能够获得较好的加速度性能。储能蓄电池组40可以在超级电容模块60电压不足时，储能蓄电池组40和超级电容模块60共同作为电动汽车的启动电源，使用超级电容模块60和储能蓄电池组40联合驱动形式启动电动汽车。当氢燃料电池10预热达到正常工作温度后，再根据系统功率需求以及辅助能量源的储能蓄电池组40的荷电状态SOC值决定是否启动氢燃料电池10。
电动汽车起步时，由于氢燃料电池10有响应延时Δt，电机电流i由超级电容模块60和储能蓄电池组40提供，随着电动汽车速度的增大，电机转矩由恒定逐渐减小，功率由小逐渐增大为恒定值，电机由恒转矩模式转变为恒功率模式，此时超级电容模块60弥补了氢燃料电池10响应慢的不足，能量提供方式由超级电容模块60和储能蓄电池组40联合提供转变为氢燃料电池10提供。
2.氢燃料电池10单独驱动模式如下：
此模式一般用于电动汽车正常行驶状态。当辅助能量源的储能蓄电池组40的SOC值低于期望值且系统需求功率介于氢燃料电池10最小输出功率与最大输出功率之间时，氢燃料电池10输出的功率不仅要满足电动汽车功率要求,还要对储能蓄电池组40进行充电。在充电过程中，应先对超级电容模块60充电，当超级电容模块60的SOC值回到期望值时再对储能蓄电池组40充电，使储能蓄电池组40的电量回到期望值，对辅助能量源的储能蓄电池组40进行充电的功率主要由当前荷电状态值与期望荷电状态值的差值来决定。
具体为，氢燃料电池10开始发电，通过升压DC/DC控制器20给电机供电，并且在此过程中，氢燃料电池10具备良好的恒功率输出特性，可以以恒功率向超级电容模块60充电，确保超级电容模块60电量稳定。此过程中，能量反馈制动电阻模块30的通路为断开状态，直至超级电容模块60和储能蓄电池组40的电量充满，电动汽车的整个控制系统降低氢燃料电池10的功率输出，打开IGBT模块31，将多余能量消耗在第二电阻32上。此外，当超级电容模块60的电压超过预设最高值时，电动汽车的整个控制系统控制第一电阻63工作，同时控制氢燃料电池10降低输出功率。其中
PFC≥Pd (1)；
Figure BDA0001802911800000091
Ucharge＝min(UUC，UFC) (3)；
Figure BDA0001802911800000092
式中PFC表示氢燃料电池10所能提供功率，Pd表示系统所需功率，tUC表示超级电容模块60充电所需时间，ΔSOCUC表示超级电容模块60当前SOC值和期望SOC值的差值，Ucharge表示氢燃料电池10对超级电容模块60充电电压，UUC为超级电容模块60额定电压，由于超级电容模块60有电压检测模块，整车控制系统控制氢燃料电池10降低功率输出，并接通能量反馈制动第一电阻，使得充电电压不大于超级电容的额定电压，避免击穿。同理，储能蓄电池组40的充电时间tB如式(4)所示。
3.氢燃料电池10与储能蓄电池组40联合驱动模式如下：
当储能蓄电池组40的SOC值高于期望值时，同样为了控制储能蓄电池组40的荷电状态始终在期望值附近，储能蓄电池组40要对外放电，剩余不足的功率则由氢燃料电池10来输出，并且要落在氢燃料电池10的有效工作范围内。储能蓄电池组40对外放电功率由当前SOC值与期望值的差值来决定。
PFC+PB＝Pd (5)；
PB，expect≤PB≤PB，current (6)；
Figure BDA0001802911800000093
式中PB表示储能蓄电池组40从当前SOC降到期望SOC过程中所能提供的功率，UB，current、UB，expect分别表示当前SOC和期望SOC状态下电池41的电压值，由于电压值随着SOC状态值的变化而发生非线性变化，此时电池41所能提供的功率PB也发生非线性变化，PB，current、PB，expect分别表示当前SOC和期望SOC状态下所能提供的功率，储能蓄电池组40所提供的功率介于两者之间。
4.氢燃料电池10、储能蓄电池组40和超级电容模块60联合驱动模式如下：
此模式一般用于车辆加速、爬坡等所需大功率阶段。当储能蓄电池组40的SOC值高于期望值时，同样为了控制储能蓄电池组40的荷电状态始终在期望值附近，储能蓄电池组40要对外放电，剩余不足的功率则由氢燃料电池10来输出，并且要落在氢燃料电池10的有效工作范围内。当系统需求功率大于氢燃料电池10最大运行功率，则氢燃料电池10运行在最大功率点，不足功率由超级电容模块60补充。若还不能到达要求，则此时不管储能蓄电池组40的SOC是否高于期望值，储能蓄电池组40都要向外放电。
PFC+PB+PUC＝Pd (8)；
PUC，min≤PUC≤PUC，max (9)；
Figure BDA0001802911800000101
式中PUC表示超级电容模块60实时状态下提供的功率，UUC为超级电容模块60的额定电压，由于实际中，超级电容模块60并不能完全放电，所以有PUC，min为超级电容模块60最小可用功率，PUC，max为超级电容最大阻抗匹配功率，式(10)根据ICE 62391-2所得，PUC介于两者之间。PB与上述模式3中所述相同。应当注意，超级电容模块60放电时间电流大，时间短，不能长时间用作动力源。
再生制动模式如下：
此模式一般用于电动汽车减速或制动阶段。如果制动强度较低，电机的制动功率可以满足制动要求时，单独采用电机制动，此时氢燃料电池10停止工作，电机进入发电模式，发出的电能储存在超级电容模块60中，若超级电容模块60的电容电量已满,则发出的电能存储在储能蓄电池组40中；如果制动强度较高，电机的制动功率无法满足制动要求，采用电机制动与传统机械制动相结合的制动方式，此时电机发出最大制动功率，不足制动功率可由机械制动弥补。
氢以电池方式转化为电能，即氢燃料电池10，具有清洁高效等特点，转化效率可达到80％。氢燃料电池10与传统的电池工作方法不同的是，其化学能源氢气和氧气独立于反应堆之外，即在几分钟内就完成了燃料补给工作。
氢燃料电池10的工作原理如下：
氢气(H2)在负极处分解为：
2H2＝4H++4e- (11)
而在正极氧接受从回路来的电子e-和从质子膜穿过来的H+组成水:
O2+4H++4e-＝2H2O (12)
同时，在这个过程中获得电能e-。
实际的氢燃料电池10的运行需要四个控制循环：供氢循环、供氧(空气)、冷却循环、和水循环。
供氢循环–根据外界的功率需求，不断调整给氢燃料电池10的反应堆的供氢量以确保对外界功率需求的响应。当此同时，将多余的氢气(H2)再收集回来，用于再一次进入氢燃料电池10的反应堆；
供氧(空气)循环–先将进来的空气(含氧气)过滤，清除空气中对质子膜有害物质。并以最佳的比例提供给正极。将多余的空气排出反应堆；
冷却循环–由于在氢氧反应过程中，产生一定的热量。同时，氢氧反应中有一个最佳温度区。冷却循环就是将多余的热量带走，以确保反应堆能工作在最佳温度区内；
水循环–将氢氧结合产生的水尽快排出，以避免影响后续的氢氧结合。同时，根据功率的需求，确保反应堆质子交换膜的最佳湿度。
商用的反应堆系统的输出特性如图2所示。其输出特性相当软，可以用如下的公式近似表示:
Figure BDA0001802911800000121
Figure BDA0001802911800000122
Figure BDA0001802911800000123
其中：Vout--反应堆的输出电压，它的有效变化区间大约为50％--100％V0。
V0--反应堆开环电压
iout--反应堆输出电流
Imax--反应堆最大输出电流
Figure BDA0001802911800000124
--反应堆输出电流相对值
Pout--输出功率。
当氢燃料电池10在电动汽车上应用时，遇到几个问题：电压等级不符合车用标准，电压不稳定，电压响应与驱动系统要求不匹配。通过增加一个单向升压DC/DC转化器20(直流变换器)，起到一个稳定输出电压和相对应的标准车用电压等级作用。由于驱动系统的负载变化幅度大，速度快。如果让氢燃料电池10的反应堆直接跟随电动汽车的驱动系统的需求来响应，这必然给反应堆的四个循环的调节增加了难度。而氢燃料电池10的反应堆的循环是由气压和液压部件组成，很难与电控部件同步调节。并且，它们的相当速度和精度均不在同一个数量级上。为了解决响应问题，通过在升压DC/DC转化器20的输出回路上，增加储能蓄电池组40。增加一组储能蓄电池组40的优点为保证了供应系统对驱动系统的响应，确保电动汽车整车的驾驶特性。与此同时，缓解了氢燃料电池10的反应堆响应时间。即使氢燃料电池10的反应堆调节响应和难度简化。其结果使氢燃料电池10反应堆的效率提高。其中的第二电阻63为能量反馈制动电阻。当第二电阻63能量反馈制动的能量超过了储能电池组40的接收能力范围，通过IGBT模块31，将部分能量消耗在制动的第二电阻63上。
由于在电动汽车的车用状况下，对能量的需求是很大部份具有脉冲形的。升压DC/DC转化器20开启时，因氢燃料电池10的反应堆响应慢，瞬间能量达不到需求所要求的，并导致此时氢燃料电池10的反应堆输出电流不大的情况之下，输出电压过小，同时，还要加速氢燃料电池10中氢和氧的提供，由于是不可预测的脉冲需求，空气泵刚将氢和氧的供应量提上，在关闭时刻到来，氢燃料电池10的反应堆输出电流为零，输出电压瞬间提升。而此时，空气泵还在提供氢气和氧气。但由于氢燃料电池10的反应堆不可逆向供给。本实用新型的氢燃料电池发电装置专利是在升压DC/DC转化器20的前端加上一组超级电容模块60来改善整体氢燃料电池10的反应堆的效率和使用寿命。
其中第一电阻63为预充电阻，开关62为预充回路控制开关。超级电容模块60可以用如下的公式表示：
Figure BDA0001802911800000131
Figure BDA0001802911800000132
其中：Eout是电容中的能量。
当在导体电极加上电压时,电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附着在电极表面形成双电荷层,构成双电层电容。
由于两电荷层的距离非常小(一般在0.5nm以下),又采用特殊电极结构,使电极表面积成万倍地增加，因此产生极大的电容量，超级电容61的这种极化作用可以储存电能。用计算公式表示为：
式中C表示双电层的电容量,
Figure BDA0001802911800000134
为固体与液体之间双电层的电位差,Q为双电层的电荷量。
超级电容模块60和普通的电池在储能原理上最大的不同在于超级电容模块60利用的是物理的储能方式而普通电池利用的是化学的储能方式。同时，超级电容模块60和普通电池的储能的决定因素也不同。
超级电容模块60与普通蓄电池性能比较如表1所示。
表1：超级电容模块60与锂离子电池(普通蓄电池)性能比较如下：
特性 单位 超级电容模块 锂离子电池 UC vs.Li
功率密度 kW/L 10 3 +
能量密度 Wh/L 6 200 -
低温 ℃ <-40 ～-20 +
高温 ℃ +65 +40 +
额定容量 C/x >1800 <40 +
SOC范围 ％ 100 ～50 +
效率 ％ 98 ～95 +
超级电容模块60是功率密集元件(>10kW/L)而锂离子电池是能量密集元件(～200Wh/L)。高功率密度的超级电容放点特性如图2所示。
超级电容模块60与普通的电池比较，有如下特性：
a.超低串联等效电阻(LOW ESR)，功率密度是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电(一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上)。
b.超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年。
c.可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应。
d.免维护，可密封。
e.温度范围宽-40℃～+70℃，一般电池是-20℃～60℃。
因此采用本实用新型氢燃料电池10和超级电容模块60混合驱动系统，弥补了氢燃料电池10结合普通蓄电池系统瞬时功率低、响应缓慢的缺点。当车辆起动时，超级电容模块快速放电，提供足够的功率，减小氢燃料电池10的电流以延长其寿命；当车辆正常工作状态下，氢燃料电池10不仅为车辆提供需求功率，还将多余电能给超级电容模块60充电；在车辆加速和上坡时，氢燃料电池10和超级电容模块60同时工作；在减速、下坡、制动时超级电容模块60吸收制动回收能量为下一次加速做准备。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种氢燃料电池发电装置，其特征在于，包括氢燃料电池、升压DC/DC转化器、能量反馈制动电阻模块、及储能蓄电池组，所述升压DC/DC转化器的输入端电性连接所述氢燃料电池，所述升压DC/DC转化器的输出端电性连接所述能量反馈制动电阻模块和储能蓄电池组，所述能量反馈制动电阻模块和储能蓄电池组并联，
所述氢燃料电池发电装置还包括二极管和超级电容模块，所述氢燃料电池的正极电性连接所述二极管的输入端，所述二极管的输出端分别与超级电容模块的一端和所述升压DC/DC转化器的输入端电性连接，所述超级电容模块的另一端电性连接所述氢燃料电池的负极,
所述二极管的正极一端电性连接所述氢燃料电池的正极，所述二极管的负极一端电性连接所述升压DC/DC转化器和所述超级电容模块,所述二极管为防反二极管,
所述能量反馈制动电阻模块包括IGBT模块和第二电阻，所述IGBT模块与所述第二电阻串联，所述第二电阻远离所述IGBT模块的一端电性连接所述升压DC/DC转化器的输出端的负极接口，所述IGBT模块远离第二电阻的一端电性连接所述升压DC/DC转化器的输出端的正极接口。
2.如权利要求1所述的氢燃料电池发电装置，其特征在于，所述超级电容模块包括超级电容、开关、及第一电阻，所述超级电容的正极电性连接所述氢燃料电池的正极和所述升压DC/DC转化器的输入端的正极接口，所述开关与所述第一电阻并联，并与所述超级电容串联，所述第一电阻的一端与超级电容的负极电性连接，另一端与所述氢燃料电池的负极电性连接，所述超级电容的正极与所述二极管的负极电性连接。
3.如权利要求2所述的氢燃料电池发电装置，其特征在于，所述储能蓄电池组包括多组相互串联的电池，所述电池的正极电性连接所述升压DC/DC转化器的输出端的正极接口，所述电池的负极电性连接所述升压DC/DC转化器的输出端的负极接口。
4.一种电动汽车，其特征在于，包括汽车本体、设于所述汽车本体的驱动电机及电性连接所述驱动电机的氢燃料电池发电装置，其特征在于，所述氢燃料电池发电装置为上述权利要求1至3任一项所述的氢燃料电池发电装置。
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