[發明專利]一種車用變結構燃料電池電源系統

有效

• 申請號: 201911188946.4
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110884367B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 王亞雄;張晨陽;池訓逞
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B60L50/72
• 分類號: B60L50/72;B60L58/30
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種車用變結構燃料電池電源系統。包括若干燃料電池模組，分為最小可操縱單元模組和內部可再操縱燃料電池模組兩類；其中，最小可操作單元模組由若干內部串并聯結構固定的燃料電池單體組成，實現大梯度功率調節；內部可再操縱燃料電池模組由若干燃料電池單體經開關連接而成，實現小梯度功率調節。燃料電池電源經直流/交流逆變器向車用交流負載獨立供電，以滿足汽車的行駛需求。本發明燃料電池系統結合燃料電池模組的最佳效率點，通過功率匹配計算，切換燃料電池模組連接結構，實現燃料電池電源最小可操縱單元模組和內部可再操縱燃料電池模組均在最佳效率點附近進行供電，有效減少系統的復雜程度，并滿足汽車行駛的功率需求。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池電源系統，具體為一種車用變結構燃料電池電源系統。

背景技術

與傳統的能源(如：汽油、柴油等)相比，氫能具有大量的優越性能：首先，氫能的利用一般通過化學反應使氫氣與氧氣反應生成水釋放能量，該過程能夠實現零排放，且發電過程中沒有含碳化合物的產生，可實現良性循環；其次，氫燃料具有較高的熱值，每1kg氫可釋放能量達142600kJ的熱量，遠高于汽油的熱值42500kJ/kg和柴油的熱值43000kJ/kg；同時，氫燃料在能量轉化過程中可直接通過燃料電池將化學能轉化為電能，理論轉化效率可達83％，能量轉化利用率高。

得益于氫燃料的優勢，燃料電池汽車的研發也獲得了越來越多的關注。燃料電池汽車與蓄電池汽車相比，燃料電池汽車具有續駛里程長，燃料添加迅速、比功率大、啟動溫度低等優點可以有效回避蓄電池汽車的續駛里程短、充電慢等問題。并且燃料電池汽車與內燃機汽車相比具有清潔無污染等優勢，因此燃料電池汽車在近些年得到越來越多的政府、企業、投資者和科研人員的青睞。

燃料電池在發電的過程中，轉化效率與輸出功率之間存在一定函數曲線對應關系，為提高燃料電池的效率，有相關科研人員和企業已經開始研究基于算法優化的燃料電池+輔助電源的混合動力系統，例如，借助動態規劃、等效氫氣消耗最少等算法，使燃料電池在高效區間運行。

然而，在借助輔助電源對燃料電池進行合理優化設計的過程中，輔助電源的存在無疑增加了發電系統的體積和質量，且在協調燃料電池與輔助電源聯合供電的過程中，增加了輔助功率變換器及其他控制算法，直接增加了系統的負荷。如果能夠提供一種無需輔助電源就能實現燃料在最大功率點工作，那么無疑會增加燃料電池的能量轉換效率和整車的空間利用效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種車用變結構燃料電池電源系統，該變結構燃料電池電源系統由若干燃料電池模組組成；所設計燃料電池模組包括最小可操縱單元模組和內部可再操作燃料電池模組兩類；其中，最小可操作單元模組由若干內部串并聯結構固定的燃料電池單體組成，可通過開關的通斷控制最小可操作單元的并聯數量，實現大梯度功率調節；內部可再操作燃料電池模組由若干燃料電池單體經開關連接而成的可實現小梯度功率調節的模組；本發明燃料電池系統根據混合動力汽車的行駛工況，改變燃料電池模組的連接方式，合理匹配燃料電池最小可操縱單元模組與內部可再操作燃料電池模組數量，實現燃料電池的獨立高效供電。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種車用變結構燃料電池電源系統，包括若干燃料電池模組，該若干燃料電池模組分為最小可操縱單元模組和內部可再操縱燃料電池模組兩類；其中，最小可操作單元模組由若干內部串并聯結構固定的燃料電池單體組成，可實現大梯度功率調節；內部可再操縱燃料電池模組由若干燃料電池單體經可控開關連接而成，實現小梯度功率調節。

在本發明一實施例中，燃料電池模組經直流/交流逆變器向車用交流負載獨立供電，以滿足汽車的行駛需求。

在本發明一實施例中，所述燃料電池電源系統結合燃料電池模組及燃料電池單體的最佳效率點，通過功率匹配計算，設計最小可操縱單元模組及內部可再操縱燃料電池模組分別所需數量，并切換燃料電池模組間開關，改變燃料電池模組連接結構，實現燃料電池電源最小可操縱單元模組和內部可再操縱燃料電池模組均在最佳效率點附近進行供電。