[發明專利]小型內河艇用燃料電池混合動力系統

在審

• 申請號: 201910047159.1
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109649624A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 高國章;王子劍
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B63H21/20
• 分類號: B63H21/20
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發明公開了一種小型內河艇用燃料電池混合動力系統，將燃料電池與超級電容并聯輸出，當其中一組電源性能下降時，另一組可以提供小型內河艇所需能量。燃料電池堆經過單向DC/DC變換器的輸出電壓要高于超級電容的滿電電壓；當小型內河艇所需輸出功率較低時，由燃料電池提供能量，同時給超級電容充電，直至超級電容的電量達到滿電，超級電容達到滿電后停止充電；當小型內河艇所需輸出功率超出燃料電池的能力時，燃料電池與超級電容同時工作，為小型內河艇提供動力。一旦在小型內河艇航行過程中出現燃料電池故障或燃料耗盡時，柴油發電機組啟動，為小型內河艇提供返航電能。本發明能夠最大程度延長小型內河艇航行時間，簡化的空氣動力系統，減小了電源系統占用比重，降低了系統的能耗。

技術領域

本發明涉及混合動力電源領域，更具體地說，涉及一種小型內河艇用燃料電池混合動力系統。

背景技術

近年來，隨著環保要求的不斷提高，傳統以燃油機為能源的小型內河艇不能滿足環境要求，很多景區已嚴禁僅采用柴油機驅動的游覽船運行，采用太陽能和蓄電池的純太陽能小型內河艇越來越受到重視。但是現階段，由于太陽能能量密度低、不穩定性以及游覽船空間有限，純太陽能游覽船的電力系統容量有限，續航能力不足，使得小型內河艇應用受到限制，嚴重影響旅游景區經濟發展。燃料電池具有排放低、噪聲小、低震動并且能量效率高等優點，在小型內河艇領域的研究快速展開。由于燃料電池動態特性差，功率的快速波動會嚴重影響其自身的壽命，并造成母線電壓波動從而降低電能質量，所以燃料電池需要與儲能裝置相配合。目前大部分混合動力系統輔助能源采用單一蓄電池供電，蓄電池的特點是技術相對比較完善，結構簡單成本較低，但其占用空間較大、電池的一致性連同精確性很難解決，運行過程中常出現功率大幅波動的情況，此時蓄電池難以滿足性能要求并存在壽命縮短問題。另外，燃料電池動力系統需要根據功率大小匹配電動空氣壓縮機，目前燃料電池動力系統的空氣供應系統的電動空氣壓縮機部件數量較多，在小型內河艇上應用時，存在結構復雜及啟動等待時間過長的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提出一種小型內河艇用燃料電池混合動力系統。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

設計一種小型內河艇用燃料電池混合動力系統，包括燃料電池模塊、輔助電源模塊、應急電源模塊、充電裝置模塊和空氣供應模塊，所述空氣供應模塊為燃料電池模塊提供空氣，所述燃料電池模塊、應急電源模塊的輸出端連接單向DC/DC變換器的輸入端，所述單向DC/DC變換器的輸出端與開關K1、二極管D1和熔斷器F1依次連接后分為兩個支路，第一支路連接小型內河艇的電機控制器的輸入端，第二支路依次連接開關K2、二極管D2和熔斷器F2后接入所述充電裝置模塊的輸入端，所述充電裝置模塊的輸出端連接輔助電源模塊的輸入端，所述輔助電源模塊的輸出端連接電機控制器的輸入端，所述電機控制器的輸出端連接小型內河艇的驅動電機M，所述驅動電機M與空氣供應模塊之間通過離合器連接。

在上述方案中，所述燃料電池模塊包括燃料電池控制器、燃料電池電堆和氫氣供應系統，所述氫氣供應系統為燃料電池堆提供氫氣，所述燃料電池控制器的輸出端連接燃料電池電堆；所述燃料電池堆的輸出端連接單向DC/DC變換器的輸入端。

在上述方案中，所述應急電源模塊包括柴油發電機組和整流器，所述柴油發電機組的輸出端依次連接整流器、二極管D5、熔斷器F4、開關K4后接入單向DC/DC變換器的輸入端。

在上述方案中，所述充電裝置模塊由繼電器和可控硅串聯構成。

在上述方案中，所述所述充電裝置模塊的輸入端還與單向DC/DC變換器的輸出端連接，對所述單向DC/DC變換器的輸出電壓V2進行監測；所述充電裝置的輸出端還通過二極管D4與超級電容的輸出端連接，對所述超級電容的端電壓V1進行監測。