[实用新型]一种混合动力系统

说明书

本实用新型公开了一种混合动力系统，包括燃料电池、蓄电池、燃料电池单向导通模块、蓄电池单向导通模块、单向直流降压模块和控制模块,燃料电池输出端通过燃料电池单向导通模块连接至负载，蓄电池通过蓄电池单向导通模块连接至负载，单向直流降压模块输入端与燃料电池输出端连接，单向直流降压模块输出端与蓄电池连接，控制模块分别与燃料电池、蓄电池、燃料电池单向导通模块、蓄电池单向导通模块和单向直流降压模块连接。本实用新型在负载需求功率发生变化时，不需要调整燃料电池的输出功率，减小了燃料电池输出功率的波动，维持了燃料电池内部状态的稳定，提升了燃料电池输出性能和负载功率的动态响应，降低了系统结构复杂性和控制复杂度。

技术领域

本实用新型涉及一种新能源装置，具体涉及一种混合动力系统。

背景技术

随着无人机技术的发展，测绘、安防、应急、农林、巡检等应用领域的需求与日俱增，续航时间的需求也不断提升。现有应用广泛的锂聚合物电池所能提供的续航时间已逐渐逼近其极限，一般多旋翼飞行器续航时间可达到1小时左右，固定翼飞行器续航时间可达到4小时左右，亟需其他替代技术提供更长的续航时间。

现有锂聚合物电池所提供的续航时间极限是由其质量比能量决定的，现有锂聚合物电池材料技术已逐渐逼近其物理极限，达到200-300Wh/kg。现有的质子交换膜燃料电池所采用的储能材料为氢气，具有极高的质量比能量，考虑现有储氢技术所增加的质量，最终系统综合的质量比能量仍能达到600-800Wh/kg以上，数倍于锂聚合物电池材料，可在同样重量下实现更长的续航时间，或者在同样续航时间的前提下，降低动力系统的重量，从而提供更大的负载能力，或者更小的飞行器尺寸和更低的成本。

由于燃料电池在电流大幅变化时电压变化幅度也较大，在高功率输出工况下效率较低，将燃料电池与电压变化较小的锂聚合物电池或其他类型的蓄电池组合成混合动力系统，可针对应用需求实现续航时间和瞬时功率的综合提升。除了上述的长航时无人机应用，还有车用、应急备用电源等其他应用领域需要用到燃料电池与蓄电池的混合动力系统。

由于蓄电池重量比能量较低，主要作为临时储能部件，需要在运行过程中不断地充电和放电，因此在混合动力系统中蓄电池和燃料电池以并联方式连接，既可作为电源向负载供电，也可作为负载由燃料电池或动能回收等方式充电。另外，由于蓄电池电压变化较小，燃料电池电压变化较大，需要根据负载的功率需求，设计动力混合控制策略，保证两者连接到负载上的电压匹配。为实现电压匹配，现有技术主要采用直流变压模块或其他方式。根据直流变压模块在混合动力系统中的布置方式，混合动力系统可分为以下四类：燃料电池侧变压、蓄电池侧变压、双侧变压和无变压。

如图2所示，蓄电池侧变压：燃料电池能量输出端直接连接负载，同时蓄电池通过直流变压模块连接负载。由于蓄电池的输出和输入功率全部经过直流变压模块，直流变压模块的规格和重量均较大，同时存在能量转换损耗，双向直流变压模块的成本也高于单向直流变压模块。

如图3所示，双侧变压：燃料电池和蓄电池均各自通过直流变压模块连接负载，可实现最复杂的动力混合控制策略，满足负载的功率需求。由于燃料电池和蓄电池的输出功率全部经过直流变压模块，直流变压模块的规格和重量均较大，同时存在能量转换损耗，此外更多的系统组件也提升了系统成本、重量和功率损耗。

如图4所示，无变压：燃料电池和蓄电池均无需通过直流变压模块连接到负载，同时通过模块开关等方案控制燃料电池和蓄电池各自到负载的连接状态，或者针对燃料电池和蓄电池的电压进行匹配，这类技术方案对控制系统或电池性能参数提出了较高的要求。此外，燃料电池的工作状态变化速度较慢，而快速变化的负载消耗功率将会导致燃料电池性能下降。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型公开了一种混合动力系统，在满足燃料电池供能和蓄电池储能等动力混合功能需求的前提下，降低系统整体的复杂性、重量和成本,同时避免负载消耗功率快速变化导致的燃料电池输出性能下降。