[发明专利]一种燃料电池联合供电系统及能量管理方法

权利要求书

1.一种燃料电池联合供电系统，包括燃料电池模块、锂电池模块、超级电容模块、直流母线、负载模块、直流母线电压控制环、超级电容电压控制环、锂电池电压控制环、锂电池充电控制环、仿真软件、能量管理系统，其特征在于：

燃料电池模块包括：燃料电池、单向DCDC变换器、流量控制器、测量滤波器、脉宽调制器、电流控制器、负反馈输入端，单向DCDC变换器一端与直流母线的正负极相连，另一端与燃料电池相连接，测量滤波器设于燃料电池与单向DCDC变换器的正极之间，测量滤波器输出到电流控制器，电流控制器输出到脉宽调制器，脉宽调制器与单向DCDC相连接，流量控制器用于控制燃料电池的氢氧离子的含量，流量控制器的输入端连接负反馈输入端；

锂电池模块包括：锂电池、双向DCDC变换器、测量滤波器、电流控制器、脉宽调制器，双向DCDC变换器一端与直流母线的正负极相连，另一端与锂电池相连接，测量滤波器设于锂电池与双向DCDC变换器的正极之间，测量滤波器输出到电流控制器，电流控制器输出到脉宽调制器，脉宽调制器与双向DCDC变换器相连接；

超级电容模块包括：超级电容、DCDC变换器、测量滤波器、电流控制器、脉宽调制器，DCDC变换器一端与直流母线的正负极相连，另一端与超级电容相连接，测量滤波器设于锂电池与DCDC变换器的正极之间，测量滤波器输出到电流控制器，电流控制器输出到脉宽调制器，脉宽调制器与DCDC变换器相连接；

负载模块包括：三相负载和DCDC逆变器，DCDC逆变器一端与直流母线相连，另一端与三相负载连接；

能量管理系统需要将燃料电池、锂电池和超级电容能量合理分配给负载，并在制动时需将反馈的能量回收以提高电能利用率。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池联合供电系统，其特征在于：

所述单向DCDC变换器作为燃料电池电力变换器，它将燃料电池额定时的较低电压转化为较高的直流母线电压，升压变换器由高频电感L1、输出滤波电容C1、二极管D1和主开关S1组成，开关S2是备用的关断设备用于保护因S1损坏或调节器故障导致地燃料电池短路，升压变换器基于电流环控制，通过适当控制变换器开关S1的导通占空比系数。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池联合供电系统，其特征在于：

双向DCDC变换器用于将直流母线与锂电池互联，使得蓄电池能充电放电，由高频电感L2、输出滤波电容C2、开关器件S3和S4组成，锂电池充电模式下，S3开关和S4的二极管作为单向降压变换器将直流母线电能输送给电池，电池放电模式下，S4开关和S3的二极管作为单向变换器将锂电池能量输送给直流母线，使用两象限斩波模型建模，通过占空比控制使得能量能双向流动。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池联合供电系统，其特征在于：

所述燃料电池为质子交换膜燃料电池。

5.一种使用权利要求1所述的一种燃料电池联合供电系统的能量管理方法，其特征在于：

所述能量管理方法：该方法通过直流母线电压控制环、超级电容电压控制环、锂电池电压控制环、锂电池充电控制环和能量管理系统计算出各环节时的能量守恒数据，使快速的储能设备完成直流总线电压调节，使得燃料电池平稳工作，而负载回馈能量时为储能设备充电，利用快速的超级电容完成直流总线电压调节，锂电池则将能量供给超级电容，而燃料电池则将能量供给锂电池，超级电容DCDC变换器实现直流母线电压调节，双向DCDC变换器用于维持超级电容充电状态时的剩余电量值，单向DCDC变换器则利用电池电压调节维持锂电池充电状态时的剩余电量值。