[发明专利]燃料电池和蓄电池混合系统

说明书

本文描述了一种燃料电池和蓄电池混合系统(1)，其包括串联连接的燃料电池(FCsubgt;1‑n/subgt;)的一个或多个组。串联连接的燃料电池(FCsubgt;1‑n/subgt;)的一个或多个组(2)进一步经由相应的燃料电池串联增强器(3)串联连接。串联连接的组(2)进一步经由燃料电池充电控制器(5)与蓄电池(4)并联连接。串联连接的燃料电池(FCsubgt;1‑n/subgt;)的每个相应的组(2)进一步被布置成由燃料电池串联增强器(3)控制，以电气地独立于串联连接的燃料电池(FCsubgt;1‑n/subgt;)的其他组(2)并在其自身的唯一最大功率点或唯一选择的其他操作点处操作，而与串联连接的燃料电池(FCsubgt;1‑n/subgt;)的其他组(2)的操作点无关。

技术领域

本公开总体上涉及一种燃料电池和蓄电池(battery)混合系统。

背景技术

近年来，燃料电池由于适用于在许多应用中使用而引起了越来越多的关注，诸如用于旨在将道路车辆能量使用的结果从CO₂排放转为无害的H₂O排放(即，水排出)的零排放汽车解决方案的应用。

尽管燃料电池是在稳定状态下提供可靠功率的良好能量源，但它们不能快速响应电力负载瞬变。这是由于其缓慢的内部电化学和热力学特性。此外，由于燃料电池只能在特定电气条件下运送最大功率，该特定电气条件基于可用的氢气和氧气、其湿度、温度等而变化，所以这项技术在车辆推进系统中的结合缓慢。

然而，与通常需要相当长充电时间的当前的纯蓄电池电动车辆相比，使用燃料电池为道路车辆生成电动动力的优点在于，这种道路车辆可以使用车载氢气储存单元，其可以快速且容易地从加氢站进行补充。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的燃料电池和蓄电池混合系统。

根据第一方面，这是通过一种燃料电池和蓄电池混合系统来提供的，该燃料电池和蓄电池混合系统包括串联连接的燃料电池的一个或多个组，串联连接的燃料电池的该一个或多个组进一步经由相应的燃料电池串联增强器串联连接，并且串联连接的组进一步经由燃料电池充电控制器与蓄电池并联连接，其中，串联连接的燃料电池的每个相应的组进一步被布置成由燃料电池串联增强器控制，以电气地独立于串联连接的燃料电池的其他组并在其自身的唯一最大功率点或唯一选择的其他操作点处操作，而与串联连接的燃料电池的其他组的操作点无关。

上述燃料电池和蓄电池混合系统允许快速响应电力负载瞬变。

在一个实施例中，燃料电池充电控制器被布置成将串联连接的燃料电池的串联连接的组的操作点调节至其最大功率点，并且对于蓄电池的恒流充电阶段，遵循蓄电池的电压并基于蓄电池的充电或负载状态向蓄电池供应最大电流。

在其他实施例中，串联连接的燃料电池的每个相应的组进一步包括功率控制器，该功率控制器被布置成关于最佳功率生成和热条件来调节通向其燃料电池的氢气和气流。

在进一步实施例中，每个相应的燃料电池串联增强器包括至少一个DC-DC转换器，该DC-DC转换器被布置成使用脉冲宽度调制环路来控制串联连接的燃料电池的相应的组的输出功率。

在这些进一步实施例中的一些中，脉冲宽度调制环路被布置成以预定的步长宽度改变操作点电压以寻求最大功率点或唯一选择的其他操作点，并控制串联连接的燃料电池的相应的组的输出功率以维持最大功率点或唯一选择的其他操作点。

在附加实施例中，串联连接的燃料电池的相应的组中的每个燃料电池进一步配备有旁通功能，该旁通功能被布置成在无法在该组中的其他燃料电池的操作点处工作的情况下提供相应燃料电池的电流旁通。

在这些附加实施例中的一些中，旁通功能被布置成在可配置阈值处提供燃料电池的旁通，并且在特定可配置时间段期间达到另一可配置阈值之后取消旁通。