[发明专利]一种带增程式燃料电池的拖拉机混合动力系统及控制方法

权利要求书

1.一种带增程式燃料电池的拖拉机混合动力系统，其特征在于：包括内燃机总成（1）、发电机总成（2）、增程式燃料电池总成（3）、动力电池（4）、驱动电机总成（5）、动力耦合装置（6）、行走装置（7）和作业装置总成（8）；所述内燃机总成（1）分别与发电机总成（2）和动力耦合装置（6）连接；所述发电机总成（2）和增程式燃料电池总成（3）同时与动力电池（4）连接；所述动力电池（4）与驱动电机总成（5）连接；所述驱动电机总成（5）分别与动力耦合装置（6）和作业装置总成（8）连接，所述动力耦合装置（6）与行走装置（7）连接；所述增程式燃料电池总成（3）包括燃料电池本体（31）、空气增压组件（32）和甲醇重整组件（33），所述空气增压组件（32）与燃料电池本体（31）的阴极进气口连通，所述甲醇重整组件（33）与燃料电池本体（31）的阳极进气口连通；

所述空气增压组件（32）包括由内燃机尾气驱动的叶轮（321）、涡轮（322）和空气压缩机（323），所述涡轮（322）由叶轮（321）驱动，所述涡轮（322）出风口连接有主增压管（324），所述主增压管（324）与燃料电池本体（31）的阴极进气口连通，所述主增压管（324）与燃料电池本体（31）的阴极进气口连接处设有第一单向阀（325），所述第一单向阀（325）向燃料电池本体（31）的阴极进气口一侧单向导通，所述第一单向阀（325）与涡轮（322）出风口之间的主增压管（324）上设有主增压管（324）与大气连通的排风管（326），所述排风管（326）的入口处设有调节阀（327）；所述空气压缩机（323）出风口设有连接有副增压管（328），所述副增压管（328）与燃料电池本体（31）的阴极进气口连通,所述副增压管（328）中设有第二单向阀（329），所述第二单向阀（329）向燃料电池本体（31）的阴极进气口一侧单向导通；

所述甲醇重整组件（33）包括甲醇重整器（331）、甲醇罐（332）、加热器（333）和内燃机尾气加热管（334），所述甲醇罐（332）与甲醇重整器（331）连通，所述甲醇重整器（331）的出气口与燃料电池本体（31）的阳极进气口连通，所述加热器（333）和内燃机尾气加热管（334）分别给甲醇重整器（331）加热；

包括总控制器（9）和控制面板（10），所述控制面板（10）向总控制器（9）发出控制指令；所述内燃机总成（1）包括内燃机控制器（11）、第一离合器（12）和第二离合器（13），所述内燃机总成（1）通过第一离合器（12）与动力耦合装置（6）连接，所述内燃机总成（1）通过第二离合器（13）与发电机总成（2）连接，所述总控制器（9）分别控制内燃机控制器（11）、第一离合器（12）和第二离合器（13）；所述发电机总成（2）包括发电机控制器（21），所述总控制器（9）控制发电机控制器（21）；所述驱动电机总成（5）包括驱动电机控制器（51）、第三离合器（52）和第四离合器（53），所述驱动电机总成（5）通过第三离合器（52）与动力耦合装置（6）连接，所述驱动电机总成（5）通过第四离合器（53）与作业装置总成（8）连接，所述总控制器（9）分别控制驱动电机控制器（51）、第三离合器（52）和第四离合器（53）；所述行走装置（7）包括挡位变速箱（71），所述总控制器（9）控制挡位变速箱（71）；所述甲醇重整组件（33）还包括甲醇泵（335），所述总控制器（9）控制甲醇泵（335）；所述燃料电池本体（31）的阴极进气口设有空气流量计（34），所述空气流量计（34）将空气流量数据反馈给总控制器（9），所述总控制器（9）根据空气流量数据控制空气压缩机（323）的转速和调节阀（327）的开度；所述甲醇重整器（331）内设有温度传感器（35），所述温度传感器（35）将甲醇重整器（331）内的温度值反馈给总控制器（9），所述总控制器（9）根据温度值控制加热器（333）的加热功率。

2.根据权利要求1所述的带增程式燃料电池的拖拉机混合动力系统的控制方法，其特征在于：包括五种驱动模式和两种发电模式，所述五种驱动模式为超负荷模式、犁耕模式、旋耕模式、田间转移模式和道路行走模式；所述两种发电模式为内燃机发电模式与燃料电池发电模式；

所述超负荷模式：第一离合器（12）和第三离合器（52）啮合，同时第二离合器（13）和第四离合器（53）分离，挡位变速箱（71）切换至Ⅰ档，内燃机总成（1）和驱动电机总成（5）同时通过动力耦合装置（6）给行走装置（7）提供动力，经过行走装置（7）的挡位变速箱（71）的挡位切换实现大扭矩输出；

所述犁耕模式：驱动电机总成（5）不工作，第三离合器（52）和第四离合器（53）分离，内燃机总成（1）工作，第一离合器（12）啮合，同时第二离合器（13）分离，挡位变速箱（71）切换至Ⅰ档，内燃机总成（1）通过动力耦合装置（6）给行走装置（7）提供动力，经过行走装置（7）的挡位变速箱（71）的挡位切换满足犁耕模式的动力需求；

所述旋耕模式：第一离合器（12）和第四离合器（53）啮合，同时第二离合器（13）和第三离合器（52）分离，挡位变速箱（71）切换至Ⅱ档，驱动电机总成（5）通过第四离合器（53）驱动作业装置总成（8），内燃机总成（1）通过动力耦合装置（6）给行走装置（7）提供动力，经过行走装置（7）的挡位变速箱（71）的挡位切换满足旋耕模式的动力需求；

所述田间转移模式：第三离合器（52）啮合，第一离合器（12）和第四离合器（53）分离，挡位变速箱（71）切换至Ⅲ档，驱动电机总成（5）通过动力耦合装置（6）给行走装置（7）提供动力，经过行走装置（7）的挡位变速箱（71）的挡位切换满足田间转移模式的动力需求；

所述道路行走模式：第三离合器（52）啮合，第一离合器（12）和第四离合器（53）分离，挡位变速箱（71）切换至Ⅳ档，驱动电机总成（5）通过动力耦合装置（6）给行走装置（7）提供动力，经过行走装置（7）的挡位变速箱（71）的挡位切换满足道路行走模式的转速和扭矩需求；

所述内燃机发电模式：当动力电池（4）电量不足时，通过控制面板（10）向总控制器（9）发出指令切换至内燃机发电模式，总控制器（9）控制第二离合器（13）啮合，内燃机总成（1）驱动发电机总成（2）工作，通过发电机控制器（21）给动力电池（4）充电；

所述燃料电池发电模式：当动力电池（4）电量不足时，通过控制面板（10）向总控制器（9）发出指令切换至燃料电池发电模式，总控制器（9）控制甲醇泵（335）从甲醇罐（332）给甲醇重整器（331）提供甲醇，甲醇重整器（331）产生的氢气进入燃料电池本体（31）的阳极，温度传感器（35）检测甲醇重整器（331）内部温度，当温度值低设定值时，启动加热器（333）；所述空气流量计（34）检测燃料电池本体（31）阴极的进气量，当进气量低于设定值时，启动空气压缩机（323），当进气量大于设定值时，降低空气压缩机（323）的功率或者关闭空气压缩机（323）；当关闭空气压缩机（323）后，涡轮（322）产生的进气量仍然大于设定值时，通过调节阀（327）的开度调节燃料电池本体（31）阴极的进气量，将多余的压缩空气从排风管（326）排出。