专利名称：多功能燃料电池汽车系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种燃料电池技术，更具体地说，是一种多功能燃料电池汽车系统。
背景技术：
21世纪人类面临着严峻的能源和环境挑战，清洁能源的推广是实现节能减排、保护环境和降低碳排放的必然趋势。由于燃料电池具有高效率、零排放、低噪音等诸多优点， 成为了全球各国政府、企业和科研院所的研发重点，并取得了显著的成就。现阶段，燃料电池能源系统已经被成功应用于汽车发动机、通信备用电源、分布式发电站等领域，尤其是作为车用发动机，已经在世界各国进行了大规模的示范运行，燃料电池汽车被广泛认为是未来汽车的发展趋势。通信行业等领域现有的应急发电车以柴油机等内燃发电机为主。尽管这些系统技术成熟，且应用广泛，但面临着内燃机发电装置能量转换效率低、噪声大、尾气污染严重、依赖于石油等化石燃料等问题，和节能减排、低碳等社会发展方向的矛盾日益突出提高其能量密度、功率密度、供电时间、使用寿命，降低其维护成本、重量和对环境的影响，已经成为了不得不面对的问题。燃料电池技术的应用是解决现有问题的一种可选途径，然而目前并没有将燃料电池应用于应急发电车的成熟案例，因此有必要结合目前已经相对成熟的燃料电池汽车应用技术，设计出一种有效的燃料电池发电系统。
实用新型内容由于现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种多功能燃料电池系统，其可有效解决现有技术存在的上述问题。为实现上述目的，本实用新型提出一种多功能燃料电池汽车系统，其包括供能单元、用于汽车运行控制的汽车驱动单元、输出交流电供用电设备使用的应急发电单元和提供人机接口的系统控制单元，所述供能单元分别与所述汽车驱动单元、系统控制单元和应急发电单元连接为其提供电能，且该供能单元包括依次连接的储氢单元、燃料电池系统、 DC/DC变换器和辅助供能装置；所述系统控制单元分别与所述供能单元、汽车驱动单元和应急发电单元连接对其进行协调控制。作为本实用新型的进一步特征，所述储氢单元中设有加氢接口、高压储氢罐、高压减压阀、中压减压阀、温度传感器和氢气浓度传感器。作为本实用新型的进一步特征，所述燃料电池系统包括氢气供应系统、空气供应系统和水循环冷却系统。作为本实用新型的进一步特征，所述汽车驱动单元包括依次连接的电机控制器、 电机和汽车传动装置。作为本实用新型的进一步特征，所述应急发电单元包括依次连接的DC/AC逆变器、配电系统和用电接口。[0010]作为本实用新型的进一步特征，所述电机控制器和DC/AC逆变器集成为逆变单兀。作为本实用新型的进一步特征，所述辅助供能装置为锂电池或超级电容或蓄电池。由于采用以上技术方案，本实用新型的多功能燃料电池汽车系统，其以燃料电池作为主要动力源，清洁高效；可以分别作为汽车驱动系统和应急发电系统独立使用，适用于多种应用场合；多个用电单元共享同一个供能单元，使系统整体结构紧凑、性能最优化
图1为本实用新型的一实施例的结构框图图2为本实用新型的另一实施例的结构框图
具体实施方式
下面根据附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明如图1所示，本实用新型提出一种多功能燃料电池汽车系统，其包括供能单元1、 用于汽车运行控制的汽车驱动单元3、输出交流电供用电设备使用的应急发电单元4和提供人机接口的系统控制单元2，供能单元1分别与汽车驱动单元3、系统控制单元2和应急发电单元4连接为其提供电能，且该供能单元1包括依次连接的储氢单元5、燃料电池系统 6、DC/DC变换器7和辅助供能装置，该辅助供能系统可为超级电容、蓄电池或锂电池等其他辅助供能方式，本实施例中为锂电池8 ；系统控制单元2分别与供能单元1、汽车驱动单元3 和应急发电单元4连接对其进行协调控制。本实用新型的储氢单元5存储氢气，在系统运行时为燃料电池系统6提供氢燃料， 储氢单元5内配备有加氢接口、高压储氢罐、高压减压阀、中压减压阀、温度传感器、氢气浓度传感器等；燃料电池系统6作为系统运行的能量源，是整个系统的核心，由氢气供应系统、空气供应系统、水循环冷却系统等构成，在系统运行时，燃料电池系统6内的氢气和氧气发生电化学反应，对外输出直流电能；DC/DC变换器7将燃料电池系统6输出的直流电能转换为稳定的、符合系统特定要求的直流电，并输出至公共母线端，供汽车驱动单元3和应急发电单元4使用；锂电池8作为辅助供电单元，其输出端并联至公共母线端，在燃料电池系统6未启动前为系统控制单元2提供电能。本实用新型的汽车驱动单元3由电机控制器12、电机、汽车传动装置13以及其他汽车部件构成。当系统处于汽车驱动运行模式下时，电机控制器12实时响应系统控制单元 2的命令，利用供电单元1母线电能驱动电动机，并经过汽车传动装置13驱动车辆运行。应急发电单元4由DC/AC逆变器8、配电系统10和用电接口 11构成。当系统处于应急发电运行模式下时，DC/AC逆变器8和配电系统10实时响应系统控制单元2的命令， 将供电单元1母线直流电逆变为交流电输出，配电系统10将交流电分配为适合多种不同负载要求的特定交流输出接口，用电接口 11将配电系统10输出的多路供电接口进行模块化封装，并进行标准化接口定义，方便用户操作。系统控制单元2由人机接口和控制系统构成。人机接口为用户提供与系统的交互模块，用户可以通过人机接口对控制系统发送运行指令，并实时监测系统运行状态；控制系统实时响应人机接口的命令，并为整个系统各模块提供协调控制、实时监测、状态诊断等功能，根据特定的工作要求，控制系统将系统切换为不同的工作模式，在汽车驱动运行模式下，系统的供能单元和汽车驱动单元协调运行，为车辆运行提供动力，在应急发电运行模式下，系统的供能单元和应急发电单元协调运行，为外部提供交流电能，并根据特定的输出要求调整燃料电池系统6和DC/DC7的输出特性，使系统处于最佳工作状态下，并将系统实时运行状态反馈至人机接口。如图2所示，本实用新型的电机控制器12和DC/AC逆变器9可集成为逆变单元 14，使得整个系统结构进一步优化。本实用新型的多功能燃料电池汽车系统的工作模式有待机模式、车辆驱动运行模式和应急发电运行模式，工作模式可以由人机接口进行人为控制，控制系统响应人机接口命令，并协调控制各子系统切换至相应工作模式。当系统处于待机模式下时，由锂电池8给控制系统提供电能；当人机接口发出车辆运行模式命令时，控制系统检测各子模块的状态，若有故障则反馈至人机接口，如果参数正常，则系统控制单元2将储氢单元5内的储氢罐的高压减压阀、中压减压阀打开，将氢气输出至燃料电池系统6 ；燃料电池系统6启动氢气供应系统、空气供应系统和水冷却循环系统，氢气和氧气发生电化学反应后对外输出直流电，DC/DC变换器7将燃料电池输出的直流电转换为适合汽车驱动单元3的稳定直流电并输出至公共母线端，电机控制器12利用母线电能驱动汽车发动机，并根据人机接口的操控要求调节发动机的工作状态，经过汽车传动装置13后，实现对汽车的驱动控制。根据人机接口的不同操控要求，控制系统实时调节燃料电池系统、DC/DC变换器7和电机控制器12的工作状态，使系统输出和实际要求相匹配。当人机接口发出应急发电运行模式命令时，控制系统检测各子模块状态，若有故障则反馈至人机接口，如果参数正常，则启动燃料电池系统6，DC/DC变换器7将燃料电池输出的直流电转换为适合应急发电单元的稳定直流电并输出至公共母线端，DC/AC逆变器 7将母线直流电逆变为交流电，经配电系统后，输出至用电接口供用户使用。控制系统实时监测外部用电要求，并调节燃料电池系统6和DC/DC变换器7，使系统处于最佳运行状态。但是，上述的具体实施方式
只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。
权利要求1.一种多功能燃料电池汽车系统，其特征在于包括供能单元、用于汽车运行控制的汽车驱动单元、输出交流电供用电设备使用的应急发电单元和提供人机接口的系统控制单元，所述供能单元分别与所述汽车驱动单元、系统控制单元和应急发电单元连接为其提供电能，且该供能单元包括依次连接的储氢单元、燃料电池系统、DC/DC变换器和辅助供能装置；所述系统控制单元分别与所述供能单元、汽车驱动单元和应急发电单元连接对其进行协调控制。
2.根据权利要求1所述的多功能燃料电池汽车系统，其特征在于所述储氢单元中设有加氢接口、高压储氢罐、高压减压阀、中压减压阀、温度传感器和氢气浓度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的多功能燃料电池汽车系统，其特征在于所述燃料电池系统包括氢气供应系统、空气供应系统和水循环冷却系统。
4.根据权利要求3所述的多功能燃料电池汽车系统，其特征在于所述汽车驱动单元包括依次连接的电机控制器、电机和汽车传动装置。
5.根据权利要求4所述的多功能燃料电池汽车系统，其特征在于所述应急发电单元包括依次连接的DC/AC逆变器、配电系统和用电接口。
6.根据权利要求5所述的多功能燃料电池汽车系统，其特征在于；所述电机控制器和 DC/AC逆变器集成为逆变单元。
7.根据权利要求1所述的多功能燃料电池汽车系统，其特征在于；所述辅助供能装置为锂电池或超级电容或蓄电池。
专利摘要本实用新型公开一种多功能燃料电池汽车系统，包括供能单元、用于汽车运行控制的汽车驱动单元、输出交流电供用电设备使用的应急发电单元和提供人机接口的系统控制单元，供能单元分别与汽车驱动单元、系统控制单元和应急发电单元连接为其提供电能，且该供能单元包括依次连接的储氢单元、燃料电池系统、DC/DC变换器和辅助供能装置；系统控制单元分别与供能单元、汽车驱动单元和应急发电单元连接对其进行协调控制。本实用新型以燃料电池作为主要动力源，清洁高效，可以分别作为汽车驱动系统和应急发电系统独立使用，适用于多种应用场合；多个用电单元共享同一个供能单元，使系统整体结构紧凑、性能最优化。
文档编号B60L11/18GK202029705SQ20112002187
公开日2011年11月9日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者吴伟, 娄洁良, 宋福全, 徐先朝, 李峰, 章波, 詹剑, 马天才 申请人:昆山弗尔赛能源有限公司