CN216331444U - 一种燃料电池混合动力系统的控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池混合动力系统的控制电路，包括电池模块、功率变换模块、用电设备，所述的电池模块包括蓄电池子模块、燃料电池子模块和启动开关，所述的启动开关的输入端与蓄电池子模块连通，所述的启动开关的输出端分别与、功率变换模块的输入端连通，所述的功率变换模块的输出端与用电设备的输入端连通。与现有技术相比，本实用新型使用简单的电路结构，仅基于一个手动双刀双掷开关实现启停，配合控制逻辑实现动力系统的控制，结构简单器件少，成本低。

Description

一种燃料电池混合动力系统的控制电路

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种燃料电池混合动力系统的控制电路。

背景技术

由于燃料电池电堆的输出特性软，电压变化范围大，且燃料电池的输出响应慢，因此在燃料电池系统中燃料电池电堆和蓄电池经常同时使用，共同组成混合动力系统。在混合动力系统中，燃料电池通常作为持久的电力输出源，而蓄电池通常充当缓冲的作用。当系统输出负载突然增加时，电池放电，快速提供电力；当系统输出负载较小时，电池通过燃料电池给其充电来补充电力，这样可以维持蓄电池的电力平衡，不需要外部充电。

传统的燃料电池蓄电池混合动力系统的电气结构比较复杂。一般包含一个独立的辅助电源供电回路，从电池或燃料电池取电，用于内部的控制器和部件供电，这个回路通过独立的开关进行通断控制，回路开关导通是整个系统上电的第一步。控制回路供电后启动燃料电池，并通过一定的控制逻辑控制一系列断路器或接触器，使得蓄电池、燃料电池等对电机或外部进行供电的回路导通，最终达到混合动力供电的效果。由于传统的方案使用多个开关、断路器或接触器，结构复杂，成本高，可控性差。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池混合动力系统的控制电路。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池混合动力系统的控制电路，包括电池模块、功率变换模块、用电设备，所述的电池模块包括蓄电池子模块、燃料电池子模块和启动开关，所述的启动开关的输入端与蓄电池子模块连通，所述的启动开关的输出端分别与燃料电池子模块、功率变换模块的输入端连通，所述的功率变换模块的输出端与用电设备的输入端连通。

优选地，所述的启动开关包括双刀双掷开关、接地电阻，

所述的双刀双掷开关包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口，所述的第一端口、第三端口始终连通，所述的双刀双掷开关闭合时，所述第一端口、第二端口间接通，所述第三端口、第四端口间接通，所述的双刀双掷开关断开时，所述第一端口、第二端口间断开，所述第三端口、第四端口间断开，所述的第四端口与接地电阻串联后接地，

所述的蓄电池子模块的输出端与第一端口、第三端口连通，所述的燃料电池子模块的输出端、功率变换模块的输入端分别与第二端口连通。

优选地，所述的蓄电池子模块包括蓄电池、第一充电开关、第一二极管，所述蓄电池的输出端分别与第一充电开关的输入端、第一二极管的阳极连通，所述的第一充电开关与第一二极管并联设置，所述的第一充电开关的输出端、第一二极管的阴极分别与启动开关的第一端口及第三端口连通。

优选地，所述的燃料电池子模块包括燃料电池、第二二极管，所述的燃料电池的输出端与第二二极管的阳极连通，所述第二二极管的阴极与第二端口连通。

优选地，所述的功率变换模块包括电机供电功率变换子模块，所述的用电设备包括驱动电机，所述的电机供电功率变换子模块的输入端与第二端口连通，所述的电机供电功率变换子模块的输出端与驱动电机连通。

优选地，所述的电机供电功率变换子模块为boost电路或buck电路或桥式电路。

优选地，当所述电机供电功率变换子模块为boost电路时，所述的电机供电功率变换子模块包括第一电感、第三二极管、第四二极管、第一功率开关管和第一PWM控制器，所述的第二端口、第一电感、第三二极管、驱动电机依次串联连接，所述的第一功率开关管的源极接地，所述的第一功率开关管的漏极与第一电感、第三二极管间连通，所述的第一功率开关管的栅极与第一PWM控制器的输出端连通，所述的第四二极管与第一功率开关管并联设置。

优选地，所述的电机供电功率变换子模块还包括第一电容，所述的第一电容的一端与第三二极管、驱动电机间连通，另一端接地。

优选地，所述的功率变换模块还包括辅助电源功率变换子模块，所述的用电设备包括辅助设备，所述的辅助电源功率变换子模块的输入端与第二端口连通，所述的辅助电源功率变换子模块的输出端与辅助设备连通。

优选地，所述的辅助电源功率变换子模块为boost电路或buck电路或桥式电路。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型仅使用一个双刀双掷开关就能实现系统启停和回路通断的功能。按下开关使其闭合后，第一端口、第二端口导通，蓄电池给辅助电源功率变换子模块供电，辅助设备的内部电路得到了供电，系统可以启动，同时蓄电池可以给电机供电功率变换子模块供电，为最终负载驱动电机供电，启动开关还提供了系统启停信号，当双刀双掷开关断开后，由于燃料电池仍然供电，系统的控制部分不会断电，第四端口能反馈给控制系统开关检测信号，当第四端口由蓄电池电压变为接地后判断系统停止触发关机流程；

(2)利用充电开关代替传统变换器，通过一定的控制逻辑进行蓄电池的充放电控制。当蓄电池需要充电时，充电开关闭合，燃料电池可给蓄电池充电，一旦充电完成，充电开关断开，所用的器件少，结构简单，有效降低设备成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，1、双刀双掷开关，2、第一端口，3、第二端口，4、第三端口，5、第四端口，6、接地电阻，7、蓄电池，8、第一充电开关，9、第一二极管，10、燃料电池，11、第二二极管，12、电机供电功率变换子模块，13、驱动电机，14、第一电感，15、第三二极管，16、第一PWM控制器，17、第一功率开关管，18、第四二极管，19、第一电容，20、辅助电源功率变换子模块，21、第二电感，22、第五二极管，23、第二功率开关管，24、第二PWM控制器，25、第六二极管，26、第二电容，27、辅助设备。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本实用新型并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本实用新型并不限定于以下的实施方式。

实施例

一种燃料电池混合动力系统的控制电路，如图1所示，包括电池模块、功率变换模块、用电设备，电池模块包括蓄电池子模块、燃料电池子模块和启动开关，启动开关的输入端与蓄电池子模块连通，启动开关的输出端分别与燃料电池子模块、功率变换模块的输入端连通，功率变换模块的输出端与用电设备的输入端连通。

进一步地，对于本实施例中，启动开关包括双刀双掷开关1、接地电阻6，双刀双掷开关1包括第一端口2、第二端口3、第三端口4、第四端口5，第一端口2、第三端口4始终连通，双刀双掷开关1闭合时，所述第一端口2、第二端口3间接通，所述第三端口4、第四端口5间接通，双刀双掷开关1断开时，所述第一端口2、第二端口3间断开，所述第三端口4、第四端口5间断开，第四端口5与接地电阻6串联后接地，蓄电池子模块的输出端与第一端口2、第三端口4连通，燃料电池子模块的输出端、功率变换模块的输入端分别与第二端口3连通。

在这个启动开关的基础上，蓄电池子模块包括蓄电池7、第一充电开关8、第一二极管9，所述蓄电池7的输出端分别与第一充电开关8的输入端、第一二极管9的阳极连通，第一充电开关8与第一二极管9并联设置，第一充电开关8的输出端、第一二极管9的阴极分别与启动开关的第一端口2及第三端口4连通。

另外，燃料电池子模块包括燃料电池10、第二二极管11，燃料电池10的输出端与第二二极管11的阳极连通，所述第二二极管11的阴极与第二端口3连通。

本实施例中，用电设备包括驱动电机13和辅助设备27，对应功率变换模块设置电机供电功率变换子模块12、辅助电源功率变换子模块20进行功率变换。

电机供电功率变换子模块12、辅助电源功率变换子模块20为boost电路或buck电路或桥式电路，本实施例中均采用boost电路。

具体地，对于电机供电功率变换子模块12，包括第一电感14、第三二极管15、第四二极管18、第一功率开关管17、第一电容19、第一PWM控制器16，第二端口3、第一电感14、第三二极管15、驱动电机13依次串联连接，第三二极管15的阳极与第一电感14连通，阴极与驱动电机13连通，第一功率开关管17的源极接地，第一功率开关管17的漏极与第一电感14、第三二极管15间连通，第一功率开关管17的栅极与第一PWM控制器16的输出端连通，第一PWM控制器16可以通过控制信号使能或禁止电机供电功率变换子模块12，第四二极管18与第一功率开关管17并联设置，第四二极管18的阳极与第一功率开关管17的源极连通，第四二极管18的阴极与第一功率开关管17的漏极连通，第一电容19的一端与第三二极管15、驱动电机13间连通，另一端接地。本实施例中，第一PWM控制器16上设有使能端，可以通过控制信号使能或禁止第一功率开关管17的运行。

对于辅助电源功率变换子模块20，包括第二电感21、第五二极管22、第六二极管25、第二功率开关管23、第二PWM控制器24、第二电容26，第二端口3、第二电感21、第五二极管22、辅助设备27依次串联连接，第二功率开关管23的源极接地，第二功率开关管23的漏极与第二电感21、第五二极管22间连通，第二功率开关的栅极与第二PWM控制器24的输出端连通,第二PWM控制器24可以通过控制信号使能或禁止辅助电源功率变换子模块20，第六二极管25与第二功率开关管23并联设置，第六二极管25的阳极与第二功率开关管23的源极连通，第六二极管25的阴极与第二功率开关管23的漏极连通，第六二极管25可以使独立二极管，也可以是第二功率开关管23内寄生的二极管，第二电容26的一端与第五二极管22、辅助设备27间连通，另一端接地。

上述实施方式仅为例举，不表示对本实用新型范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本实用新型技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (10)

1.一种燃料电池混合动力系统的控制电路，其特征在于，包括电池模块、功率变换模块、用电设备，所述的电池模块包括蓄电池子模块、燃料电池子模块和启动开关，所述的启动开关的输入端与蓄电池子模块连通，所述的启动开关的输出端分别与燃料电池子模块、功率变换模块的输入端连通，所述的功率变换模块的输出端与用电设备的输入端连通。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力系统的控制电路，其特征在于，所述的启动开关包括双刀双掷开关(1)、接地电阻(6)，

所述的双刀双掷开关(1)包括第一端口(2)、第二端口(3)、第三端口(4)、第四端口(5)，所述的第一端口(2)、第三端口(4)始终连通，所述的双刀双掷开关(1)闭合时，所述第一端口(2)、第二端口(3)间接通，所述第三端口(4)、第四端口(5)间接通，所述的双刀双掷开关(1)断开时，所述第一端口(2)、第二端口(3)间断开，所述第三端口(4)、第四端口(5)间断开，所述的第四端口(5)与接地电阻(6)串联后接地，

所述的蓄电池子模块的输出端与第一端口(2)、第三端口(4)连通，所述的燃料电池子模块的输出端、功率变换模块的输入端分别与第二端口(3)连通。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池混合动力系统的控制电路，其特征在于，所述的蓄电池子模块包括蓄电池(7)、第一充电开关(8)、第一二极管(9)，所述蓄电池(7)的输出端分别与第一充电开关(8)的输入端、第一二极管(9)的阳极连通，所述的第一充电开关(8)与第一二极管(9)并联设置，所述的第一充电开关(8)的输出端、第一二极管(9)的阴极分别与启动开关的第一端口(2)及第三端口(4)连通。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池混合动力系统的控制电路，其特征在于，所述的燃料电池子模块包括燃料电池(10)、第二二极管(11)，所述的燃料电池(10)的输出端与第二二极管(11)的阳极连通，所述第二二极管(11)的阴极与第二端口(3)连通。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池混合动力系统的控制电路，其特征在于，所述的功率变换模块包括电机供电功率变换子模块(12)，所述的用电设备包括驱动电机(13)，所述的电机供电功率变换子模块(12)的输入端与第二端口(3)连通，所述的电机供电功率变换子模块(12)的输出端与驱动电机(13)连通。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池混合动力系统的控制电路，其特征在于，所述的电机供电功率变换子模块(12)为boost电路或buck电路或桥式电路。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池混合动力系统的控制电路，其特征在于，当所述电机供电功率变换子模块(12)为boost电路时，所述的电机供电功率变换子模块(12)包括第一电感(14)、第三二极管(15)、第四二极管(18)、第一功率开关管(17)和第一PWM控制器(16)，所述的第二端口(3)、第一电感(14)、第三二极管(15)、驱动电机(13)依次串联连接，所述的第一功率开关管(17)的源极接地，所述的第一功率开关管(17)的漏极与第一电感(14)、第三二极管(15)间连通，所述的第一功率开关管(17)的栅极与第一PWM控制器(16)的输出端连通，所述的第四二极管(18)与第一功率开关管(17)并联设置。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池混合动力系统的控制电路，其特征在于，所述的电机供电功率变换子模块(12)还包括第一电容(19)，所述的第一电容(19)的一端与第三二极管(15)、驱动电机(13)间连通，另一端接地。

9.根据权利要求5所述的一种燃料电池混合动力系统的控制电路，其特征在于，所述的功率变换模块还包括辅助电源功率变换子模块(20)，所述的用电设备包括辅助设备(27)，所述的辅助电源功率变换子模块(20)的输入端与第二端口(3)连通，所述的辅助电源功率变换子模块(20)的输出端与辅助设备(27)连通。

10.根据权利要求9所述的一种燃料电池混合动力系统的控制电路，其特征在于，所述的辅助电源功率变换子模块(20)为boost电路或buck电路或桥式电路。

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