CN213056723U - 供电装置、车辆及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种供电装置、车辆及设备，包括燃料电池、动力电池和集成电能转换模块，集成电能转换模块分别与燃料电池和动力电池连接，燃料电池用于将化学能转换为电能，以获得第一直流电，集成电能转换模块用于将第一直流电转换为第二直流电，使用第二直流电为动力电池进行充电。本实用新型实施例，可以解决燃料电池的电压范围与动力电池的电压范围不一致的问题，从而使得燃料电池和动力电池可以直接匹配。

Description

供电装置、车辆及设备

技术领域

本实用新型涉及汽车技术领域，尤其涉及一种供电装置、车辆及设备。

背景技术

随着电动汽车技术的不断发展，燃料电池汽车(fuel cell vehicles，FCV)因其零污染的特性成为公认的未来最有前途的新能源汽车。在FCV的动力系统中，燃料电池是车辆的主动力源，动力电池是车辆的辅助动力源。在车辆起步、爬坡、超车、制动等燃料电池动力不够的情况下，动力电池可以提供辅助动力。在车辆减速或匀速行驶时，燃料电池可以向动力电池充电，将多余的电能存储起来，实现再生能量回收。然而，由于燃料电池的电压范围与动力电池的电压范围不一致，以致造成二者直接连接不匹配。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种供电装置、车辆及设备，用于解决燃料电池的电压范围与动力电池的电压范围不一致的问题，从而使得燃料电池和动力电池可以直接匹配。

第一方面提供一种供电装置，所述供电装置包括燃料电池、动力电池和集成电能转换模块，其中：

所述集成电能转换模块分别与所述燃料电池和所述动力电池连接；

所述燃料电池，用于将化学能转换为电能，以获得第一直流电；

所述集成电能转换模块，用于将所述第一直流电转换为第二直流电，使用所述第二直流电为所述动力电池进行充电。

在一种可能的实现方式中，所述集成电能转换模块包括直流直流变换器(DC/DCconverter for fuel cell，DCF)模块和双向车载充电机(on board charger，OBC)模块，其中：

所述DCF模块分别与所述燃料电池和所述动力电池连接，所述双向OBC模块连接所述动力电池；

所述DCF模块，用于将所述第一直流电转换为第三直流电，使用所述第三直流电为电动机进行供电；

所述双向OBC模块，用于将通过外接电源输入的交流电转换为第四直流电，使用所述第四直流电为所述动力电池进行充电；

所述集成电能转换模块用于将所述第一直流电转换为第二直流电，使用所述第二直流电为所述动力电池进行充电包括：

所述DCF模块用于将所述第一直流电转换为第二直流电，使用所述第二直流电为所述动力电池进行充电。

在一种可能的实现方式中，所述供电装置还包括低压直流变换器(low voltageDC/DC converter，DCL)模块，其中：

所述DCL模块连接所述动力电池；

所述动力电池，用于向所述DCL模块提供第一电压的第五直流电；

所述DCL模块，用于将所述第五直流电由所述第一电压转换为第二电压，得到第六直流电，使用所述第六直流电为第一用电模块进行供电，所述第一电压大于所述第二电压。

在一种可能的实现方式中，所述供电装置还包括高压直流变换器(high voltageDC/DC converter，DCH)模块，其中：

所述DCH模块连接所述动力电池；

所述动力电池，用于向所述DCH模块提供第一电压的第五直流电；

所述DCH模块，用于将所述第五直流电由所述第一电压转换为第三电压，得到第七直流电，使用所述第七直流电为第二用电模块进行供电，所述第一电压小于所述第三电压。

在一种可能的实现方式中，所述供电装置还包括电源分配单元(powerdistribution unit，PDU)模块：

所述PDU模块分别与所述动力电池、所述燃料电池、所述集成电能转换模块、所述DCL模块和所述DCH模块连接；

所述PDU模块包括多个支路，所述多个支路包括所述集成电能转换模块与所述动力电池之间的支路、所述集成电能转换模块与所述电动机之间的通路、所述集成电能转换模块与所述动力电池之间的支路、所述DCL模块与所述第一用电模块之间的支路和所述DCH模块与所述第二用电模块之间的支路。

在一种可能的实现方式中，所述PDU模块还包括监测电路：

所述监测电路与所述动力电池、所述燃料电池、所述集成电能转换模块、所述DCL模块和所述DCH模块连接；

所述监测电路，用于测量所述多个支路的电流，在第一支路的电流大于阈值的情况下，断开所述第一支路，所述第一支路为多个支路中的任一支路。

在一种可能的实现方式中，所述监测电路，还用于输出用于提示所述第一支路断开的提示信息。

在一种可能的实现方式中，所述输出用于提示所述第一支路断开的提示信息包括：通过LED指示灯或蜂鸣器输出用于提示所述第一支路断开的提示信息。

第二方面提供一种车辆，该车辆包括第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的供电装置。

第三方面提供一种设备，该设备包括第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的供电装置、电动机、第一用电模块和第二用电模块。

本实用新型中，本供电装置包括燃料电池、动力电池和集成电能转换模块，集成电能转换模块分别与燃料电池和动力电池连接，燃料电池用于将化学能转换为电能，以获得第一直流电，集成电能转换模块用于将第一直流电转换为第二直流电，使用第二直流电为动力电池进行充电。可见，将燃料电池输出的电能通过集成电能转换模块转换之后为动力电池进行充电，可以解决燃料电池的电压范围与动力电池的电压范围不一致的问题，从而使得燃料电池和动力电池可以直接匹配。

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获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种供电装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种燃料电池系统的架构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种供电装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种供电装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种车辆的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

以下分别进行详细说明。

本实用新型的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

常规设计中，在常用的供电装置中，燃料电池产生的高压直流电可以驱动电动机，还可以将燃料电池产生的多余电能输出至动力电池中进行存储，由于燃料电池与动力电池的电压范围不一致，以致造成二者直接连接不匹配。

针对上述问题，本实用新型实施例提出一种供电装置，本供电装置包括燃料电池、动力电池和集成电能转换模块，集成电能转换模块分别与燃料电池和动力电池连接，燃料电池用于将化学能转换为电能以获得第一直流电，集成电能转换模块将第一直流电转换为第二直流电，使用第二直流电为动力电池进行充电，解决燃料电池的电压范围与动力电池的电压范围不一致的问题，从而使得燃料电池和动力电池可以直接匹配，从而实现燃料电池与动力电池之间的电能传输。

下面将结合附图，对本实用新型中的技术方案进行描述。

请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供的一种供电装置的结构示意图。如图1所示，供电装置可以包括燃料电池、集成电能转换模块和动力电池。其中，集成电能转换模块分别与燃料电池和动力电池连接。

具体地，燃料电池用于将化学能转换为电能以获得第一直流电，集成电能转换模块用于将第一直流电转换为第二直流电，使用第二直流电为动力电池进行充电。

这里的燃料电池可以指的是燃料电池系统，燃料电池系统为以燃料电池电堆为核心，利用各子系统供应燃料及氧化剂进入电堆进行反应产生电能和纯水，并通过冷却液循环维持电堆温度的发电系统。请参阅图2，图2是本实用新型实施例提供的一种燃料电池系统架构的示意图。该燃料电池系统可以由空气子系统、氢气子系统、热管理子系统和控制系统组成。

空气子系统可以包括空气滤清器、空气压缩机、空气中冷器、增湿器、空气路阀件等零部件。外界环境的空气通过滤清器的过滤，在压缩机和中冷器的协同工作下达到电堆工作需求的气体压力与温度，并在必要时经过增湿器增湿后进入电堆阴极侧参与反应。另外，空气路阀件主要用于空气路流量分配与压力调节。氢气子系统一般包括氢气喷射器和排氢阀等零部件。由车载供氢系统供给的氢气通过喷射器调节后以一定压力和流量进入电堆阳极侧参与反应，并在必要时开启排氢阀，排出阳极侧积累的氮气和液态水。热管理子系统一般包括冷却泵、节温器、散热器等零部件，在冷却液循环的条件下，将电堆反应生成的热量排出系统外，以维持燃料电池电堆合适的反应温度。控制子系统一般包括燃料电池系统控制器、各传感器、各执行器组成。通过电流、电压、温度、压力等传感器的实时测量，系统控制器根据当前系统状态按一定的控制策略控制各执行器动作，以实现对车辆功率请求的响应。

在图1所描述的供电装置中，该供电装置包括燃料电池、集成电能转换模块和动力电池，集成电能转换模块分别与燃料电池和动力电池连接，燃料电池用于将化学能转换为电能，以获得第一直流电，集成电能转换模块用于将第一直流电转换为第二直流电，使用第二直流电为动力电池进行充电。可见，可以通过集成电能转换模块来解决燃料电池的电压范围与动力电池的电压范围不一致的问题，从而使得燃料电池和动力电池可以直接匹配。

请参阅图3，图3是本实用新型实施例提供的另一种供电装置的结构示意图。如图3所示，该供电装置包括燃料电池、集成电能转换模块和动力电池，集成电能转换模块分别与燃料电池和动力电池连接。其中，集成电能转换模块可以包括DCF模块和双向OBC模块，DCF模块分别与燃料电池和动力电池连接，双向OBC模块连接动力电池。

燃料电池用于将化学能转换为电能以获得第一直流电，集成电能转换模块用于将第一直流电转换为第二直流电，使用第二直流电为动力电池进行充电。具体地，集成电能转换模块用于将第一直流电转换为第二直流电，使用第二直流电为动力电池进行充电可以包括：DCF模块将第一直流电转换为第二直流电，使用第二直流电为动力电池进行充电。双向OBC模块可以用于将通过外接电源输入的交流电转换为第四直流电，使用第四直流电为动力电池进行充电，双向OBC模块还可以将动力电池的电能传输至外部负载。

双向OBC模块配置有2个220VAC交流电接口，其中一个为常规的交流充电和放电共用接口(三芯的标准接插件)，另一个是专门设置的车载220VAC交流电源接口(三芯的标准接插件)，可以用于给车内电器供电。双向OBC模块的工作原理：由电网输入交流电，经过桥式可控整流电路整流变成直流电，滤波后提供给高频DC-DC功率变换器，功率变换器经过直-直变换输出需要的直流，再次滤波后可以为动力电池充电，可以通过双向OBC模块将动力电池组的电能给家庭或车外电器供电，满足郊游娱乐等用电的需求。

在图3所描述的供电装置中，该供电装置包括燃料电池、集成电能转换模块和动力电池，集成电能转换模块可以包括DCF模块和双向OBC模块，DCF模块分别与燃料电池和动力电池连接，双向OBC模块连接动力电池。DCF模块将第一直流电转换为第二直流电，使用第二直流电为动力电池进行充电，双向OBC模块可以用于将通过外接电源输入的交流电转换为第四直流电，使用第四直流电为动力电池进行充电。可见，可以将DCF模块和双向OBC模块两个独立的部件集成在一起得到集成电能转换模块，从而可以节省供电装置内部空间、利于线束走线，进而减少供电装置的配电成本。

请参阅图4，图4是本实用新型实施例提供的另一种供电装置的结构示意图。如图4所示，该供电装置可以包括燃料电池、集成电能转换模块、动力电池、DCL模块、DCH模块和PDU模块。其中，集成电能转换模块分别与燃料电池和动力电池连接，DCL模块连接动力电池，DCH模块连接动力电池，PDU模块分别与动力电池、燃料电池、集成电能转换模块、DCL模块和DCH模块连接。在一个实施例中，集成电能转换模块可以包括DCF模块和双向OBC模块，DCF模块分别与燃料电池和动力电池连接，双向OBC模块连接动力电池。

燃料电池用于将化学能转换为电能以获得第一直流电，集成电能转换模块用于将第一直流电转换为第二直流电，使用第二直流电为动力电池进行充电。在一个实施例中，集成电能转换模块包括的DCF模块可以将第一直流电转换为第二直流电，使用第二直流电为动力电池进行充电，DCF模块还可以用于将第一直流电转换为第三直流电，使用第三直流电为电动机进行供电；集成电能转换模块包括的双向OBC模块可以用于将通过外接电源输入的交流电转换为第四直流电，使用第四直流电为动力电池进行充电。

动力电池用于向DCL模块提供第一电压的第五直流电，DCL模块用于将第五直流电由第一电压转换为第二电压，得到第六直流电，使用第六直流电为第一用电模块进行供电，第一电压大于第二电压。在一个可能的实施例中，第一用电模块可以包括车载导航、车灯、仪表显示设备和行车记录仪等车载低压用电设备。动力电池还用于向DCH模块提供第一电压的第五直流电，DCH模块用于将第五直流电由第一电压转换为第三电压，得到第七直流电，使用第七直流电为第二用电模块进行供电，第一电压小于第三电压。在一个可能的实施例中，第二用电模块可以包括空调压缩机和PTC加热器等车载高压用电设备。

PDU模块可以包括多个支路，多个支路可以包括集成电能转换模块与动力电池之间的支路、集成电能转换模块与电动机之间的通路、集成电能转换模块与动力电池之间的支路、DCL模块与第一用电模块之间的支路和DCH模块与第二用电模块之间的支路。

PDU模块还包括监测电路，监测电路与动力电池、燃料电池、集成电能转换模块、DCL模块和DCH模块连接。该监测电路用于测量上述多个支路的电流，在第一支路的电流大于阈值的情况下，断开第一支路，其中，第一支路为上述多个支路中的任一支路。监测电路还可以用于输出用于提示第一支路断开的提示信息，可以通过LED指示灯或蜂鸣器输出用于提示所述第一支路断开的提示信息。

在图4所描述的供电装置中，该供电装置可以包括燃料电池、集成电能转换模块、动力电池、DCL模块、DCH模块和PDU模块。其中，集成电能转换模块分别与燃料电池和动力电池连接，DCL模块连接动力电池，DCH模块连接动力电池，PDU模块分别与动力电池、燃料电池、集成电能转换模块、DCL模块和DCH模块连接。燃料电池用于将化学能转换为电能以获得第一直流电，动力电池用于向DCL模块和DCH模块提供第一电压的第五直流电，DCL模块和DCH模块分别向第一用电模块和第二用电模块供电。PDU模块可以包括多个支路，分配各个模块的电源，并且监测多个支路的电流，从而保障供电装置的用电安全，从而提高了用电的安全性。

基于图1-图4所示的供电装置，本实用新型提供了一种车辆，该车辆可以包括图1-图4所示的任一一种供电装置。请参阅图5，图5是本实用新型实施例提供的一种车辆的结构示意图。如图5所示，供电装置可以置于该车辆内部。

在图5所描述的车辆中，该车辆包括供电装置，从供电装置的配置来讲，DCF模块和双向OBC模块两个独立的器件可以集成为一个二合一的集成电能转换模块，重量和体积都相对减小，占用车内较小空间，能够满足新能源车辆的轻量化和车辆空间的最大化利用，从而提高车辆行驶的安全性。

基于图1-图4所示的供电装置，本申请提供了一种设备，请参阅图6，图6是本申请实施例提供的一种设备的结构示意图。如图6所示，该设备可以包括供电装置(燃料电池、动力电池和集成电能转换模块)、电动机、第一用电模块和第二用电模块。图6所示设备中的各个模块请参考上述图1-图4中的描述，在此不再赘述。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可能可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。

在本实用新型所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

上述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实现方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种供电装置，其特征在于，所述供电装置包括燃料电池、动力电池和集成电能转换模块，其中：

所述集成电能转换模块分别与所述燃料电池和所述动力电池连接；

所述燃料电池，用于将化学能转换为电能，以获得第一直流电；

所述集成电能转换模块，用于将所述第一直流电转换为第二直流电，使用所述第二直流电为所述动力电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述集成电能转换模块包括直流直流变换器DCF模块和双向车载充电机OBC模块，其中：

所述DCF模块分别与所述燃料电池和所述动力电池连接，所述双向车载充电机OBC模块连接所述动力电池；

所述DCF模块，用于将所述第一直流电转换为第三直流电，使用所述第三直流电为电动机进行供电；

所述双向车载充电机OBC模块，用于将通过外接电源输入的交流电转换为第四直流电，使用所述第四直流电为所述动力电池进行充电；

所述集成电能转换模块用于将所述第一直流电转换为第二直流电，使用所述第二直流电为所述动力电池进行充电包括：

所述DCF模块用于将所述第一直流电转换为第二直流电，使用所述第二直流电为所述动力电池进行充电。

3.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括低压直流变换器DCL模块，其中：

所述DCL模块连接所述动力电池；

所述动力电池，用于向所述DCL模块提供第一电压的第五直流电；

所述DCL模块，用于将所述第五直流电由所述第一电压转换为第二电压，得到第六直流电，使用所述第六直流电为第一用电模块进行供电，所述第一电压大于所述第二电压。

4.根据权利要求3所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括高压直流变换器DCH模块，其中：

所述DCH模块连接所述动力电池；

所述动力电池，用于向所述DCH模块提供第一电压的第五直流电；

所述DCH模块，用于将所述第五直流电由所述第一电压转换为第三电压，得到第七直流电，使用所述第七直流电为第二用电模块进行供电，所述第一电压小于所述第三电压。

5.根据权利要求4所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括电源分配单元PDU模块：

所述PDU模块分别与所述动力电池、所述燃料电池、所述集成电能转换模块、所述DCL模块和所述DCH模块连接；

所述PDU模块包括多个支路，所述多个支路包括所述集成电能转换模块与所述动力电池之间的支路、所述集成电能转换模块与电动机之间的通路、所述集成电能转换模块与所述动力电池之间的支路、所述DCL模块与所述第一用电模块之间的支路和所述DCH模块与所述第二用电模块之间的支路。

6.根据权利要求5所述的供电装置，其特征在于，所述PDU模块还包括监测电路：

所述监测电路与所述动力电池、所述燃料电池、所述集成电能转换模块、所述DCL模块和所述DCH模块连接；

所述监测电路，用于测量所述多个支路的电流，在第一支路的电流大于阈值的情况下，断开所述第一支路，所述第一支路为多个支路中的任一支路。

7.根据权利要求6所述的供电装置，其特征在于，所述监测电路，还用于输出用于提示所述第一支路断开的提示信息。

8.根据权利要求7所述的供电装置，其特征在于，所述监测电路输出用于提示所述第一支路断开的提示信息包括：

所述监测电路通过LED指示灯或蜂鸣器输出用于提示所述第一支路断开的提示信息。

9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的装置。

10.一种设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的供电装置、电动机、第一用电模块和第二用电模块。

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