燃料电池与系统、控制方法、控制系统及电动设备技术方案

本发明专利技术的实施方式提供了一种燃料电池与系统、控制方法、控制系统及电动设备。其中，燃料电池用于连接到负载，负载至少包括可充电电源，燃料电池包括燃料电池电堆模块。上述控制系统包括：检测模块，适于实时检测可充电电源的剩余电量；燃料电池的DC/DC变换器；燃料电池控制器模块，适于根据剩余电量，控制DC/DC变换器按照该剩余电量所对应的预设定功率向负载的端子进行定功率输出。利用该控制系统，在不破坏现有设备的原电源系统内部结构的情况下，即可实现对设备电源的增能。在结合多功率平台、怠速备电状态和/或延长其变工况的变动时间的情况下，能够减少启动次数和/或频繁的变工况工作状态，从而延长电池的使用寿命。

Fuel Cell and System, Control Method, Control System and Electric Equipment

The embodiment of the invention provides a fuel cell and system, a control method, a control system and an electric device. The fuel cell is used to connect to the load, which includes at least a rechargeable power supply, and the fuel cell includes a fuel cell stack module. The above control system includes: detection module, which is suitable for real-time detection of the residual power of rechargeable power supply; DC/DC converter of fuel cell; fuel cell controller module, which is suitable for controlling DC/DC converter to output fixed power to the terminal of load according to the preset power corresponding to the residual power. By using this control system, without destroying the internal structure of the original power supply system of the existing equipment, the power supply of the equipment can be increased. When combined with multi-power platform, idle standby state and/or prolonging the changing time of its off-design condition, the number of start-ups and/or frequent off-design state can be reduced, thus prolonging the service life of the battery.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池与系统、控制方法、控制系统及电动设备
本专利技术的实施方式涉及电池领域，更具体地，本专利技术的实施方式涉及一种燃料电池与系统、控制方法、控制系统及电动设备。
技术介绍
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，它通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能。燃料电池的电堆模块通常包括电极(Electrode)、电解质隔膜(ElectrolyteMembrane)与集电器(CurrentCollector)等组成部分。燃料电池是一种转换效率高、污染小的新型电池。燃料电池可以应用于很多方面。以燃料电池增能(如增程)应用为例，现有的纯电动车(蓄电池车)加装燃料电池后能够大大增加行程(如加装氢燃料电池，利用氢能的高功率密度，能够使原电动车增加行程一倍，达到500Km以上)。然而，现有的研究方案是将燃料电池加装到纯电动车上，形成燃料电池直接和车载蓄电池共同向电动车供电，即形成双电源驱动管理的“燃料电池电动车”新型电动车系统。这种方案需要将原有的纯电动车的成熟系统改变成新的系统，因此需要耗费多年时间进行重新设计、实验以及纠错等过程来形成成熟的产品，大大影响燃料电池车的市场化进程。
技术实现思路
为此，本专利技术的实施方式提供了一种燃料电池与系统、控制方法、控制系统及电动设备，以至少解决将现有燃料电池用于诸如增能(如增程)等应用时需要破坏设备的原电源系统的问题。在本专利技术实施方式的第一方面中，提供了一种用于燃料电池的控制系统，所述燃料电池用于连接到负载，所述负载至少包括可充电电源，其中，所述燃料电池包括燃料电池电堆模块，所述控制系统包括：检测模块，适于实时检测所述可充电电源的剩余电量；所述燃料电池的DC/DC变换器；燃料电池控制器模块，适于根据所述剩余电量，控制所述DC/DC变换器按照该剩余电量所对应的预设定功率向所述负载的端子进行定功率输出。进一步地，所述负载还包括并联在所述可充电电源两端的动力系统，以使所述可充电电源和/或所述燃料电池能够给所述动力系统供电。进一步地，所述检测模块还适于获得所述负载的工作电压；所述燃料电池的DC/DC变换器基于该工作电压和所述预设定功率确定所述DC/DC变换器的输出电压和输出电流。进一步地，所述检测模块还适于获得所述燃料电池的DC/DC变换器的当前输出功率，在所述检测模块检测到所述DC/DC变换器的当前输出功率偏离所述预设定功率的情况下，所述DC/DC变换器的输出电流或者输出电压向趋向所述预设定功率的方向变化，直到所述燃料电池的DC/DC变换器的当前输出功率等于所述预设定功率。进一步地，所述燃料电池控制器模块包括：判定子模块，判定所述可充电电源当前的剩余电量是否越过预定阈值；控制子模块，适于在所述判定子模块判定所述可充电电源当前的剩余电量越过预定阈值的情况下，控制所述DC/DC变换器的输出功率从当前定功率转换为下一定功率，并控制从所述当前定功率转换为所述下一定功率的转换时间在预设时间范围内。进一步地，所述当前定功率小于所述下一定功率时的转换时间，长于或等于所述当前定功率大于所述下一定功率时的转换时间。进一步地，当所述当前定功率小于所述下一定功率时，所述预设时间范围为以下范围之一：30秒～60秒；或60秒～120秒。进一步地，当所述当前定功率大于所述下一定功率时，所述预设时间范围为以下范围之一：10秒～30秒；30秒～60秒；或60秒～120秒。进一步地，所述控制子模块适于基于所述当前定功率、下一定功率和所述预设时间范围，确定所述DC/DC变换器在所述预设时间范围内的目标输出功率，所述燃料电池的DC/DC变换器基于所述负载的工作电压和下一时刻的所述目标输出功率确定所述DC/DC变换器的输出电流和输出电压。进一步地，所述控制子模块适于基于所述当前定功率、下一定功率和所述预设时间范围，确定所述燃料电池的DC/DC变换器在所述预设时间范围内的目标输出功率，基于所述检测模块获得的所述DC/DC变换器的当前输出功率，所述DC/DC变换器的输出电流或者输出电压向趋向下一时刻的所述目标输出功率的方向变化，直到所述DC/DC变换器的当前输出功率等于所述下一定功率。进一步地，所述定功率输出包括至少两个定功率等级。进一步地，当所述可充电电源的剩余电量增加到等于或大于相应上行阈值时，所述DC/DC变换器的定功率输出从较大定功率等级转换到较小定功率等级；当所述可充电电源的剩余电量减少到小于或等于相应下行阈值时，所述DC/DC变换器的定功率输出从较小定功率等级转换到较大定功率等级；其中，同一对较大定功率等级和较小定功率等级之间的相应上行阈值大于或等于相应下行阈值。进一步地，同一对较大定功率等级和较小定功率等级之间的相应上行阈值与相应下行阈值相差5％-10％。进一步地，所述至少两个定功率等级包括零功率输出的怠速备电状态和至少一个非零定功率等级，所述燃料电池控制器模块适于当所述可充电电源的剩余电量增加到等于或高于预设的上行怠速阈值时，控制所述DC/DC变换器进入怠速备电状态，使得所述燃料电池电堆模块产生的电能仅供所述燃料电池自身的运行所用。进一步地，所述燃料电池控制器模块适于：当所述可充电电源的剩余电量减小到低于或等于下行怠速阈值时，使得所述DC/DC变换器脱离所述怠速备电状态，进行非零定功率输出；其中，所述上行怠速阈值大于或等于所述下行怠速阈值。进一步地，所述上行怠速阈值的取值范围为85％-95％，所述下行怠速阈值的取值范围为75％-85％。进一步地，所述定功率输出包括至少两个非零定功率等级。进一步地，所述至少两个非零定功率等级包括第一定功率等级和第二定功率等级，所述第二定功率等级小于所述第一定功率等级，所述第一定功率等级和第二定功率等级之间的上行阈值的取值范围为75％-85％，所述第一定功率等级和第二定功率等级之间的下行阈值的取值范围为55％-65％。进一步地，所述至少两个非零定功率等级还包括第三定功率等级，第三定功率等级介于第一和第二定功率等级之间，所述第二定功率等级和第三定功率等级之间的上行阈值的取值范围为75％-85％，所述第二定功率等级和第三定功率等级之间的下行阈值的取值范围为55％-65％。进一步地，所述第一定功率等级和第三定功率等级之间的上行阈值的取值范围为55％-65％，所述第一定功率等级和第三定功率等级之间的下行阈值的取值范围为35％-45％。进一步地，所述可充电电源包括移动电源或应急电源。进一步地，所述检测模块包括通信模块，适于与外部进行数据通信来获得所要检测的物理量。进一步地，所述检测模块适于从通信总线读取所需的数据信息。进一步地，所述检测模块适于从通信总线接收启动信号，在接收到启动信号的情况下，所述燃料电池控制器模块适于在所述可充电电源的剩余电量低于预设的第一电量值的情况下控制所述燃料电池电堆模块开机。进一步地，所述第一电量值为下行怠速阈值。进一步地，所述检测模块适于从通信总线接收启动信号，在接收到启动信号的情况下，所述燃料电池电堆模块开机，检测模块检测所述可充电电源的剩余电量，燃料电池控制器模块基于该剩余电量根据所述上行阈值或者下行阈值控制燃料电池的DC/DC变换器执行对应的功率输出。进一步地，所述检测模块适于从通信总线接收关机信号，在接收到关机信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池的控制系统，所述燃料电池用于连接到负载，所述负载至少包括可充电电源，其中，所述燃料电池包括燃料电池电堆模块，其特征在于，所述控制系统包括：检测模块，适于实时检测所述可充电电源的剩余电量；所述燃料电池的DC/DC变换器；燃料电池控制器模块，适于根据所述剩余电量，控制所述DC/DC变换器按照该剩余电量所对应的预设定功率向所述负载的端子进行定功率输出。

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池的控制系统，所述燃料电池用于连接到负载，所述负载至少包括可充电电源，其中，所述燃料电池包括燃料电池电堆模块，其特征在于，所述控制系统包括：检测模块，适于实时检测所述可充电电源的剩余电量；所述燃料电池的DC/DC变换器；燃料电池控制器模块，适于根据所述剩余电量，控制所述DC/DC变换器按照该剩余电量所对应的预设定功率向所述负载的端子进行定功率输出。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述负载还包括并联在所述可充电电源两端的动力系统，以使所述可充电电源和/或所述燃料电池能够给所述动力系统供电。3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于：所述检测模块还适于获得所述负载的工作电压；所述燃料电池的DC/DC变换器基于该工作电压和所述预设定功率确定所述DC/DC变换器的输出电压和输出电流。4.根据权利要求1-3中任一项所述的控制系统，其特征在于：所述检测模块还适于获得所述燃料电池的DC/DC变换器的当前输出功率，在所述检测模块检测到所述DC/DC变换器的当前输出功率偏离所述预设定功率的情况下，所述DC/DC变换器的输出电流或者输出电压向趋向所述预设定功率的方向变化，直到所述燃料电池的DC/DC变换器的当前输出功率等于所述预设定功率。5.根据权利要求1-4中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述燃料电池控制器模块包括：判定子模块，判定所述可充电电源当前的剩余电量是否越过预定阈值；控制子模块，适于在所述判定子模块判定所述可充电电源当前的剩余电量越过预定阈值的情况下，控制所述DC/DC变换器的输出功率从当前定功率转换为下一定功率，并控制从...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁流，
申请(专利权)人：北京汇通有利能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11