專利名稱：緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明涉及新能源領(lǐng)域，具體地，涉及緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池車工作時(shí)，作為燃料的氫氣在車輛搭載的燃料電池中與大氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能啟動電動機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動車輛；這類化學(xué)反應(yīng)除了電能就只產(chǎn)生水，因而燃料電池車被稱為“地道的環(huán)保車”。此外，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)高2 3倍。因此不管是從能源的利用，或是從環(huán)境保護(hù)方面來看，燃料電池車都是理想的車輛。近年來，燃料電池車更是取得了重大進(jìn)展。世界著名汽車制造廠，如戴姆勒-克萊斯勒、福特、豐田和通用汽車公司均紛紛進(jìn)駐燃料電池車制造領(lǐng)域；車載燃料電池技術(shù)因此也取得了顯著的進(jìn)步。鑒于燃料電池相對于內(nèi)燃機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)，工程師們已嘗試將燃料電池應(yīng)用于多種交通工具作為能源供給，但遺憾的是這樣的應(yīng)用僅在轎車、大巴等大型車輛上獲得成功，而在叉車等小型車輛上幾乎沒有理性的方案。經(jīng)對現(xiàn)有公開文獻(xiàn)的檢索，名稱為“ー種燃料電池汽車的能量混合型動カ系統(tǒng)”、申請?zhí)枮椤?00610011555. I”的中國發(fā)明專利申請存在如下問題I、除給動カ系統(tǒng)供電的蓄電池組外，啟動時(shí)需要使用額外配置的24V蓄電池，為了對24V蓄電池充電還額外設(shè)置了 24VDC/DC變換器；造成了系統(tǒng)零件繁多，故障點(diǎn)多，同時(shí)也造成零件對應(yīng)的線路繁多，占用大量的空間，系統(tǒng)體積無法精筒。2、其整車控制器一直連接在24V蓄電池上，通過24V蓄電池供電；因此，整車控制器一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、造成系統(tǒng)能耗高。3、整車控制器通過鑰匙信號控制大功率繼電器K2對燃料電池輔助系統(tǒng)供電，啟動燃料電池；啟動后再切換為大功率繼電器Kl通過燃料電池對燃料電池輔助設(shè)備供電；繼電器過多，造成系統(tǒng)繁瑣，體積無法精簡。4、采用分散的燃料電池控制器、整車控制器、蓄電池能量管理系統(tǒng)；每個(gè)裝置均需要外殼保護(hù)，這就造成了體積過大；各裝置之間需要線路連接，線束繁多；這些均不利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)體積的緊湊。5、燃料電池輔助系統(tǒng)直接從燃料電池取電，由于燃料電池的電壓范圍波動較大，需要定制控制器或者電源來對輔助系統(tǒng)供電；這將造成系統(tǒng)成本居高不下。當(dāng)采用類似上述專利中繁瑣的系統(tǒng)來設(shè)計(jì)叉車用燃料電池系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)將需要重新設(shè)計(jì)叉車。例如名稱為“FUEL CELL INDUSTRIAL VEHICLE”公開號為“US2009236182A1” 的美國專利文獻(xiàn)，以及名稱為“FUEL CELL INDUSTRIAL VEHICLE”、公開號為“CA2659135A1”的加拿大專利文獻(xiàn)。這兩件專利文獻(xiàn)所公開的設(shè)計(jì)方案必須重新制造叉車，而無法直接取代鉛酸電池而不對叉車系統(tǒng)進(jìn)行改造。此外，現(xiàn)有技術(shù)可以直接放進(jìn)叉車的燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)臃腫繁雜。用戶反應(yīng)系統(tǒng)故障率高、維護(hù)麻煩。零部件周圍沒有空間可以用來拆卸，維護(hù)操作。不得不先拆卸不需要維修零件，騰出空間后在來進(jìn)行拆卸需要維修的零件。電子控制原件周圍沒有空間將會影響散熱，散熱不足將會造成電子元器件的性能下降甚至失效。嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，包括燃料電池、DCDC變換單元、接觸器、蓄能裝置、控制器、輔助系統(tǒng)，其特征在于，還包括電源輸出端、操作控制單元，其中，所述接觸器為常開型大電流接觸器，所述DCDC變換單元包括相連接的DCDC變換器和大功率二極管，所述燃料電池的輸出端連接所述DCDC變換單元的輸入端，DCDC變換單元通過所述接觸器連接所述蓄能裝置，所述DCDC變換單元的輸出端還連接所述電源輸出端和所述輔助系統(tǒng)所包含的大功率輔助部件，所述蓄能裝置的端口通過 所述接觸器連接所述電源輸出端和輔助系統(tǒng)，所述操作控制單元分別連接所述蓄能裝置、DCDC變換單元、控制器，所述控制器分別連接所述燃料電池、D⑶C變換單元、接觸器的控制端、蓄能裝置、輔助系統(tǒng)，所述操作控制單元用于接收操作信號并為所述控制器和DCDC變換單元供電，所述控制器用于接收所述操作控制單元根據(jù)所述操作信號生成的操作指令并根據(jù)所述操作指令控制所述接觸器、DCDC變換單元、輔助系統(tǒng)，所述控制器還用于測量所述燃料電池的狀態(tài)參數(shù)、測量所述蓄能裝置的狀態(tài)參數(shù)、測量所述輔助系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)和接收所述DCDC變換單元的狀態(tài)數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述燃料電池的輸出端連接所述D⑶C變換器的輸入端，所述D⑶C變換器的輸出端正極連接所述大功率二極管的正極，所述大功率二極管的負(fù)極通過所述接觸器連接所述蓄能裝置，所述DCDC變換器連接所述控制器并接受所述控制器的控制，所述DCDC變換器連接所述操作控制單元并接收所述操作控制單元的供電。優(yōu)選地，所述大功率二極管放置在所述D⑶C變換器的散熱通道上。優(yōu)選地，還包括監(jiān)測顯示器，所述監(jiān)測顯示器連接所述控制器。優(yōu)選地，還包括開關(guān)機(jī)按鈕，所述開關(guān)機(jī)按鈕分別連接所述操作控制單元和控制器。優(yōu)選地，還包括無線遙控器，所述無線遙控器以無線方式連接所述操作控制單元。優(yōu)選地，還包括急停按鈕，所述急停按鈕連接所述操作控制單元。優(yōu)選地，所述操作控制單元根據(jù)接收到的開機(jī)操作信號改變與所述DCDC變換單元、以及控制器的電連接狀態(tài)。優(yōu)選地，所述D⑶C變換單元的狀態(tài)數(shù)據(jù)包括D⑶C輸入電流、D⑶C輸入電壓。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果I、通過緊湊型的設(shè)計(jì)布局，在本發(fā)明中的燃料電池電源系統(tǒng)相比現(xiàn)有技術(shù)(例如申請?zhí)枮椤?00610011555. I”的中國發(fā)明專利申請)省略了 24V蓄電池、24V DC/DC變化器、以及I個(gè)開關(guān)，這樣，通過零部件、以及對應(yīng)線路等的減少，提高了系統(tǒng)的可靠性；體積的縮減使得系統(tǒng)有足夠的空間來安裝維護(hù)，有利于電子元器件的散熱；進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性；同時(shí)降低了成本；
2、D⑶C變換器的輸入端直接連接在燃料電池的輸出端，因此D⑶C變換器的輸入電壓就是燃料電池的輸出電壓；此時(shí)，無需像傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)在燃料電池輸出端設(shè)置輸出電壓測量裝置，而是可以通過DCDC變換器中的輸入電壓測量模塊得到燃料電池的輸出電壓，并通過D⑶C變換器中的CAN通訊模塊將該輸出電壓輸送至控制器。通過這樣的方式，減少了電壓測量裝置和連接線路，節(jié)約了空間，減少了能耗，降低了成本；3、D⑶C變換器的輸入端直接連接在燃料電池的輸出端，因此D⑶C變換器的輸入電流就是燃料電池的輸出電流；此時(shí)，無需像傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)在燃料電池輸出端設(shè)置輸出電流測量裝置，而是可以通過DCDC變換器中的輸入電流測量模塊得到燃料電池的輸出電流，并通過D⑶C變換器中的CAN通訊模塊將該輸出電流輸送至控制器。通過這樣的方式，減少了電流測量裝置和連接線路，節(jié)約了空間，減少了能耗，降低了成本；例如，專利申請?zhí)枮椤?00610011555. I”的中國發(fā)明專利申請所公開的技術(shù)方案，由于輔助系統(tǒng)直接從燃料電池取電，DCDC變換器將無法采集到燃料電池的輸出電流，就需要在燃料電池輸出端設(shè)置相應(yīng)的電流測量裝置。
4、大功率輔助部件連接在DOTC變換單元輸出端，通過接觸器同時(shí)可以與蓄能裝置(蓄能裝置可以為蓄電池或超級電容)連接。這樣的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)工作時(shí)，當(dāng)DCDC變換單元輸出電壓高于蓄能裝置的輸出電壓吋，由DCDC變換單元給大功率輔助部件供電；反之，由蓄能裝置給大功率輔助部件供電。由于DCDC變換單元和蓄能裝置的輸出電壓均較穩(wěn)定，大功率輔助部件可以得到ー個(gè)比較穩(wěn)定的電源，電壓范圍波動遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于燃料電池，因此不需要再對輸入大功率輔助部件的電源電壓進(jìn)行變換，不需要使用定制的零部件，節(jié)約成本的同時(shí)，提高了大功率輔助部件的工作效率及使用壽命；5、控制器是一體化設(shè)計(jì)的控制器；集成化的設(shè)計(jì)減少了外殼、縮短了線路。此外，本發(fā)明系統(tǒng)的控制器僅在系統(tǒng)工作時(shí)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，不存在申請?zhí)枮椤?00610011555. I”的對比專利文獻(xiàn)所公開技術(shù)方案中控制器一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)造成的系統(tǒng)能耗高的問題；6、不同于申請?zhí)枮椤?00610011555. I”的對比專利文獻(xiàn)，本發(fā)明中的大功率ニ極管設(shè)置在DCDC變換器的輸出端正極，從而在保護(hù)燃料電池的基礎(chǔ)上，還能夠進(jìn)ー步保護(hù)DCDC變換器。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯圖I為根據(jù)本發(fā)明提供的第一實(shí)施例的緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I所示緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)中的DCDC變換單元的具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明提供的第一實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選例的緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)中大功率ニ極管的位置示意圖；圖4為燃料電池混合電源能量管理方法的總框架流程圖；圖5為第一種燃料電池混合電源能量管理方法的流程圖；圖6為第二種燃料電池混合電源能量管理方法的流程圖；圖7為第三種燃料電池混合電源能量管理方法的流程圖；圖8為第四種燃料電池混合電源能量管理方法的流程圖9為預(yù)期DCDC變換單元輸出電流為恒定值充電的電流曲線示意圖；圖IO為系統(tǒng)極限電流測試曲線圖；圖11為蓄能裝置電壓第一設(shè)定值Umax選定示意圖；圖12為蓄能裝置電壓第一設(shè)定值Umax修正過程的示意圖；圖13為蓄能裝置充電容量/額定容量與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線圖；
圖14為叉車用燃料電池電源系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖15為叉車用燃料電池電源系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
A-I ；圖16為叉車用燃料電池電源系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
A-2 ；圖17為改進(jìn)的叉車用燃料電池電源系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖18為改進(jìn)的叉車用燃料電池電源系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
B-I ；圖19為改進(jìn)的叉車用燃料電池電源系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
B-2 ；圖20為小型化叉車用燃料電池電源系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖21為小型化叉車用燃料電池電源系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
C-I ；圖22為小型化叉車用燃料電池電源系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
C-2。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖I為根據(jù)本發(fā)明提供的第一實(shí)施例的緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，在本實(shí)施例中，所述緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，包括燃料電池1、DCDC變換單元2、接觸器3、蓄能裝置4、電源輸出端5、操作控制單元6、控制器7、輔助系統(tǒng)8，其中，所述接觸器3為常開型大電流接觸器，所述DCDC變換單元2包括相連接的DCDC變換器21和大功率二極管22。具體地，所述燃料電池I的輸出端連接所述D⑶C變換單元2的輸入端，D⑶C變換單元2通過所述接觸器3連接所述蓄能裝置4，所述DCDC變換單元2的輸出端還連接所述電源輸出端5和所述輔助系統(tǒng)8所包含的大功率輔助部件80，所述蓄能裝置4的端口通過所述接觸器3連接所述電源輸出端5和輔助系統(tǒng)8，所述操作控制單元6分別連接所述蓄能裝置4、D⑶C變換單元2、控制器7，所述控制器7分別連接所述燃料電池I、D⑶C變換單元2、接觸器3的控制端、蓄能裝置4、輔助系統(tǒng)8。在本實(shí)施例中，所述DCDC變換單元2的輸出端正極通過所述接觸器3連接所述蓄能裝置4的正極，所述DCDC變換單元2的輸出端負(fù)極通過所述接觸器3連接所述蓄能裝置4的負(fù)極，所述蓄能裝置4的正極通過所述接觸器3連接所述電源輸出端5的正極和輔助系統(tǒng)8的正極，所述蓄能裝置4的負(fù)極直接連接所述電源輸出端5的負(fù)極和輔助系統(tǒng)8的負(fù)極；而在本實(shí)施例的一個(gè)變化例中，與圖I所示第一實(shí)施例的區(qū)別在于，在本變化例中，所述接觸器3的連接位置變化為所述接觸器3連接在所述DCDC變換單元2的輸出端負(fù)極與所述蓄能裝置4的負(fù)極之間，而所述DCDC變換單元2的輸出端正極與所述蓄能裝置4的正極之間直接連接，相應(yīng)地，所述蓄能裝置4的正極直接連接所述電源輸出端5的正極和輔助系統(tǒng)8的正極，所述蓄能裝置4的負(fù)極通過所述接觸器3連接所述電源輸出端5的負(fù)極和輔助系統(tǒng)8的負(fù)極。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本自然段中描述的接觸器3的兩種連接方式均可以實(shí)現(xiàn)“D⑶C變換單元2通過所述接觸器3連接所述蓄能裝置4”、以及“所述蓄能裝置4的端ロ通過所述接觸器3連接所述電源輸出端5和輔助系統(tǒng)8”。所述輔助系統(tǒng)8包括空氣供應(yīng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、氫氣安全系統(tǒng)，所述大功率輔助部件80是指輔助系統(tǒng)中的大功率部件(例如風(fēng)機(jī)、泵、散熱風(fēng)扇)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參考現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)所述輔助系統(tǒng)8及其大功率輔助部件80，在此不予贅述。所述操作控制單元6用于接收操作信號并為所述控制器7和DCDC變換單元2供電，所述控制器7用于接收所述操作控制單元6根據(jù)所述操作信號生成的操作指令并根據(jù)所述操作指令控制所述接觸器3、DCDC變換單元2、輔助系統(tǒng)8，所述控制器I還用于測量所述燃料電池I的狀態(tài)參數(shù)、測量所述蓄能裝置4的狀態(tài)參數(shù)、測量所述輔助系統(tǒng)8的狀態(tài)參數(shù)和接收所述DCDC變換單元2的狀態(tài)數(shù)據(jù)。所述DCDC變換器21包括CAN通訊模塊、輸入電壓測量模塊、輸入電流測量模塊、輸出電壓測量模塊、輸出電流測量模塊。優(yōu)選地，DCDC變換器21可以根據(jù)CAN通訊模塊的通訊數(shù)據(jù)控制輸出電流、電壓的具體數(shù)值；還通過CAN通 訊模塊輸出輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流等數(shù)據(jù)。所述DCDC變換單兀2的狀態(tài)數(shù)據(jù)包括D⑶C輸入電流、D⑶C輸入電壓。所述控制器7是一體化設(shè)計(jì)的控制器，相當(dāng)于集成了專利申請?zhí)枮椤?00610011555. I”的中國發(fā)明專利申請中的分散的燃料電池控制器、整車控制器、蓄電池能量管理系統(tǒng)；進(jìn)ー步具體地，所述控制器7可以包括能量管理単元、燃料電池控制単元、蓄能裝置監(jiān)控單元、氫氣安全監(jiān)測單元、系統(tǒng)故障監(jiān)控單元、啟動控制単元。更為具體地，如圖2所示，所述燃料電池I的輸出端連接所述DOTC變換器21的輸入端，所述D⑶C變換器21的輸出端正極連接所述大功率ニ極管22的正極，所述大功率ニ極管22的負(fù)極通過所述接觸器3連接所述蓄能裝置4，所述DCDC變換器21連接所述控制器I并接受所述控制器7的控制，所述DCDC變換器21連接所述操作控制單元6并接收所述操作控制單元6的供電。而在本實(shí)施例的一個(gè)變換例中，與圖2所示第一實(shí)施例的區(qū)別在于，在本變化例中，所述燃料電池I的輸出端正極連接所述大功率ニ極管22的正極，所述大功率ニ極管22的負(fù)極連接所述DCDC變換器21的輸入端正極，所述燃料電池I的輸出端負(fù)極直接連接所述DCDC變換器21的輸入端負(fù)極，所述DCDC變換器21的輸出端直接通過所述接觸器3連接所述蓄能裝置4。 進(jìn)ー步地，在本實(shí)施例中，所述緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)還包括監(jiān)測顯示器91、開關(guān)機(jī)按鈕92、無線遙控器93、急停按鈕94，其中，所述監(jiān)測顯示器91連接所述控制器7，所述開關(guān)機(jī)按鈕92分別連接所述操作控制單元6和控制器7，所述無線遙控器93以無線方式連接所述操作控制單元6,所述急停按鈕94連接所述操作控制單元6。如圖I所示，當(dāng)所述開關(guān)機(jī)按鈕92或無線遙控器93給出啟動信號吋，所述操作控制單元6對所述控制器7供電，所述控制器7輸出控制信號給接觸器使作為開關(guān)的接觸器合上，所述蓄能裝置4通過所述接觸器3給所述大功率輔助部件80供電，所述輔助系統(tǒng)8中除所述大功率輔助部件80外的其他裝置(例如氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、氫氣安全系統(tǒng))由所述控制器7供電，同時(shí)，所述控制器7給所述輔助系統(tǒng)8的所有組成模塊輸出信號，從而啟動所述燃料電池I ;啟動后，所述接觸器3—直保持連通狀態(tài)。采用這樣的啟動模式，無需使用額外配置的輔助蓄電池和充電用輔助DC/DC變換器，減少了零部件以及對應(yīng)的線路、提高了系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約了空間，精簡了系統(tǒng)體積，降低了成本。在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選例中，如圖3所示，所述大功率二極管22放置在所述D⑶C變換器21的散熱通道上，這樣可以利用所述DCDC變換器的自帶的散熱風(fēng)扇2102從風(fēng)道2101排出的空氣對所述大功率二極管22散熱。省去了所述大功率二極管的散熱器2201(即鋁翅片)上的散熱風(fēng)扇，減小了散熱器的體積、節(jié)約了能源，同時(shí)也省去了對該散熱風(fēng)扇進(jìn)行供電的線路。所述操作控制單元6根據(jù)接收到的開機(jī)操作信號改變與所述DCDC變換單元、以及控制器7的電連接狀態(tài)。這樣，所述控制器7僅在系統(tǒng)工作時(shí)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，不會因?yàn)橐恢碧幱谶\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而導(dǎo)致的系統(tǒng)能耗高的問題。接下來通過本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方式
中來說明系統(tǒng)工作原理，具體地，系統(tǒng)未啟動時(shí)，所述操作控制單元6與所述控制器7、DCDC變換單元2之間未建立電連接狀態(tài)。當(dāng)所述無線遙控器93按鈕或所述開關(guān)機(jī)按鈕92被壓下時(shí)，所述操作控制單元6與所
述控制器7、DCDC變換單元2建立電連接，所述蓄能裝置4通過所述操作控制單元6供電至所述控制器7，所述控制器7的輸出信號驅(qū)動所述接觸器3連通，所述蓄能裝置4通過所述接觸器3給所述大功率輔助部件80供電，所述輔助系統(tǒng)8中除所述大功率輔助部件80外的其他裝置(例如氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、氫氣安全系統(tǒng))由所述控制器7供電，同時(shí)，所述控制器7給所述輔助系統(tǒng)8的所有組成模塊輸出工作信號，從而啟動所述燃料電池I ;所述燃料電池I輸出電力至所述DCDC變換單元2，所述控制器7根據(jù)接收到的所述燃料電池I、蓄能裝置4、D⑶C變換單元2的狀態(tài)數(shù)據(jù)信號控制所述D⑶C變換單元2輸出電流；系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下，所述DCDC變換單元2的輸出電壓高于所述蓄能裝置4輸出電壓，所述DCDC變換單元2的輸出電流通過所述電源輸出端5輸出至搭載所述燃料電池電源系統(tǒng)的小型車驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動該小型車工作，同時(shí)所述DCDC變換單元2給所述蓄能裝置4充電、給所述大功率輔助部件80、操作控制單元6供電；當(dāng)小型車處于大功率行駛狀態(tài)時(shí)，所述電源輸出端5需要輸出高功率、大電流，此時(shí)所述DCDC變換單元2輸出電流不足以滿足要求，所述蓄能裝置4將與所述DCDC變換單元2共同輸出電流通過所述電源輸出端5輸出至搭載該燃料電池電源系統(tǒng)的小型車驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動該小型車維持大功率行駛狀態(tài)；當(dāng)小型車處于制動狀態(tài)時(shí)，制動回收的電能通過電源輸出端給蓄能裝置充電。需要啟動系統(tǒng)時(shí)，壓下所述無線遙控器93按鈕或所述開關(guān)機(jī)按鈕92，所述操作控制單元6與所述控制器7、DCDC變換單元2建立電連接的同時(shí)，所述操作控制單元6輸出開關(guān)信號給所述控制器7，所述控制器7接收到開關(guān)信號后輸出保持供電信號給所述操作控制單元6，使得所述操作控制單元6與所述控制器7、DCDC變換單元2保持電連接狀態(tài)；同時(shí)，所述控制器7還驅(qū)動所述開關(guān)機(jī)按鈕92的指示燈亮起，提示系統(tǒng)啟動；此時(shí)，可松開所述無線遙控器93按鈕或所述開關(guān)機(jī)按鈕92。需要關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)，再次壓下所述無線遙控器93按鈕或所述開關(guān)機(jī)按鈕92，所述操作控制單元6輸出開關(guān)信號給所述控制器7，所述控制器7接收到開關(guān)信號后，控制所述開關(guān)機(jī)按鈕92上的指示燈閃爍(提示關(guān)機(jī)，此時(shí)可松開所述無線遙控器93的按鈕或所述開關(guān)機(jī)按鈕92)，所述控制器7同時(shí)控制所述輔助系統(tǒng)8停止工作，然后停止輸出保持供電信號給所述操作控制單元6，使得所述操作控制單元7與所述控制器7、DCDC變換單元2的電連接斷開；整個(gè)系統(tǒng)停止工作。
壓下所述急停按鈕94時(shí)，所述操作控制單元6與所述控制器7、D⑶C變換單元2之間的電連接迅速斷開，從而切斷整個(gè)系統(tǒng)的供電，使得系統(tǒng)停止工作。所述監(jiān)測顯示器91從所述控制器7獲得電力、通訊數(shù)據(jù)，在屏幕上顯示系統(tǒng)狀態(tài)、
故障信息等。接下來，通過圖4至圖13示出能夠通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的ー種燃料電池混合電源能暈
管理方法。所述燃料電池混合電源能量管理方法包括如下步驟步驟S201 :進(jìn)行初始化，具體地，首先獲取如下參數(shù)的數(shù)值_DO)C 電流第一設(shè)定值 Isetmin, -蓄能裝置電壓第一設(shè)定值Umax,-蓄能裝置電壓第二設(shè)定值Umin,_DO)C 電流偏離允許值 Ipermissible,-D⑶C允許輸出的最大電流設(shè)定值Imax,然后令D⑶C電流設(shè)定值Iset等于所述D⑶C電流第一設(shè)定值Isetmin ；步驟S202 :獲取蓄能裝置電壓Ustorage、以及ECDC變換單元實(shí)際輸出電流Idcdc,根據(jù)如下公式(I)計(jì)算DO)C電流偏離值Ideviation Ideviation=Iset-Idcdc公式(I);步驟S203 :符合如下情況的則相應(yīng)進(jìn)入步驟S204、步驟S205、或者步驟S206 -若蓄能裝置電壓Ustorage大于等于蓄能裝置電壓第一設(shè)定值Umax,則進(jìn)入步驟
5204,-若蓄能裝置電壓Ustorage小于等于蓄能裝置電壓第一設(shè)定值Umin,則進(jìn)入步驟
5205,-若蓄能裝置電壓Ustorage小于蓄能裝置電壓第一設(shè)定值Umax且大于蓄能裝置電壓第一設(shè)定值Umin,并且D⑶C電流偏離值Ideviation大于等于D⑶C電流偏離允許值Ipermissible,則進(jìn)入步驟 S206,-若蓄能裝置電壓Ustorage小于蓄能裝置電壓第一設(shè)定值Umax且大于蓄能裝置電壓第一設(shè)定值Umin，并且ECDC電流偏離值Ideviation小于D⑶C電流偏離允許值Ipermissible,則進(jìn)入步驟 S207 ；步驟S204 :如果D⑶C電流設(shè)定值Iset大于D⑶C電流第一設(shè)定值Isetmin，則逐步降低D⑶C電流設(shè)定值Iset，然后進(jìn)入步驟S207 ;如果D⑶C電流設(shè)定值Iset小于等于D⑶C電流第一設(shè)定值Isetmin，那么令ECDC電流設(shè)定值Iset等于所述ECDC電流第一設(shè)定值Isetmin，然后進(jìn)入步驟S207 ；步驟S205 :如果D⑶C電流設(shè)定值Iset小于D⑶C允許輸出的最大電流設(shè)定值Imax，則增大D⑶C電流設(shè)定值Iset，然后進(jìn)入步驟S207 ;如果D⑶C電流設(shè)定值Iset大于等于D⑶C允許輸出的最大電流設(shè)定值Imax，那么令D⑶C電流設(shè)定值Iset等于D⑶C允許輸出的最大電流設(shè)定值Imax，然后進(jìn)入步驟S207 ；步驟S206 :如果D⑶C電流設(shè)定值Iset大于D⑶C電流第一設(shè)定值Isetmin，則以最快速度降低DCDC電流設(shè)定值Iset，然后進(jìn)入步驟S207 ;如果DCDC電流設(shè)定值Iset小于等于D⑶C電流第一設(shè)定值Isetmin，那么令DCDC電流設(shè)定值Iset等于所述ECDC電流第一設(shè)定值Isetmin，然后進(jìn)入步驟S207 ；步驟S207 :發(fā)送電流設(shè)定指令給DCDC變換單元，其中，所述電流設(shè)定指令用于將D⑶C變換單元的輸出電流設(shè)定為D⑶C電流設(shè)定值Iset ;然后返回步驟S202。優(yōu)選地，所述步驟S201之前還包括依次執(zhí)行的如下步驟步驟Al :確定極限電壓Ulim，具體地，判斷負(fù)載保護(hù)電壓最高限是否大于蓄能裝置充電保護(hù)電壓；若判斷結(jié)果是肯定的，則將極限電壓Ulimit設(shè)定為等于蓄能裝置充電保護(hù)電壓；若判斷結(jié)果是否定的，則將極限電壓Ulimit設(shè)定為等于負(fù)載保護(hù)電壓最高限；步驟A2 :根據(jù)如下公式(2)確定預(yù)期D⑶C變換單元輸出電流Iexpect
權(quán)利要求
1.一種緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，包括燃料電池(I)、D⑶C變換單元(2)、接觸器(3)、蓄能裝置(4)、控制器(7)、輔助系統(tǒng)(8)，其特征在于，還包括電源輸出端(5)、操作控制單元(6)，其中，所述接觸器(3)為常開型大電流接觸器，所述D⑶C變換單元(2)包括相連接的ECDC變換器(21)和大功率ニ極管(22)， 所述燃料電池(I)的輸出端連接所述D⑶C變換單元(2)的輸入端，D⑶C變換單元(2)通過所述接觸器(3 )連接所述蓄能裝置(4 )，所述D⑶C變換單元(2 )的輸出端還連接所述電源輸出端(5)和所述輔助系統(tǒng)(8)所包含的大功率輔助部件(80)，所述蓄能裝置(4)的端ロ通過所述接觸器(3)連接所述電源輸出端(5)和輔助系統(tǒng)(8)，所述操作控制單元(6)分別連接所述蓄能裝置(4)、D⑶C變換單元(2)、控制器(7)，所述控制器(7)分別連接所述燃料電池(I)、D⑶C變換單元(2 )、接觸器(3 )的控制端、蓄能裝置(4)、輔助系統(tǒng)(8 )， 所述操作控制單元(6 )用于接收操作信號并為所述控制器(7 )和DCDC變換單元(2 )供電，所述控制器(7)用于接收所述操作控制單元(6)根據(jù)所述操作信號生成的操作指令并根據(jù)所述操作指令控制所述接觸器(3)、D⑶C變換單元(2)、輔助系統(tǒng)(8)，所述控制器(7)還用于測量所述燃料電池(I)的狀態(tài)參數(shù)、測量所述蓄能裝置(4)的狀態(tài)參數(shù)、測量所述輔助系統(tǒng)(8)的狀態(tài)參數(shù)和接收所述DCDC變換單元(2)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池(I)的輸出端連接所述D⑶C變換器(21)的輸入端，所述D⑶C變換器(21)的輸出端正極連接所述大功率ニ極管(22)的正極，所述大功率ニ極管(22)的負(fù)極通過所述接觸器(3)連接所述蓄能裝置(4)，所述D⑶C變換器(21)連接所述控制器(7)并接受所述控制器(7)的控制，所述DCDC變換器(21)連接所述操作控制單元(6)并接收所述操作控制單元(6)的供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，其特征在于，所述大功率ニ極管(22)放置在所述D⑶C變換器(21)的散熱通道上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，其特征在于，還包括監(jiān)測顯示器(91)，所述監(jiān)測顯示器(91)連接所述控制器(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，其特征在于，還包括開關(guān)機(jī)按鈕(92),所述開關(guān)機(jī)按鈕(92)分別連接所述操作控制單元(6)和控制器(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，其特征在于，還包括無線遙控器(93)，所述無線遙控器(93)以無線方式連接所述操作控制單元(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，其特征在于，還包括急停按鈕(94),所述急停按鈕(94)連接所述操作控制單元(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，其特征在于，所述操作控制單元(6)根據(jù)接收到的開機(jī)操作信號改變與所述DCDC變換單元、以及控制器(7)的電連接狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，其特征在于，所述DCDC變換單元 (2)的狀態(tài)數(shù)據(jù)包括ECDC輸入電流、D⑶C輸入電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種緊湊型燃料電池電源系統(tǒng)，包括燃料電池、DCDC變換單元、接觸器、蓄能裝置、控制器、輔助系統(tǒng)、電源輸出端、操作控制單元，接觸器為常開型大電流接觸器，燃料電池的輸出端連接DCDC變換單元的輸入端，DCDC變換單元通過接觸器連接蓄能裝置，DCDC變換單元的輸出端還連接電源輸出端和輔助系統(tǒng)所包含的大功率輔助部件，蓄能裝置的端口通過接觸器連接電源輸出端和輔助系統(tǒng)，操作控制單元分別連接蓄能裝置、DCDC變換單元、控制器，控制器分別連接燃料電池、DCDC變換單元、接觸器的控制端、蓄能裝置、輔助系統(tǒng)。本發(fā)明通過零部件的減少，提高了系統(tǒng)的可靠性且縮減了體積，使得系統(tǒng)有足夠的空間來安裝維護(hù)，有利于電子元器件的散熱，尤其適用于叉車。
文檔編號H01M8/24GK102862491SQ201210367280
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者葛栩栩 申請人:引峰新能源科技(上海)有限公司