[发明专利]一种最佳工况型燃料电池充电站

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池充电技术领域，特别涉及一种最佳工况型燃料电池充电站。

背景技术

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，汽车已成为人们日常出行的重要交通工具。但传统内燃机汽车在使用过程中产生了大量污染气体，并加剧了对化石资源的依赖。随着环境污染、能源危机等问题的不断加剧，具有环保节能优点的电动汽车已成为未来汽车领域发展的主要方向。为紧跟汽车产业发展的新走向，中国政府在“十三五”规划中提出了2020年全国电动车保有量达500万辆的目标。作为重要的支撑设备，充电站的建设在电动汽车普及中至关重要。

目前的充电站通常采用国家电网作为电力来源。由于电动汽车快速充电时需要瞬时强大的功率电力，随着电动汽车数量的不断增长，大量电动汽车同时快速充电将对电网造成巨大冲击。考虑到配电网改造等问题，到目前为止，充电站的建设仍处于起步阶段。为满足电动汽车的充电需求，开发离网式充电站具有重要意义。

燃料电池是一种能直接将储存在燃料中的化学能转化为电能的发电装置，具有能量转换效率高，环境友好的特点。随着燃料电池产业化技术的逐渐成熟，燃料电池将成为离网式充电站理想的电力来源。目前国内已开发了多种基于燃料电池的离网式充电站，如专利(CN 104022545 A)提供了一种基于甲醇的燃料电池移动充电装置，专利(CN 105553044 A)提供了一种基于天然气的一体化充气站与充电站装置，专利(CN 104466208 A)提供了一种柴油型固体氧化物燃料电池充电站，专利(CN 106300454 A)提供了一种功率协调控制型燃料电池充电桩。但这些充电装置在工作过程中由于用电负荷的波动，均可能涉及到较为频繁的燃料电池功率调节或启停过程，燃料电池在偏离最佳工况的条件下工作时能量转换效率较低，而频繁调节电池功率或启停电池还会造成燃料电池堆性能的衰减。

发明内容

为解决现有技术存在的燃料电池充电站因用电负荷波动而需不断调节燃料电池功率或启停燃料电池的问题，本发明提供一种最佳工况型燃料电池充电站。

一种最佳工况型燃料电池充电站，包括燃料供给系统、燃料电池堆、增压器、逆变器、控制器、交流充电桩、外部市网、蓄电池、电池管理系统、直流充电桩、输出控制开关KO1、输出控制开关KO2和输出控制开关KO3；

燃料供给系统的输出与燃料电池堆的输入连接，燃料电池堆的输出通过增压器与逆变器的输入连接，所述增压器同时通过输出控制开关KO3与蓄电池的充电端口连接，蓄电池的输出同时与电池管理系统及直流充电桩的输入连接，逆变器的输出通过输出控制开关KO1与交流充电桩的充电端口连接，并通过输出控制开关KO2与外部市网的输入连接，交流充电桩及电池管理系统均与控制器的输入连接，控制器的输出连接控制开关KO1、控制开关KO2和接控制开关KO3。

进一步的所述控制器(5)根据交流充电桩(6)的充电状态及蓄电池(8)的电量信息选择电力的使用方式，维持充电站用电负荷的稳定：

1)若交流充电桩(6)处于充电状态，闭合控制开关KO1，断开控制开关KO2及控制开关KO3；

2)、若交流充电桩(6)处于非充电状态且蓄电池(8)电量未满，闭合控制开关KO3，断开控制开关KO1及控制开关KO2；

3)、若交流充电桩(6)处于非充电状态且蓄电池(8)电量已满，闭合控制开关KO2，断开控制开关KO1及控制开关KO3。

进一步的，交流充电桩、蓄电池和外部市网的用电负荷均与燃料电池堆在最佳工况下的电力输出功率相当。

进一步的，所述燃料电池堆(2)为固体氧化物燃料电池，其最佳工况条件主要包括工作温度、燃料供给量及工作电压。

进一步的，所述燃料电池堆(2)使用的燃料为氢气、甲醇或天然气。

进一步的，，所述蓄电池(8)为锂电池、铅酸电池或镍锌电池。

进一步的，所述电池管理系统(9)用于采集蓄电池中的电量信息，并将该信息传送至控制器(5)中。