CN220096155U - 一种燃料电池与钠离子电池的混合能源系统及工业车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池与钠离子电池的混合能源系统及工业车辆，其中，混合能源系统包括燃料电池、钠离子电池、燃料电池管理模块和钠离子电池管理模块；所述燃料电池和钠离子电池分别通过电源线与车辆的电机控制器相连接；所述燃料电池管理模块通过低压信号线与所述燃料电池及所述电机控制器分别相连接；所述钠离子电池管理模块通过低压信号线与所述钠离子电池及所述电机控制器分别相连接。本实用新型的混合能源系统使用燃料电池和/或钠离子电池为车辆提供能量供给，钠离子电池的使用克服了现有能量供给技术低温性能不好的缺点，缩短了车辆低温启动的时间。

Description

一种燃料电池与钠离子电池的混合能源系统及工业车辆

技术领域

本实用新型涉及混合能源车辆技术领域，特别是一种燃料电池与钠离子电池的混合能源系统及工业车辆。

背景技术

目前，由于燃料电池的特性，燃料电池的功率跟随性并不能完全满足整车的需求。因此，现有的用于电动车辆的能量供给方案一般采用燃料电池加锂电池的混合能源系统。此类系统中，受限于燃料电池和锂电池本身的特性，在低温情况下(-30℃～0℃)，无辅助加热的情况下，燃料电池在-30℃的低温启动时间需要约10分钟左右，而锂电池在-30℃时一般无法工作，需要增加辅助加热系统加热至0℃才可使用。因此，整体混合能源系统在低温情况下，仍然需要等待一定的时间才可以正常工作。

目前也有部分方案采用了燃料电池加超级电容的组合，但超级电容的能量密度极低，在车辆特别是工业车辆有限的空间且需要满足重量要求的前提下，并不适合某些类型的车辆使用。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种燃料电池与钠离子电池的混合能源系统及工业车辆，使用燃料电池和/或钠离子电池为车辆提供能量供给，钠离子电池的使用克服了现有能量供给技术低温性能不好的缺点，缩短了车辆低温启动的时间。

本实用新型采用如下技术方案：

一方面，一种燃料电池与钠离子电池的混合能源系统，包括燃料电池、钠离子电池、燃料电池管理模块和钠离子电池管理模块；所述燃料电池和钠离子电池分别通过电源线与车辆的电机控制器相连接；所述燃料电池管理模块通过低压信号线与所述燃料电池及所述电机控制器分别相连接；所述钠离子电池管理模块通过低压信号线与所述钠离子电池及所述电机控制器分别相连接。

优选的，所述的燃料电池与钠离子电池的混合能源系统，还包括：DC-DC转换器；所述燃料电池通过所述DC-DC转换器与所述钠离子电池及电机控制器分别相连接。

优选的，所述燃料电池管理模块和钠离子电池管理模块分别通过低压信号线与所述DC-DC转换器相连接。

优选的，所述钠离子电池的电芯型式包括圆柱形或方形。

优选的，所述燃料电池包括氢燃料电池或固体氧化物燃料电池。

优选的，所述氢燃料电池包括碱性氢燃料电池、质子交换膜氢燃料电池、磷酸氢燃料电池、熔融碳酸盐氢燃料电池或固体氧化物氢燃料电池。

另一方面，一种工业车辆，包括所述的混合能源系统，还包括电机控制器和电机；所述电机控制器与所述混合能源系统和电机分别相连接。

优选的，所述的工业车辆，还包括电池舱；所述燃料电池、钠离子电池、燃料电池管理模块和钠离子电池管理模块集成设置在所述电池舱内。

优选的，所述的工业车辆，还包括电池舱；所述燃料电池、燃料电池管理模块和钠离子电池管理模块集成设置在所述电池舱内；所述钠离子电池设置在工业车辆的平衡重上方或设置在工业车辆的平衡重内部。

优选的，所述工业车辆，还包括燃料储存装置；所述燃料储存装置通过燃料管路与所述燃料电池相连接。

由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型的混合能源系统使用燃料电池和/或钠离子电池为车辆提供能量供给，其中的钠离子电池在低温情况下(-40℃)仍然有较好的放电性能，克服了现有能量供给技术低温性能不好的缺点，缩短了车辆低温启动的时间；

(2)本实用新型的混合能源系统包括燃料电池管理模块和钠离子电池管理模块，根据燃料电池与钠离子电池的功率匹配比例，所述燃料电池管理模块与燃料电池相连接用于控制燃料电池是否供能或供能比例，所述钠离子电池管理模块与钠离子电池相连接用于根控制钠离子电池是否供能或供能比例，满足用户多方面的需求；

(3)本实用新型的混合能源系统还包括DC-DC转换器，一方面所述氢燃料电池的输出端与DC-DC转换器的输入端相连接，使氢燃料电池输出的低压电转换为高压电输出；另一方面，所述氢燃料电池作为发电单元，在钠离子电池能量不足的情况下，通过DC-DC转换器给钠离子电池充电；

(4)本实用新型的工业车辆包括燃料储存装置；所述燃料储存装置通过燃料管路与所述燃料电池相连接，在燃料电池能源不足且不能通过燃料站及时补充能源的情况下，为燃料电池进行现场能源补充，满足工业车辆的正常行驶需求。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

图1为本实施例一的燃料电池与钠离子电池的混合能源系统的结构示意图；

图2为本实施例二的混合能源系统应用在工业车辆上的示意图；

图3为本实施例三的混合能源系统应用在工业车辆上的示意图；其中(a)表示布置在工业车辆平衡重上部位置，(b)表示布置在平衡重内部位置；

标号说明：1、混合能源系统；11、燃料电池；12、DC-DC转换器；13、钠离子电池；14、燃料电池管理模块；15、钠离子电池管理模块；2、电机控制器；3、电源线；4、低压信号线；5、电机；6、燃料储存装置；7、燃料管路；8、电池舱。

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做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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连接，也可以通过中间媒介间接相连接，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

参见图1所示，本实施例一种燃料电池与钠离子电池的混合能源系统1，包括燃料电池11、钠离子电池13、燃料电池管理模块14和钠离子电池管理模块15；所述燃料电池11和钠离子电池13分别通过电源线3与车辆的电机控制器2相连接；所述燃料电池管理模块14通过低压信号线4与所述燃料电池11及所述电机控制器2分别相连接；所述钠离子电池管理模块15通过低压信号线4与所述钠离子电池13及所述电机控制器2分别相连接。

具体的，所述燃料电池管理模块14和钠离子电池管理模块15为包括控制单元如单片机的控制器，根据燃料电池与钠离子电池的功率匹配比例，所述燃料电池管理模块14与燃料电池11相连接用于控制燃料电池11是否供能或供能比例，所述钠离子电池管理模块15与钠离子电池13相连接用于根控制钠离子电池13是否供能或供能比例，满足用户多方面的需求。

需要说明的是，一实施例中所述燃料电池管理模块14和钠离子电池管理模块15可以分开设置，且各包括一个控制单元；另一实施例中，所述燃料电池管理模块14和钠离子电池管理模块15可以集成设置，通过一个控制单元实现各自的功能；此外，所述燃料电池管理模块14和钠离子电池管理模块15还可以集成到整车控制器中。具体根据实际需要进行设置，本实施例不做具体限制。

本实施例中，所述的燃料电池与钠离子电池的混合能源系统1，还包括：DC-DC转换器12；所述燃料电池11通过所述DC-DC转换器12与所述钠离子电池13及电机控制器2分别相连接。

所述燃料电池管理模块14和钠离子电池管理模块15分别通过低压信号线4与所述DC-DC转换器12相连接。

具体的，所述钠离子电池13作为混合能源系统1的一动力输出源。根据与燃料电池11的功率匹配比例，当叉车行驶或工作需要能量供给时，即可作为叉车的主要动力源，又可作为辅助动力源。本实施例对钠离子电池13的电芯型式不做特定限制，可以是圆柱形的形式，也可以是方形的型式。通常工业车辆如叉车使用的是方形电芯的形式。

所述燃料电池11，作为混合能源方案的另一动力输出源。根据与钠离子电池13的功率匹配比例，当叉车行驶或工作需要能量供给时，即可作为叉车的主要动力源，通过所述DC-DC转换器12直接为整车供电；也可作为辅助的发电单元，通过所述DC-DC转换器12为钠离子电池13充电，由钠离子电池13为整车提供主要动力源。

本实施例中，所述燃料电池11包括氢燃料电池或固体氧化物燃料电池。所述氢燃料电池，可以是碱性氢燃料电池(AFC)、质子交换膜氢燃料电池(PEMFC)、磷酸氢燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐氢燃料电池(MCFC)、固体氧化物氢燃料电池(SOFC)等，具体不做限制。通常工业车辆如叉车使用的是质子交换膜氢燃料电池(PEMFC)。

本实施例中，所述DC-DC转换器12，指直流转直流的电压转换器，主要是将将燃料电池11的输出电压转换成钠离子电池13允许的电压范围及车辆电机控制器2允许的电压范围，通常有升压、降压、升降压等多种实现。本实施例对DC-DC转换器12的实现不做限制，根据燃料电池与钠离子电池的匹配，选用合适的电压转换方案。

实施例二

参见图1和2所示，本实施例一种工业车辆，包括所述的混合能源系统1，还包括电机控制器2和电机5；所述电机控制器2与所述混合能源系统1和电机5分别相连接。

本实施例中，所述的工业车辆，还包括电池舱8；所述燃料电池11、钠离子电池13、燃料电池管理模块14和钠离子电池管理模块15集成设置在所述电池舱8内。

具体的参见图2所示，将混合能源系统1做成一个集成总成，集成到一个外壳内，而后再布置到工业车辆中，如布置在工业车辆电池舱8的位置。

参见图1所示，本实施例的工业车辆，还包括燃料储存装置6；所述燃料储存装置6通过燃料管路7与所述燃料电池11相连接。

本实施例中，所述燃料储存装置6包括燃料储存瓶。燃料储存瓶的设置，使得在燃料电池11能源不足且不能通过燃料站及时补充能源的情况下，为燃料电池11进行现场能源补充，满足工业车辆的正常行驶需求。

本实施例的混合能源系统1的集成安装方式，方便各部件之间的连接布线，节约车辆空间。

实施例三

参见图1和3所示，本实施例一种工业车辆，包括所述的混合能源系统1，还包括电机控制器2和电机5；所述电机控制器2与所述混合能源系统1和电机5分别相连接。

本实施例中，所述的工业车辆，还包括电池舱8；所述燃料电池11、燃料电池管理模块14和钠离子电池管理模块15集成设置在所述电池舱8内。

本实施例中，根据工业车辆的实际情况，将混合能源系统1分布在工业的合适位置。其中钠离子电池13的能量密度相对较低，可替换部分的平衡重叉车配重。参见图3(a)所示，所述钠离子电池13布置在叉车平衡重上部的位置，参见图3(b)所示，所述钠离子电池13布置在平衡重内部的位置。

参见图1所示，本实施例的工业车辆，还包括燃料储存装置6；所述燃料储存装置6通过燃料管路7与所述燃料电池11相连接。

本实施例中，所述燃料储存装置6包括燃料储存瓶。燃料储存瓶的设置，使得在燃料电池11能源不足且不能通过燃料站及时补充能源的情况下，为燃料电池11进行现场能源补充，满足工业车辆的正常行驶需求。

本实施例的混合能源系统1的安装方式，能够减少工业车辆如叉车的配重块的数据，节约成本。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种燃料电池与钠离子电池的混合能源系统，其特征在于，包括燃料电池、钠离子电池、燃料电池管理模块和钠离子电池管理模块；所述燃料电池和钠离子电池分别通过电源线与车辆的电机控制器相连接；所述燃料电池管理模块通过低压信号线与所述燃料电池及所述电机控制器分别相连接；所述钠离子电池管理模块通过低压信号线与所述钠离子电池及所述电机控制器分别相连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池与钠离子电池的混合能源系统，其特征在于，还包括：DC-DC转换器；所述燃料电池通过所述DC-DC转换器与所述钠离子电池及电机控制器分别相连接。

3.根据权利要求2所述的燃料电池与钠离子电池的混合能源系统，其特征在于，所述燃料电池管理模块和钠离子电池管理模块分别通过低压信号线与所述DC-DC转换器相连接。

4.根据权利要求1所述的燃料电池与钠离子电池的混合能源系统，其特征在于，所述钠离子电池的电芯型式包括圆柱形或方形。

5.根据权利要求1所述的燃料电池与钠离子电池的混合能源系统，其特征在于，所述燃料电池包括氢燃料电池或固体氧化物燃料电池。

6.根据权利要求5所述的燃料电池与钠离子电池的混合能源系统，其特征在于，所述氢燃料电池包括碱性氢燃料电池、质子交换膜氢燃料电池、磷酸氢燃料电池、熔融碳酸盐氢燃料电池或固体氧化物氢燃料电池。

7.一种工业车辆，其特征在于，包括如权利要求1～6中任意一项所述的混合能源系统，还包括电机控制器和电机；所述电机控制器与所述混合能源系统和电机分别相连接。

8.根据权利要求7所述的工业车辆，其特征在于，还包括电池舱；所述燃料电池、钠离子电池、燃料电池管理模块和钠离子电池管理模块集成设置在所述电池舱内。

9.根据权利要求7所述的工业车辆，其特征在于，还包括电池舱；所述燃料电池、燃料电池管理模块和钠离子电池管理模块集成设置在所述电池舱内；所述钠离子电池设置在工业车辆的平衡重上方或设置在工业车辆的平衡重内部。

10.根据权利要求7所述的工业车辆，其特征在于，还包括燃料储存装置；所述燃料储存装置通过燃料管路与所述燃料电池相连接。