[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

说明书

本发明公开了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，包括内燃机总成、发电机总成、增程式燃料电池总成、动力电池、驱动电机总成、动力耦合装置、行走装置和作业装置总成；所述内燃机总成和增程式燃料电池总成作为混合动力源输出动力驱动行走装置和作业装置，同时产生电能给动力电池充电；所述增程式燃料电池总成包括燃料电池本体、空气增压组件和甲醇重整组件，所述甲醇重整组件和空气增压组件向燃料电池本体提供氢气和压缩空气；控制方法包括五种驱动模式和两种发电模式；有益效果：本发明具有燃料加注速度快，续航里程长的优势；利用内燃机尾气提升了系统能量利用率；通过各模式的切换能够适合拖拉机各种作业工况的动力需求。

技术领域

本发明涉及一种拖拉机混合动力系统及控制方法，特别涉及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，属于混合动力技术领域。

背景技术

伴随着技术的发展，以及国家对农业机械化的重视和相关政策的扶持，农用拖拉机朝着电动化和智能化发展的步伐进一步加快，对农用机械的功能要求和续航能力也不断提高。

传统燃料电池发动机在工作时需要一定流量的空气作为氧化剂，常规燃料电池发动机均采用空压机进行空气增压，空压机工作时需要消耗大量能量，研究表明，空压机消耗的电能约占燃料电池输出电能的10%~20%。而内燃机在工作时排放的尾气具有较高的惯性势能和热能，现实中往往没有对尾气中的气体惯性势能及热能进行利用将其就排入了大气环境。

传统的内燃机供能农机存在着很多缺陷，作业时排放大量有害气体，同时对燃油的消耗量较大，经济性较低，不符合当前追求环保和可持续发展的趋势。而使用纯电力作为动力源的农机不可避免地存在续航能力较差和电池的可靠性问题，一旦蓄电池能力量耗尽或电池出现问题，田间等作业环境不能及时充电，必然影响作业工作的持续时长和工作效率。而且现有的农机多采用同一电动机或发动机供能实现农机的行走和作业功能，在遇到复杂的田间作业环境爬坡和翻越障碍物时易导致发动机或电动机的输出功率不足，影响农机行走和作业的协调能力。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，提供一种具有高能量利用率、低排放、长续航能力和大功率、变功率输出能力的带增程式燃料电池的拖拉机混合动力系统及控制方法。

技术方案：一种带增程式燃料电池的拖拉机混合动力系统，包括内燃机总成、发电机总成、增程式燃料电池总成、动力电池、驱动电机总成、动力耦合装置、行走装置和作业装置总成；所述内燃机总成分别与发电机总成和动力耦合装置连接；所述发电机总成和增程式燃料电池总成同时与动力电池连接；所述动力电池与驱动电机总成连接；所述驱动电机总成分别与动力耦合装置和作业装置总成连接，所述动力耦合装置与行走装置连接；所述增程式燃料电池总成包括燃料电池本体、空气增压组件和甲醇重整组件，所述空气增压组件与燃料电池本体的阴极进气口连通，所述甲醇重整组件与燃料电池本体的阳极进气口连通。本发明采用内燃机和增程式燃料电池混合作为混合动力源，降低了系统有害气体的排放，具有燃料加注速度快，续航里程长的优势。

优选项，为了提高能源利用率，所述空气增压组件包括由内燃机尾气驱动的叶轮、涡轮和空气压缩机，所述涡轮由叶轮驱动，所述涡轮出风口连接有主增压管，所述主增压管与燃料电池本体的阴极进气口连通，所述主增压管与燃料电池本体的阴极进气口连接处设有第一单向阀，所述第一单向阀向燃料电池本体的阴极进气口一侧单向导通，所述第一单向阀与涡轮出风口之间的主增压管上设有主增压管与大气连通的排风管，所述排风管的入口处设有调节阀；所述空气压缩机出风口设有连接有副增压管，所述副增压管与燃料电池本体的阴极进气口连通,所述副增压管中设有第二单向阀，所述第二单向阀向燃料电池本体的阴极进气口一侧单向导通。当内燃机工作时，以内燃机尾气驱动产生的压缩空气为主给燃料电池本体的阴极，当进气量不足时由空气压缩机产生的压缩空气为补充；当内燃机尾气驱动产生的压缩空气超过燃料电池本体的阴极需要的进气量时，通过控制调节阀的开度对进气量进行调节。