[发明专利]以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩

摘要

本发明揭示了一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，包括整车控制系统、电机控制系统、智能配电系统、电动汽车电机、电池管理系统、燃料供给系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系统、动力电池系统；整车控制系统分别连接电机控制系统、电池管理系统、燃料电池系统、动力电池系统；电机控制系统分别连接智能配电系统、电动汽车电机；智能配电系统分别连接电池管理系统、燃料电池系统、智能充电桩、应急电源系统、动力电池系统。本发明提出的以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，采用无污染的醇氢燃料来解决电动车的续航、充电以及通信基站的供电问题，具有操作方便、启动时间短、充电时间长、占用空间小、重量轻、低噪、无污染等特点。

主权项

一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩，其特征在于，所述充电桩包括：整车控制系统(1)、电机控制系统(2)、智能配电系统(3)、电动汽车电机(4)、电池管理系统(5)、燃料供给系统(6)、燃料电池系统(7)、智能充电桩(8)、应急电源系统(9)、动力电池系统(10)；所述整车控制系统(1)分别连接电机控制系统(2)、电池管理系统(5)、燃料电池系统(7)、动力电池系统(10)；电机控制系统(2)分别连接智能配电系统(3)、电动汽车电机(4)；智能配电系统(3)分别连接电池管理系统(5)、燃料电池系统(7)、智能充电桩(8)、应急电源系统(9)、动力电池系统(10)；燃料供给系统(6)连接燃料电池系统(7)；所述整车控制系统(1)用于采集司机驾驶和车辆状态，给电机控制系统(2)发出信号，经智能配电系统(3)从动力电池系统(10)获取电能启动车辆，按整机控制系统(1)发出的指令，控制电动汽车电机(4)进行工作；所述电动汽车电机(4)包括直流有刷电机、感应电机、稀土永磁电机、开关磁阻电机；与此同时，燃料电池系统(7)按设定参数运行，当整车所需功率大于燃料电池系统(7)输出功率时，由电池组补充一部分电能；当整车所需功率小于燃料电池系统(7)输出功率时，多余的电能则对电池组进行充电；当整车所需功率与燃料电池系统输出功率一致时，由燃料电池系统(7)供电，电池组不进行工作；在这样的工作机制下进行循环工作，达到能量的优化利用，直至燃料消耗到设定值，此时通过燃料供给系统(6)添加燃料甲醇，有效的增加电动汽车的续航里程；所述燃料供给系统(6)根据各种不同工况的要求，为燃料电池系统提供按设定比例配制好的燃料；所述燃料供给系统(6)包括金属氢化物储氢方式储氢，或者通过甲醇重整制氢，或者通过高压钢瓶储氢方式储氢；所述燃料电池系统(7)的核心部件为燃料电池，是一种将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置；所述燃料电池系统(7)包括质子交换膜燃料电池或/和甲醇燃料电池或/和固体氧化物燃料电池；所述智能充电桩(8)根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电，实现对电池快速、高效、安全、合理的能量补给装置；所述智能充电桩(8)包括直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩；所述应急电源系统(9)由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统；其中电源系统由整流设备、直流配电设备、蓄电池组、直流变换器、机架电源设备和相关的配电线路组成的总体；输配电系统主要是完成电能的输送和分配；它包括电能传输过程中途径的所有变电所和各种不同电压等级的电力线路；所述动力电池系统(10)通过并联或串联多个单体动力电池，为车辆提供动力来源的电源，满足汽车多变的运行环境；电动汽车在行驶中电能耗尽抛锚或者无公共充电设备区域应急充电的情况下，车主通过电话或手机APP发出求救信号，车辆到达现场，直接从智能充电桩取枪给故障车辆进行快速充电；当燃料电池系统(7)输出功率小于故障车辆电池组容量时，由动力电池系统(10)补充，保证30～40min内给故障车辆充满10～15度电；完成后，由燃料电池系统(7)给自身电池组进行充电，满足对下一故障车辆的救援工作；当燃料耗尽，通过添加燃料或新的离网式多功能充电桩开过来继续提供服务；通信基站遭遇恶劣天气、自然灾害造成脱网，在备用续航电源耗尽前迅速赶到现场，通过应急电源系统(9)为基站提供电源，保证基站的正常运行；电动汽车电机(4)包括变频驱动电机；由变频驱动电机、电机控制系统、动力电池系统和整车控制系统组成电动汽车运载平台，实现移动性；燃料供给系统用于存储燃料电池系统工作所需的甲醇水燃料并监控燃料的数量，当低于设定值时发出报警信号；燃料电池系统集成了甲醇重整制氢模块和高温质子交换膜电堆，甲醇重整制氢模块现场将甲醇水溶液采用部分氧化重整制氢技术和Pd‑Cu合金催化剂，生产氢气含量45％～60％、一氧化碳含量低于0.5％的富氢气体用于高温质子交换膜电堆HT‑PEMFC发电；高温质子交换膜电堆工作温度160℃～180℃，工作压力为1～3atm，将电极催化剂铂的一氧化碳耐受容量提高到3％，从而保证其既可以在富氢燃料下长期稳定工作，又省去了富氢提纯为纯氢的贵金属器件；智能配电系统主控板采用ARM芯片进行电路设计，分为四层设计，即顶层布线、中间接地层、中间电源层、底层布线；主控板软件采用IAR编译器建立工程文件，将uC/OS‑II嵌入式操作系统的相关程序经过裁减后下载至STM32F103；其主要工作模式有三种：工作模式一：将燃料电池系统生产的电力用于补充动力电池系统的消耗，作为纯电动汽车PEV的增程器，实现了燃料电池与车载动力电池混动，提高运载平台的续航里程；工作模式二：将燃料电池系统生产的电力与动力电池系统存储的电力共同用于车载智能充电桩的电力能源供应，既能在短时间内为其他电动车进行快速充电，又能控制燃料电池系统功率需求；工作模式三：将燃料电池系统生产的电力与动力电池系统存储的电力共同用于车载应急电源系统的电力能源供应，实现对通信基站、施工现场、抗震救灾以及临时大型活动的备用电力供应保障。