CN209948669U - 便携式燃料电池动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一便携式燃料电池动力系统，用于为一负载供电，所述便携式燃料电池动力系统包括至少一燃料电池系统、至少一电路调节单元、至少一智能控制系统以及至少一第一锂电池系统，其中所述燃料电池系统的输出端与所述电路调节单元连接，所述电路调节单元的输出端分别与所述第一锂电池系统及所述负载连接，所述智能控制系统通信连接于所述燃料电池系统电压电流采样点和所述第一锂电池系统电压电流采样点之间，所述电路调节单元能够防止所述第一锂电池系统的电流反向流至所述燃料电池系统。

Description

便携式燃料电池动力系统

技术领域

本实用新型属于动力系统领域，具体而言，本实用新型涉及一种便携式燃料电池动力系统。

背景技术

燃料电池是一种将氢气和氧气的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。与传统能源相比，燃料电池最大的特点是在反应过程中不涉及燃烧，因而能量转换效率不受卡诺循环的限制，其能量转换效率高达60％-80％，具有高效、清洁的显著特点，被认为是21世纪首选的洁净高效发电技术。燃料电池技术已经日趋成熟，供应链体系也在逐步完善，世界各国及企业在研究和开发燃料电池的应用方面也取得了重大的成果和进展，燃料电池在不久的将来将会得到广泛的应用。

由于锂电池动力系统的的储电能力较小，而燃料电池系统在运行的初始阶段，需要外部的其他能源为其提供系统控制电源，因此往往与锂电池构成混合动力系统。如何处理好系统中燃料电池和锂电池之间的配合关系非常重要，直接关系到动力系统的效率和可靠性。

此外，在传统的燃料电池动力系统中，位于燃料电池后级的DC/DC模块一般需要较大的输出滤波电容来提高电能输出质量，这些电容体增加了DC/DC模块的体积，且对负载波动较为敏感，容易触发DC/DC模块的过流保护，而且部分具备电能回收作用的负载，有可能在燃料电池输出端或者DC/DC模块输出端回馈并积累大量电荷，从而使该点电位急剧升高烧毁燃料电池系统硬件或者 DC/DC模块硬件。而在现有技术中的燃料电池动力系统中，对单个锂电池容量要求相对较高，这势必会增加动力系统的成本。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，所述便携式燃料电池动力系统结构简单，操作方便。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述便携式燃料电池动力系统能够根据负载的情况选择为其供电的系统。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述便携式燃料电池动力系统采用硬件电路控制对于燃料电池系统的防反电流，从而确保燃料电池系统不会被损坏。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述便携式燃料电池动力系统通过智能控制系统管理锂电池系统的充电和放电，响应速度和实施效果都得到了提高。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述便携式燃料电池动力系统中通过锂电池系统对负载产生的能量进行回收，从而保护所述便携式燃料电池动力系统中的硬件不会被烧毁。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述便携式燃料电池动力系统中采用了多个锂电池系统，因此进一步提高了锂电池系统的蓄电能力，并且不会提高对于单个锂电池的容量要求，在一定程度上降低了所述便携式燃料电池动力系统的成本。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述便携式燃料电磁动力系统包括至少一补充电路单元，通过所述补充电路单元提高所述便携式燃料电池动力系统的蓄电能力。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述便携式燃料电磁动力系统包括至少一燃料电池系统和多个锂电池系统，所述燃料电池系统和所述锂电池系统能够同时或分别为负载提供动力。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述燃料电池动力系统包括至少一温度传感器，用于监测所述燃料电池系统在工作过程中的温度。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述燃料电池动力系统包括至少一压力传感器，用于监测燃料供给模块在燃料供给过程中的进气压力。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述燃料电池动力系统包括至少一燃料电池堆风扇，所述燃料电池堆风扇根据所述温度传感器的信息为燃料电池堆降温，从而使燃料电池堆处于既定的工作温度。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述燃料电池动力系统包括至少一防反模块，通过所述防反模块阻止所述锂电池系统为所述燃料电池系统充电，从而避免所述燃料电池系统的损坏。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述燃料电池动力系统包括至少一智能控制系统，通过所述智能控制系统控制所述燃料电池系统和/或所述锂电池系统为负载提供动力。

本实用新型的一个目的在于提供一种便携式燃料电池动力系统，其中所述燃料电池动力系统包括至少一充电模块，能够通过所述充电模块为锂电池系统进行充电。

换言之，本实用新型提供一便携式燃料电池动力系统，用于为一负载供电，其特征在于，所述便携式燃料电池动力系统包括至少一燃料电池系统、至少一电路调节单元、至少一智能控制系统以及至少一第一锂电池系统，其中所述燃料电池系统的输出端与所述电路调节单元连接，所述电路调节单元的输出端分别与所述第一锂电池系统及所述负载连接，所述智能控制系统通信连接于所述燃料电池系统电压电流采样点和所述第一锂电池系统电压电流采样点之间，所述电路调节单元能够防止所述第一锂电池系统的电流反向流至所述燃料电池系统。

在其中一些实施例中，其中所述电路调节单元包括至少一第一防反模块和至少一DC/DC模块，所述防反模块连接于所述燃料电池系统的输出端，所述DC/DC 模块连接于所述防反模块与所述第一锂电池系统及所述负载之间。

在其中一些实施例中，其中所述便携式燃料电池动力系统进一步包括一补充电路单元，所述补充电路单元连接于所述第一防反模块与所述DC/DC模块之间，用于提高所述便携式燃料电池动力系统的蓄电量和放电量。

在其中一些实施例中，其中所述补充电路单元包括至少一充电模块和至少一第二锂电池系统，所述充电模块连接于所述第一防反模块和所述DC/DC模块之间，所述第二锂电池系统连接于所述充电模块的输出端。

在其中一些实施例中，所述第二防反模块的一端连接于所述第二锂电池系统的输出端，另一端连接于所述第一防反模块与所述DC/DC模块之间。

在其中一些实施例中，其中所述燃料电池系统包括至少一燃料电池堆、至少一燃料供给模块、至少一燃料进气通道以及至少一空气进气通道，所述燃料电池堆的输出端与所述第一防反模块连接，所述燃料进气通道的输入端与所述燃料供给模块连接，所述燃料进气通道的输出端与所述燃料电池堆连接，且所述燃料进气通道与所述智能控制系统通信连接，所述燃料供给模块通过所述燃料进气通道进入所述燃料电池堆，所述空气通过所述空气进气通道进入所述燃料电池堆，所述智能控制系统通过所述燃料进气通道控制所述燃料供给模块向所述燃料电池堆输入燃料，所述燃料与所述空气在所述燃料电池堆内部产生反应后生成能量从而为所述负载和/或所述第一锂电池系统供电。

在其中一些实施例中，其中所述燃料电池系统进一步包括一燃料电池堆风扇和一温度传感器，所述温度传感器设置于所述燃料电池堆且所述温度传感器与所述智能控制系统通信连接，所述燃料电池堆风扇与所述智能控制系统电性连接，通过所述智能控制系统为所述燃料电池堆风扇供电，所述燃料电池堆风扇的 PWM和反馈信号与所述智能控制系统连接。

在其中一些实施例中，其中所述燃料电池动力系统进一步包括一压力传感器，所述压力传感器的输入端与所述燃料进气通道通信连接，所述压力传感器的另一端与所述智能控制系统通信连接。

在其中一些实施例中，其中所述燃料电池动力系统进一步包括一排气通道，所述排气通道的控制端与所述智能控制系统通信连接，所述排气通道的输入端与所述燃料电池堆连接，所述排气通道的输出端对外连接。

在其中一些实施例中，其中所述智能控制系统包括至少一信号采集处理模块和至少一电力转换模块，所述信号采集处理模块和所述电力转换模块分别通信设置于所述智能控制系统。

附图说明

图1为本实用新型所述的便携式燃料电池动力系统的第一实施例的结构示意图。

图2为图1中所述的便携式燃料电池动力系统的一优选实施方式结构示意图。

图3为图2中所述的便携式燃料电池动力系统的进一步优选实施方式结构示意图。

图4为图3中所述的便携式燃料电池动力系统的进一步优选实施方式结构示意图。

图5为图4中所述的便携式燃料电池动力系统的进一步优选实施方式结构示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供一种便携式燃料电池动力系统，用于为一负载 50供电，所述便携式燃料电池动力系统包括至少一燃料电池系统10、至少一电路调节单元30、至少一智能控制系统40以及至少一第一锂电池系统20，其中所述燃料电池系统10的输出端与所述电路调节单元30连接，所述电路调节单元 30的输出端分别与所述第一锂电池系统20及所述负载50连接，所述智能控制系统40连接于所述燃料电池系统10的电压电流采样点和所述第一锂电池系统 20的电压电流采样点之间，所述电路调节单元30能够防止所述第一锂电池系统 20的电流反向流至所述燃料电池系统10，从而避免所述燃料电池系统10因为充电而被损坏。

在所述便携式燃料电池动力系统中，所述燃料电池系统10通过所述电路调节单元30能够为所述负载50和/或所述第一锂电池系统20充电，所述智能控制系统40根据测得的电压电流决定所述燃料电池系统10和/或所述第一锂电池系统20为所述负载50供电，即所述燃料电池系统10和所述第一锂电池系统20能够同时或分别为所述负载50提供能量且所述第一锂电池系统20能够回收所述负载50提供的能量。在所述负载50为所述第一锂电池20供电的同时，所述电路调节单元30阻止了电流流向所述燃料电池系统10，从而避免所述燃料电池系统 10的损坏。

更进一步地，所述电路调节单元30包括至少一第一防反模块31和至少一 DC/DC模块32，所述第一防反模块31连接于所述燃料电池系统10的输出端，所述DC/DC模块32连接于所述第一防反模块31与所述第一锂电池系统20及所述负载50之间，所述电路调节单元30通过所述第一防反电路31防止所述第一锂电池系统20和所述负载50的能量回流，从而避免所述燃料电池系统10的损坏，所述燃料电池系统10产生的电能通过所述DC/DC模块32转换后为所述负载50和所述第一锂电池系统20进行充电，从而确保所述负载50和所述第一锂电池系统20能够接受所述燃料电池系统10产生的电能。

如图2所示，作为本实用新型的进一步优选，本实用新型所述的便携式燃料电池动力系统进一步包括一补充电路单元60，所述补充电路单元60连接于所述第一防反模块31与所述DC/DC模块32之间，用于所述便携式燃料电池动力系统的能量回收及提供所述便携式燃料电池动力系统的更进一步的补给，即用于提高所述便携式燃料电池动力系统的蓄电量和放电量。

详细而言，所述补充电路单元60包括至少一充电模块62和至少一第二锂电池系统61，所述充电模块62连接于所述第一防反模块31和所述DC/DC模块32 之间，所述第二锂电池系统61连接于所述充电模块62的输出端。通过此连接，通过所述充电模块62控制所述燃料电池系统10为所述第二锂电池系统61充电，当所述燃料电池系统10的电压大于所述第二锂电池系统61的电压时，所述第二锂电池系统61开始充电，当所述第二锂电池系统61充满电之后即停止充电。

优选地，如图3所示，所述补充电路单元60进一步包括一第二防反模块63，所述第二防反模块63的一端连接于所述第二锂电池系统61的输出端，另一端连接于所述第一防反模块31与所述DC/DC模块32之间。通过此连接，所述第二锂电池系统61能够为所述DC/DC模块32充电而所述燃料电池系统10只能通过所述充电模块62为所述第二锂电池系统61充电。

因此，在本实用新型中，对于所述燃料电池系统10的防反电流，是通过所述第一防反模块31和所述第二防反模块63这两个硬件电路进行实施，相对于传统的二极管防反方法,不仅能提高电路的响应速度，而且能够降低损耗，提高所述便携式燃料电池动力系统的效率，此外，还能降低热处理的难度。

另外，对所述第一锂电池系统20和所述第二锂电池系统61的充电和放电，都是通过所述智能控制系统40进行监控并采用硬件逻辑实现，因此不仅响应速度更快，而且采用的是系统自备电源，无需停机充电。

作为本实用新型的进一步优选，如图4所示，所述燃料电池系统10包括至少一燃料电池堆11，所述燃料电池堆11用于产生电能，从而为所述负载50和/ 或所述第一锂电池系统20提供动力，所述燃料电池系统10进一步包括至少一燃料供给模块12、至少一燃料进气通道13以及至少一空气进气通道14，所述燃料电池堆11的输出端与所述第一防反模块31连接，所述燃料进气通道13的输入端与所述燃料供给模块12连接，所述燃料进气通道13的输出端与所述燃料电池堆11连接，且所述燃料进气通道13与所述智能控制系统40通信连接，所述燃料供给模块12通过所述燃料进气通道13进入所述燃料电池堆11，空气通过所述空气通道14进入所述燃料电池堆11，所述智能控制系统40通过所述燃料进气通道13控制所述燃料供给模块12向所述燃料电池堆11输入燃料，所述燃料与所述空气在所述燃料电池堆11内部产生反应后生成能量从而为所述负载50和 /或所述第一锂电池系统20及所述第二锂电池系统61供电。

所述燃料电池动力系统11进一步包括一压力传感器15，所述压力传感器15 的输入端与所述燃料进气通道13连接，所述压力传感器15的另一端与所述智能控制系统40通信连接，因此，所述压力传感器15能够采集所述燃料进气通道 13的压力并传送至所述智能控制系统40。

所述燃料电池动力系统进一步包括一排气通道16，所述排气通道16的控制端与所述智能控制系统40通信连接，所述排气通道16的输入端与所述燃料电池堆11连接，所述排气通道16的输出端对外连接，通过该连接，所述智能控制系统40能够控制所述燃料电池堆11的排气。

更进一步地，作为本实用新型更进一步地优选，如图5所示，所述燃料电池系统10进一步包括一燃料电池堆风扇17和一温度传感器18，所述温度传感器 18设置于所述燃料电池堆11且所述温度传感器18与所述智能控制系统40通信连接，所述燃料电池堆风扇17与所述智能控制系统40电性连接，通过所述智能控制系统40为所述燃料电池堆风扇17供电，所述燃料电池堆风扇17的PWM 和反馈信号与所述智能控制系统40通信连接。通过该连接，所述智能控制系统 40通过所述温度传感器18采集所述燃料电池堆11上的温度，再通过所述智能控制系统40调节PWM信号来控制所述燃料电池堆风扇17的转速。

在本实用新型所述的便携式燃料电池动力系统中，所述智能控制系统40包括至少一信号采集处理模块41和至少一电力转换模块42，所述电力转换模块42 用于把输入的电力转换为所述燃料电池堆风扇17所需的电力，所述智能控制系统40的功率输入端连接在所述第一防反模块31和所述第二防反模块63的交汇处，所述智能控制系统40的供电由所述燃料电池堆11和所述第二锂电池系统 60共同参与完成，所述智能控制系统40通过所述燃料电池堆11的电压电流采样点采集所述燃料电池堆11的电压电流信号，所述智能控制系统40与所述第二锂电池系统63的电压电流采样点之间也通过信号连接，所述智能控制系统40通过所述第一锂电池系统20和所述第二锂电池系统61的电压电流采样点采集所述第一锂电池系统20和所述第二锂电池系统61的电压电流信号，从而控制所述第一锂电池系统20和所述第二锂电池系统61之间的充电和放电。

在本实用新型所述的燃料供给模块12中，所述燃料包括但不限于：硼氢化钠和水、硅酸钠和水、氢化锂和水、氢化镁和水、硼氢化锂和水、氢化锂铝和水、氢化铝、氨硼烷络合物、烃、氢化锂铝、硼氢化镁、硼氢化镁-胺络合物、压缩氢气或液态氢。

在本实用新型所述的便携式燃料电池动力系统中，由于采用的两个锂电池系统进行叠加，因此一方面可以提高所述便携式燃料电池动力系统的蓄电能力和供电能力，而且只需要使用普通的锂电池即可实现，不会额外增加所述便携式燃料电池动力系统的成本。此外，由于所述第一锂电池系统20和所述第二锂电池系统61的设置，使得在所述便携式燃料电池动力系统中，在所述燃料电池系统的输出端和所述DC/DC模块32的输出端不会积累大量的电荷，从而保护所述便携式燃料电池动力系统的硬件和所述DC/DC模块32硬件不会被烧毁。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一种便携式燃料电池动力系统，用于为一负载供电，其特征在于，所述便携式燃料电池动力系统包括至少一燃料电池系统、至少一电路调节单元、至少一智能控制系统以及至少一第一锂电池系统，其中所述燃料电池系统的输出端与所述电路调节单元连接，所述电路调节单元的输出端分别与所述第一锂电池系统及所述负载连接，所述智能控制系统通信连接于所述燃料电池系统电压电流采样点和所述第一锂电池系统电压电流采样点之间，所述电路调节单元能够防止所述第一锂电池系统的电流反向流至所述燃料电池系统。

2.根据权利要求1所述的便携式燃料电池动力系统，其中所述电路调节单元包括至少一第一防反模块和至少一DC/DC模块，所述防反模块连接于所述燃料电池系统的输出端，所述DC/DC模块连接于所述防反模块与所述第一锂电池系统及所述负载之间。

3.根据权利要求2所述的便携式燃料电池动力系统，其中所述便携式燃料电池动力系统进一步包括一补充电路单元，所述补充电路单元连接于所述第一防反模块与所述DC/DC模块之间，用于提高所述便携式燃料电池动力系统的蓄电量和放电量。

4.根据权利要求3所述的便携式燃料电池动力系统，其中所述补充电路单元包括至少一充电模块和至少一第二锂电池系统，所述充电模块连接于所述第一防反模块和所述DC/DC模块之间，所述第二锂电池系统连接于所述充电模块的输出端。

5.根据权利要求4所述的便携式燃料电池动力系统，进一步包括一第二防反模块，其中所述第二防反模块的一端连接于所述第二锂电池系统的输出端，另一端连接于所述第一防反模块与所述DC/DC模块之间。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的便携式燃料电池动力系统，其中所述燃料电池系统包括至少一燃料电池堆、至少一燃料供给模块、至少一燃料进气通道以及至少一空气进气通道，所述燃料电池堆的输出端与所述第一防反模块连接，所述燃料进气通道的输入端与所述燃料供给模块连接，所述燃料进气通道的输出端与所述燃料电池堆连接，且所述燃料进气通道与所述智能控制系统通信连接，所述燃料供给模块通过所述燃料进气通道进入所述燃料电池堆，所述空气通过所述空气进气通道进入所述燃料电池堆，所述智能控制系统通过所述燃料进气通道控制所述燃料供给模块向所述燃料电池堆输入燃料，所述燃料与所述空气在所述燃料电池堆内部产生反应后生成能量从而为所述负载和/或所述第一锂电池系统供电。

7.根据权利要求6所述的便携式燃料电池动力系统，其中所述燃料电池系统进一步包括一燃料电池堆风扇和一温度传感器，所述温度传感器设置于所述燃料电池堆且所述温度传感器与所述智能控制系统通信连接，所述燃料电池堆风扇与所述智能控制系统电性连接，通过所述智能控制系统为所述燃料电池堆风扇供电，所述燃料电池堆风扇的PWM和反馈信号与所述智能控制系统通信连接。

8.根据权利要求7所述的便携式燃料电池动力系统，其中所述燃料电池动力系统进一步包括一压力传感器，所述压力传感器的输入端与所述燃料进气通道通信连接，所述压力传感器的另一端与所述智能控制系统通信连接。

9.根据权利要求8所述的便携式燃料电池动力系统，其中所述燃料电池动力系统进一步包括一排气通道，所述排气通道的控制端与所述智能控制系统通信连接，所述排气通道的输入端与所述燃料电池堆连接，所述排气通道的输出端对外连接。

10.根据权利要求9所述的便携式燃料电池动力系统，其中所述智能控制系统包括至少一信号采集处理模块和至少一电力转换模块，所述信号采集处理模块和所述电力转换模块分别通信设置于所述智能控制系统。

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