一种燃料电池系统和燃料电池汽车动力系统技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统和燃料电池汽车动力系统，其中的燃料电池系统包括氢燃料电池和冷却系统，冷却系统主要由循环泵、热电装置、电三通阀、机械三通阀和冷却介质过滤装置、冷却介质去离子装置和冷却介质流通管道组成；其中的燃料电池汽车动力系统，由氢燃料电池系统、为氢燃料电池输出的电能进行电压匹配的DC/DC转换器1、动力电池、为氢燃料电池系统中包含的热电装置输出的电能进行电压匹配的DC/DC转换器2、电机控制器和驱动电机组成。本发明专利技术利用热电原理来代替经典车用燃料电池系统中使用冷却水箱+加散热风扇来散热的方法可有效解决氢燃料电池在正常工作时因以废热形式排放和辅助装置能源消耗而造成的能源浪费问题，以及使安装此动力系统的车辆具有更长的续航里程和更好的高温环境适应性。

A fuel cell system and fuel cell vehicle power system

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统和燃料电池汽车动力系统
本专利技术涉及一种燃料电池系统，以及基于此的燃料电池汽车动力系统，属于车载能源

技术介绍
随着环境问题和能源问题的日益突出，新能源汽车成为了世界各大汽车厂商及研发机构的研究热点，而在其中，燃料电池汽车以其高效率和近零排放被普遍认为具有广阔的发展前景。氢燃料电池汽车的核心部件是氢燃料电池系统，其使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气，与大气中的氧发生化学反应，产生出电能发动电动机，由电动机带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车的前后万向轴、后桥等行走机械结构，转动车轮驱动汽车。氢燃料电池工作时产生大量的废热。现有的技术通常为使用散热水箱（包括散热风扇），以去离子水等为冷却介质，循环为氢燃料电池散热，使氢燃料电池维持在合适的温度区间。这种方式有三个方面的问题：其一，大量的废热直接排放到大气，造成能量的浪费和对周围的热污染；其二，散热风扇耗费额外的能源；其三，当周围的环境温度也很高时，散热效果会大打折扣。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氢燃料电池系统，用于解决氢燃料电池在正常工作时因以废热形式排放和辅助装置能源消耗而造成的能源浪费问题；本专利技术的目的还提供一种基于此方法设计的氢燃料电池汽车动力系统，在相同的其他配置（如储氢量）下，比经典设计的氢燃料电池汽车动力系统具有更长的续航里程和更好的高温环境适应性。本专利技术提供的氢燃料电池系统的方案是：一种氢燃料电池系统包括氢燃料电池和冷却系统，所述冷却系统主要由循环泵、热电装置、电三通阀、机械三通阀和冷却介质过滤装置、冷却介质去离子装置和冷却介质流通管道组成；冷却系统中装有冷却介质，该冷却介质可以是去离子水，也可以是其他合适的冷却剂。所述循环泵用来维持冷却介质在流通管道中的循环，其可以由控制器步进的控制转速，进而调整冷却介质的流量。所述热电装置主要由热电管及辅助装置组成，其使用热流动介质（如热去离子水）直接进行热电转换而发电；其可以由控制器控制其发电量的大小，进而调整所述流动介质在其出口的温度。所述电三通阀和机械三通阀，用来为冷却介质对热电装置构成一条旁路，从而使冷却介质不流经热电装置来完成循环流动。氢燃料电池正常工作时，冷却介质流经氢燃料电池时由冷变热，带走氢燃料电池中的热量；而变热的冷却介质流经所述热电装置时，使热电装置发电，从而由热变冷；进一步通过控制热电装置的发电量，来控制热电装置所消耗热量的大小，来控制流动介质在其出口的温度，是冷却介质的温度维持在合适的区间；当氢燃料电池电堆的温度还没有达到合适的工作温度、不需要热电装置工作来进行散热时，则使用旁路来完成冷却介质的循环。本专利技术提供的燃料电池汽车动力系统的方案是：一种燃料电池汽车动力系统，包括氢燃料电池系统、为氢燃料电池输出的电能进行电压匹配的DC/DC转换器1、动力电池、为氢燃料电池系统中包含的热电装置输出的电能进行电压匹配的DC/DC转换器2、电机控制器和驱动电机；所述的DC/DC转换器1、动力电池、DC/DC转换器2和电机控制器之间通过直流母线连接；所述的氢燃料电池系统、DC/DC转换器1、动力电池、DC/DC转换器2和电机控制器均有内置的CAN通信控制器，通过CAN总线构成分布式的控制系统。所述的DC/DC转换器1连接氢燃料电池的电能输出端口和直流母线，为氢燃料电池发的电进行电压转换，并防止电流从直流母线流向氢燃料电池。所述的DC/DC转换器2连接氢燃料电池系统中的热电装置的电能输出端口和直流母线，为热电装置发的电进行电压转换，并防止电流从直流母线流向热电装置。氢燃料电池工作发电时，当燃料电池电堆的温度还没有进入合理的工作温度范围，则让热电装置先不工作而使燃料电池的热量不流失；当燃料电池电堆的温度进入合适的工作温度范围，并且温度呈上升趋势，开始有废热产生时，则让热电装置开始工作，并通过控制其发电量来使燃料电池电堆温度维持在合理温度区间，此时热电装置发的电通过所述的DC/DC转换器2进行电压转换后，与燃料电池一起为系统提供能源，即给动力电池充电，或与动力电池一起为驱动电机提供电能。附图说明图1是燃料电池系统的组成示意图；图2是燃料电池汽车动力系统的示意图。具体实施方式氢燃料电池系统如图1所示。该氢燃料电池系统包括氢燃料电池（1）和冷却系统，所述冷却系统主要由循环泵（2）、热电装置（3）、电三通阀（4）、机械三通阀（5）和冷却介质过滤装置（6）、冷却介质去离子装置（7）和冷却介质流通管道组成；冷却系统中装有冷却介质，该冷却介质可以是去离子水，也可以是其他合适的冷却剂。所述循环泵用来维持冷却介质在流通管道中的循环，其可以由控制器步进的控制转速，进而调整冷却介质的流量。所述热电装置主要由热电管及辅助装置组成，其使用热流动介质（如热去离子水）直接进行热电转换而发电；其可以由控制器控制其发电量的大小，进而调整所述流动介质在其出口的温度。所述电三通阀和机械三通阀，用来为冷却介质对热电装置构成一条旁路，从而使冷却介质不流经热电装置来完成循环流动。氢燃料电池正常工作时，冷却介质在循环泵的作用下，在冷却系统中循环流动。冷却介质流经氢燃料电池时由冷变热，带走氢燃料电池中的热量；而变热的冷却介质流经所述热电装置时，使热电装置发电，从而由热变冷；变冷的冷却介质再流向燃料电池，如此循环；通过控制器可以控制热电装置的发电量的大小，从而控制冷却介质在热电装置出口的温度，使该温度维持在合理的区间。而如果氢燃料电池的温度还没有达到合适的温度区间而不需要使用热电装置时，可以由控制器控制所述电三通阀来使冷却介质不流经热电装置（流经旁路）来完成循环。燃料电池汽车动力系统如图2所示。该燃料电池汽车动力系统包括氢燃料电池系统、为氢燃料电池输出的电能进行电压匹配的DC/DC转换器1、动力电池、为氢燃料电池系统中包含的热电装置输出的电能进行电压匹配的DC/DC转换器2、电机控制器和驱动电机；所述的DC/DC转换器1、动力电池、DC/DC转换器2和电机控制器之间通过直流母线连接；所述的氢燃料电池系统、DC/DC转换器1、动力电池、DC/DC转换器2和电机控制器均有内置的CAN通信控制器，通过CAN总线构成分布式的控制系统。所述的DC/DC转换器1连接氢燃料电池的电能输出端口和直流母线，为氢燃料电池发的直流电进行电压转换，并防止电流从直流母线流向氢燃料电池。所述的DC/DC转换器2连接氢燃料电池系统中的热电装置的电能输出端口和直流母线，为热电装置发的电进行电压转换，并防止电流从直流母线流向热电装置。该燃料电池汽车动力系统的工作原理是：按一定的功率配比，选定燃料电池系统和储能动力电池，并由此选定DC/DC转换器1和DC/DC转换器2，组成电-电混合供能装置。氢燃料电池工作发电时，当燃料电池电堆的温度还没有进入合理的温度范围，则让热电装置先不工作而使燃料电池的热量不流失；当燃料电池电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢燃料电池系统包括氢燃料电池和冷却系统，其特征在于，所述的冷却系统主要由循环泵、热电装置、电三通阀、机械三通阀和冷却介质过滤装置、冷却介质去离子装置和冷却介质流通管道组成；冷却系统中装有冷却介质，该冷却介质可以是去离子水，也可以是其它合适的冷却剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池系统包括氢燃料电池和冷却系统，其特征在于，所述的冷却系统主要由循环泵、热电装置、电三通阀、机械三通阀和冷却介质过滤装置、冷却介质去离子装置和冷却介质流通管道组成；冷却系统中装有冷却介质，该冷却介质可以是去离子水，也可以是其它合适的冷却剂。


2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述循环泵用来维持冷却介质在流通管道中的循环，其可以由控制器步进的控制转速，进而调整冷却介质的流量。


3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述热电装置主要由热电管及辅助装置组成，其使用热流动介质（如热去离子水）直接进行热电转换而发电；其可以由控制器控制其发电量的大小，进而调整所述流动介质在其出口的温度。


4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述电三通阀和机械三通阀，用来为冷却介质对热电装置构成一条旁路，从而使冷却介质不流经热电装置来完成循环流动。


5.一种燃料电池汽车动力系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏信，
申请(专利权)人：北京蓝吉新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11