[发明专利]一种燃料电池-锂离子电池混合动力系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车的动力系统，具体涉及一种燃料电池-锂离子电池混合动力系统。

背景技术

众所周知，第一代动力系统蒸汽机和第二代动力系统内燃机消耗了大量不可再生的化石能源资源，且造成了严重的环境污染。人类社会的可持续发展问题正面临严峻挑战。根据国际能源机构预测，随着经济的发展、社会的进步和人口的增长，全世界的能源消耗在今后二十年至少增加一倍。如果没有新型的能源动力，世界将从目前的能源短缺很快走向能源枯竭。为解决经济发展与能源短缺及环境污染之间日益加剧的矛盾，发展清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术已成了十分紧迫的任务。而燃料电池汽车被普遍认为是可以同时解决能源问题和环境问题的绿色环保汽车，是今后汽车发展的主要方向之一。

目前，铅酸电池、镍氢电池或者锂离子电池作为动力源，各有不同的缺点。例如，使用铅酸电池时，电池容量低，电池使用寿命短；使用镍氢或锂离子电池时成本高、续航里程短（一般为几十公里至100多公里）等。此外使用这些电池时都存在电池衰减及自放电严重、充电时间长（一般6小时左右）、电池热管理困难、过充过放造成电池损坏及安全隐患等缺点，这在一定程度上制约了以二次电池为电源的汽车的发展。

燃料电池汽车续航里程可达400公里以上，燃料加注可在5－10分钟之内完成。然而，单独使用燃料电池作为动力的汽车存在成本过高的问题，汽车频繁的变载使得燃料电池的使用寿命过短，这些因素也同样制约着燃料电池电动汽车的发展。

燃料电池汽车通常使用小功率的锂离子电池组作为启动电源，燃料电池作为汽车运行时的驱动电源，由于汽车的频繁变载，使得燃料电池的寿命缩短；为了解决这一问题，人们设计了各种燃料电池增程汽车和燃料电池混合动力汽车。

燃料电池增程汽车是以燃料作为车辆行驶的主要能源，汽油为备用能源。在一辆燃料电池增程汽车行驶时，车辆全程由燃料电池系统来驱动的，在行驶距离较短的情况下，汽车的行驶仅仅依靠车载燃料电池组提供的能量来完成；而在相对较长的行驶距离情况下，可以由内燃机提供额外的能量来驱动车辆。但是燃料电池增程汽车具有明显的缺点：当燃料电池增程汽车行驶时，由燃料电池单独提供动力，汽车频繁的变载会导致燃料电池寿命大大缩短；当燃料不足时，内燃机系统启动，需要用汽油驱动，虽然能大大提高汽车的续航里程，但同时会有一定的环境污染物排放。而且由于存在内燃机和燃料电池两套发电系统，价格高昂。

中国专利ZL200610011555.1报道了“一种燃料电池汽车的能量混合型动力系统”，该动力系统主要包括：由燃料电池堆、燃料电池辅助设备和燃料电池检测控制装置组成的燃料电池系统，由蓄电池组、蓄电池管理系统组成的蓄电池系统，由电机和电机控制器组成的电机驱动系统以及功率二极管、单向DC/DC变换器、24VDC/DC变换器、24V蓄电池和整车控制器等。其优点主要有：（1）采用较小容量的燃料电池系统，因此成本较低，运行较为可靠；（2）能较好地实现混合动力系统中燃料电池系统和蓄电池组合理的功率和能量分配；（3）由于混合动力系统中，燃料电池提供稳定的功率输出，大大延长燃料电池的使用寿命；（4）蓄电池可以在汽车停库存放状态下进行充电，加大了整车的续航里程，并保证了整车运行的可靠性，该车中燃料电池系统和蓄电池组的输出功率为1：1。如果燃料电池的功率太小的话，就可能存在动力不足而造成运行不稳定的情况，如果功率较大的话，则蓄电池的功率也同样较大，这样会存在蓄电池成本增高的问题，该专利中缺少燃料电池主动力技术的关键参数。

中国专利ZL200610155955.X公开了“混合动力汽车的燃料电池动力系统”。该发明报道的动力系统由驱动电机和电机控制器构成的驱动系统组成，锂离子蓄电池与驱动系统相连；燃料电池发动机包括燃料电池发动机控制器和燃料电池堆，燃料电池发动机经由DC/DC变换器与驱动系统相连。锂离子蓄电池、燃料电池发动机控制器和DC/DC变换器通过光纤CAN控制线与整车控制器相连。该发明缺少对燃料电池运行时的关键数据描述。

专利申请文件200410101812.1申请了“一种燃料电池汽车混合动力系统”，该系统由燃料电池子系统、蓄电池子系统、功率二极管、双向DC/DC变换器、24VDC/DC变换器和电机控制器组成。该动力系统虽然避免了燃料电池和蓄电池各自的缺点，但是没有给出汽车能量回收和燃料电池富于电力回收机制。