[发明专利]内燃机与燃料电池混合动力装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种内燃机与燃料电池混合动力装置及控制方法，包括内燃机动力总成、燃料电池动力总成和动力耦合装置，所述内燃机动力总成和燃料电池动力总成产生的动力分别经动力耦合装置输出动力，所述燃料电池动力总成包括燃料电池本体和空气压缩机，所述空气压缩机与燃料电池本体的阴极进气口连通；所述内燃机动力总成的内燃机排气口设有涡轮，所述燃料电池本体的阴极进气口与空气压缩机管道并联设置有增压组件，所述涡轮驱动增压组件给燃料电池本体的阴极注入空气。本发明利用内燃机尾气惯性势能给燃料电池本体供气，减少空气压缩机的能耗，实现内燃机尾气动能的回收再利用，提高了整个混合动力装置的能源利用率。

技术领域

本发明涉及一种混合动力装置及控制方法，特别涉及一种内燃机与燃料电池混合动力装置及控制方法，属于混合动力技术领域。

背景技术

对于传统动力机械，其动力一般是由内燃机通过燃烧柴油、汽油等化石燃料来提供，虽然其动力性、稳定性以及安全性等方面技术经过多年的发展已经日渐成熟，但是内燃机本身存在着效率有限、污染物排放高等问题，已经不符合经济环境发展的大方向。

混合动力系统常被用以解决纯内燃机动力系统的各种问题，其一般指的发动机与动力电池混动，即“油电”混动，随着新能源技术的快速发展，燃料电池系统也逐渐应用到动力系统中，燃料电池与动力电池混动，即电电混动也慢慢进入到人们的视野。但是无论是“内燃机与电池”混动还是“电电”混动，都存在着诸多弊端，例如“内燃机与电池”混动因为仍然保留了发动机，不能真正意义上做到零排放，仍然有着系统能量利用效率不高等问题；“电电”混动虽然不使用发动机，减小了工作噪音问题，但是由于电电混动方式不能适应工作负载大，负载变化频繁的复杂工况，这种燃料电池与动力电池混合动力系统一般只能应用于小负荷、短距离等场景。因此，为了适应频繁变载且功率需求大的工作场景，急需研发一种新的混合动力系统。

传统燃料电池发动机在工作时需要一定流量的空气作为氧化剂，常规燃料电池发动机均采用空压机进行空气增压，空压机工作时需要消耗大量能量，研究表明，空压机消耗的电能约占燃料电池输出电能的10%~20%。而内燃机在工作时排放的尾气具有较高的惯性势能，现实中往往没有对尾气中的气体惯性势能进行利用将其就排入了大气环境，造成燃料电池的能源利用率低和内燃机排放的尾气惯性势能的浪费。

本发明立足于解决传统混合动力系统中的功率、排放、能耗等方面问题，开发了一种高效内燃机—燃料电池混合动力装置及控制策略，主要通过结构改进的方法，进行内燃机与燃料电池尾气余热的高效利用，实现了系统效率提升及能耗优化。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的燃料电池的能源利用率低、内燃机排放的尾气排放惯性势能浪费的问题，提供一种内燃机与燃料电池混合动力装置及控制方法。

技术方案：一种内燃机与燃料电池混合动力装置，包括内燃机动力总成、燃料电池动力总成和动力耦合装置，所述内燃机动力总成和燃料电池动力总成产生的动力分别经动力耦合装置输出动力，所述燃料电池动力总成包括驱动电机、电机控制器、电池、燃料电池本体、燃料罐和空气压缩机，所述燃料罐与燃料电池本体的阳极进气口连通，所述空气压缩机与燃料电池本体的阴极进气口连通；所述内燃机动力总成的内燃机排气口设有涡轮，所述燃料电池本体的阴极进气口与空气压缩机管道并联设置有增压组件，所述涡轮驱动增压组件给燃料电池本体的阴极注入空气。本发明通过内燃机尾气驱动涡轮，再由涡轮驱动增压组件给燃料电池本体的阴极注入空气，利用内燃机尾气惯性势能给燃料电池本体供气，减少空气压缩机的能耗，实现内燃机尾气动能的回收再利用，提高了整个混合动力装置的能源利用率。

优选项，为了进一步实现对内燃机尾气动能的回收，所述增压组件包括增压叶轮、增压主管、排气支管、增压支管和电动阀门；所述增压叶轮由涡轮驱动其旋转，空气经增压叶轮增压后形成压缩空气进入增压主管，所述增压主管的末端分别与排气支管和增压支管连通，所述排气支管通向大气，所述增压支管通向燃料电池本体的阴极进气口，所述电动阀门安装于排气支管的入口处。通过对电动阀门开度的调节能够实现对进入燃料电池本体内的压缩空气的流量和压力进行控制。