[發(fā)明專利]一種燃料電池-鋰離子電池混合動(dòng)力系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210038662.9
• 申請(qǐng)日: 2012-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN102555765A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖世軍;夏建偉;李小鳳;李慧琪;曾建皇;江沿源;郭文杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B60K6/28
• 分類號(hào): B60K6/28;B60K6/32
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，具體涉及一種燃料電池-鋰離子電池混合動(dòng)力系統(tǒng)。

背景技術(shù)

眾所周知，第一代動(dòng)力系統(tǒng)蒸汽機(jī)和第二代動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)消耗了大量不可再生的化石能源資源，且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展問題正面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步和人口的增長(zhǎng)，全世界的能源消耗在今后二十年至少增加一倍。如果沒有新型的能源動(dòng)力，世界將從目前的能源短缺很快走向能源枯竭。為解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源短缺及環(huán)境污染之間日益加劇的矛盾，發(fā)展清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展的新能源動(dòng)力技術(shù)已成了十分緊迫的任務(wù)。而燃料電池汽車被普遍認(rèn)為是可以同時(shí)解決能源問題和環(huán)境問題的綠色環(huán)保汽車，是今后汽車發(fā)展的主要方向之一。

目前，鉛酸電池、鎳氫電池或者鋰離子電池作為動(dòng)力源，各有不同的缺點(diǎn)。例如，使用鉛酸電池時(shí)，電池容量低，電池使用壽命短；使用鎳氫或鋰離子電池時(shí)成本高、續(xù)航里程短（一般為幾十公里至100多公里）等。此外使用這些電池時(shí)都存在電池衰減及自放電嚴(yán)重、充電時(shí)間長(zhǎng)（一般6小時(shí)左右）、電池?zé)峁芾砝щy、過充過放造成電池?fù)p壞及安全隱患等缺點(diǎn)，這在一定程度上制約了以二次電池為電源的汽車的發(fā)展。

燃料電池汽車?yán)m(xù)航里程可達(dá)400公里以上，燃料加注可在5－10分鐘之內(nèi)完成。然而，單獨(dú)使用燃料電池作為動(dòng)力的汽車存在成本過高的問題，汽車頻繁的變載使得燃料電池的使用壽命過短，這些因素也同樣制約著燃料電池電動(dòng)汽車的發(fā)展。

燃料電池汽車通常使用小功率的鋰離子電池組作為啟動(dòng)電源，燃料電池作為汽車運(yùn)行時(shí)的驅(qū)動(dòng)電源，由于汽車的頻繁變載，使得燃料電池的壽命縮短；為了解決這一問題，人們?cè)O(shè)計(jì)了各種燃料電池增程汽車和燃料電池混合動(dòng)力汽車。

燃料電池增程汽車是以燃料作為車輛行駛的主要能源，汽油為備用能源。在一輛燃料電池增程汽車行駛時(shí)，車輛全程由燃料電池系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)的，在行駛距離較短的情況下，汽車的行駛僅僅依靠車載燃料電池組提供的能量來完成；而在相對(duì)較長(zhǎng)的行駛距離情況下，可以由內(nèi)燃機(jī)提供額外的能量來驅(qū)動(dòng)車輛。但是燃料電池增程汽車具有明顯的缺點(diǎn)：當(dāng)燃料電池增程汽車行駛時(shí)，由燃料電池單獨(dú)提供動(dòng)力，汽車頻繁的變載會(huì)導(dǎo)致燃料電池壽命大大縮短；當(dāng)燃料不足時(shí)，內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)，需要用汽油驅(qū)動(dòng)，雖然能大大提高汽車的續(xù)航里程，但同時(shí)會(huì)有一定的環(huán)境污染物排放。而且由于存在內(nèi)燃機(jī)和燃料電池兩套發(fā)電系統(tǒng)，價(jià)格高昂。

中國(guó)專利ZL200610011555.1報(bào)道了“一種燃料電池汽車的能量混合型動(dòng)力系統(tǒng)”，該動(dòng)力系統(tǒng)主要包括：由燃料電池堆、燃料電池輔助設(shè)備和燃料電池檢測(cè)控制裝置組成的燃料電池系統(tǒng)，由蓄電池組、蓄電池管理系統(tǒng)組成的蓄電池系統(tǒng)，由電機(jī)和電機(jī)控制器組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及功率二極管、單向DC/DC變換器、24VDC/DC變換器、24V蓄電池和整車控制器等。其優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）采用較小容量的燃料電池系統(tǒng)，因此成本較低，運(yùn)行較為可靠；（2）能較好地實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力系統(tǒng)中燃料電池系統(tǒng)和蓄電池組合理的功率和能量分配；（3）由于混合動(dòng)力系統(tǒng)中，燃料電池提供穩(wěn)定的功率輸出，大大延長(zhǎng)燃料電池的使用壽命；（4）蓄電池可以在汽車停庫(kù)存放狀態(tài)下進(jìn)行充電，加大了整車的續(xù)航里程，并保證了整車運(yùn)行的可靠性，該車中燃料電池系統(tǒng)和蓄電池組的輸出功率為1：1。如果燃料電池的功率太小的話，就可能存在動(dòng)力不足而造成運(yùn)行不穩(wěn)定的情況，如果功率較大的話，則蓄電池的功率也同樣較大，這樣會(huì)存在蓄電池成本增高的問題，該專利中缺少燃料電池主動(dòng)力技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)。

中國(guó)專利ZL200610155955.X公開了“混合動(dòng)力汽車的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)”。該發(fā)明報(bào)道的動(dòng)力系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，鋰離子蓄電池與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連；燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)包括燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和燃料電池堆，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)由DC/DC變換器與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連。鋰離子蓄電池、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和DC/DC變換器通過光纖CAN控制線與整車控制器相連。該發(fā)明缺少對(duì)燃料電池運(yùn)行時(shí)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)描述。

專利申請(qǐng)文件200410101812.1申請(qǐng)了“一種燃料電池汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)”，該系統(tǒng)由燃料電池子系統(tǒng)、蓄電池子系統(tǒng)、功率二極管、雙向DC/DC變換器、24VDC/DC變換器和電機(jī)控制器組成。該動(dòng)力系統(tǒng)雖然避免了燃料電池和蓄電池各自的缺點(diǎn)，但是沒有給出汽車能量回收和燃料電池富于電力回收機(jī)制。