[发明专利]一种燃料电池动力系统及其输出功率控制方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池动力系统及其输出功率控制方法，燃料电池动力系统包括燃料电堆单元、电池管理单元、储能单元和空压机，空压机的出口与燃料电堆单元的空气入口连通，用于向燃料电堆单元提供高压空气，电池管理单元分别与储能单元、燃料电堆单元电连接，用于控制储能单元、燃料电堆单元的运行参数，储能单元与空压机电连接，储能单元用于为空压机提供电能。与现有技术相比，该空压机的电能全部由储能单元提供，系统加载时能够减少对燃料电堆单元输出功率的消耗，以提升电堆对系统外部输出功率的响应速度，系统降载时空压机动能回收至储能单元，以实现快速降低供气流量，有效提高了空压机的动态响应速度，从而提高了系统输出功率的响应速度。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池动力系统及其输出功率控制方法。

背景技术

近年来，随着环境污染问题越来越严重，防止环境污染、保护环境和维持生态平衡，已经成为社会可持续发展的要求。燃料电池是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料(如氢气、天然气等)和氧化剂中的化学能直接转化为电能的高效发电装置，主要生成物是水，基本不排放有害气体，因此燃料电池具有无污染、零排放和能量转化效率高的特点。由于传统的石油能源早已无法满足现在的汽车工业的动力需求，性能优越的燃料电池被广泛认为是未来电动汽车能源方案的最佳选择。

典型的燃料电池动力系统架构包括燃料电池、输出控制电路和燃料电池的反应环境供给组件，而燃料电池的反应环境供给组件一般响应速度较低，在动态工况下，燃料电池的反应环境要达到理想状态需要毫秒级响应时间，现有方案难以实现。

空压机是反应环境供给组件中的主要部件，用于向燃料电池的阴极提供氧气，空压机由电机和膨胀机共同驱动，通过对阴极气体进行增压，可以提高燃料电池的功率密度和效率，减小燃料电池动力系统的尺寸。但空压机的寄生功耗很大，约占燃料电池辅助功能的80％，直接影响燃料电池发动机中的化学计量比，进而影响燃料电池动力系统的动态响应速度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池动力系统及其输出功率控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池动力系统，包括燃料电堆单元、电池管理单元、储能单元和空压机，所述空压机的出口与所述燃料电堆单元的空气入口连通，用于向所述燃料电堆单元提供高压空气，所述电池管理单元分别与所述储能单元、所述燃料电堆单元电连接，用于控制所述储能单元、所述燃料电堆单元的运行参数，所述储能单元与所述空压机电连接，所述储能单元用于为所述空压机提供电能。

在其中一个实施例中，所述燃料电池动力系统还包括输出功率监测单元，所述输出功率监测单元与所述电池管理单元电连接，并用于向所述电池管理单元传递输出功率信号。

在其中一个实施例中，所述输出功率监测单元还与所述空压机电连接，并用于向所述空压机传递输出功率信号。

在其中一个实施例中，所述燃料电池动力系统还包括燃料单向DC/DC变换器，所述燃料电堆单元通过所述燃料单向DC/DC变换器与所述电池管理单元电连接，用于向所述电池管理单元提供直流电能。

在其中一个实施例中，所述燃料电池动力系统还包括外部负载，所述外部负载与所述电池管理单元电连接，所述电池管理单元还用于向所述外部负载提供电能。

在其中一个实施例中，所述储能单元包括储能电池和储能单向DC/DC变换器，所述储能电池通过储能单向DC/DC变换器与所述电池管理单元电连接。

在其中一个实施例中，所述储能单元还包括具有动能回收功能的电机控制器，所述储能电池通过所述电机控制器与所述空压机电连接。

一种燃料电池动力系统的输出功率控制方法，适用于上述的燃料电池动力系统，包括如下步骤：