一種無需外充電的電動車動力電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無需外充電的電動車動力電源，包括：儲能電池，用于對功率電池進行充電或直接驅(qū)動電機；儲能電池控制單元，用于控制儲能電池，通過對儲能電池內(nèi)部的氣、水、熱進行控制，對儲能電池的啟停和輸出功率進行調(diào)節(jié)；功率電池，用于直接向電機提供電能，通過接收儲能電池提供的電能維持電動車中電機的正常轉(zhuǎn)動功率；功率電池管理單元，用于控制功率電池的放電和充電；DC/DC轉(zhuǎn)換單元，用于將固定范圍內(nèi)波動的直流電壓變換為可加載到功率電池的電壓；動力系統(tǒng)控制單元，用于調(diào)節(jié)儲能電池的發(fā)電和功率電池的充放電，并向電機提供電能。本發(fā)明中將燃料電池作為儲能電池和輔助供電電池，可實現(xiàn)電動車的實時充電，無需外接充電接口。
【專利說明】一種無需外充電的電動車動力電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動力電源，特別是指一種無需外充電的電動車動力電源。

【背景技術(shù)】
[0002] 世界能源供應(yīng)緊張和環(huán)境污染迫使人類開始汽車動力電池的更新?lián)Q代、探索傳統(tǒng) 燃油動力系統(tǒng)的替代品。以鋰電池、鉛酸電池或超級電容等蓄電池為動力電源的純電動車 以其獨特的優(yōu)勢成為研究熱點。但因這類蓄電池儲能小，由此導(dǎo)致電動車續(xù)航里程短，而且 蓄電池本身充電時間長，使其不能被廣泛地推廣應(yīng)用。
[0003] 以燃料電池為主要動力電源的燃料電池汽車，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、發(fā)動機尾氣 零排放、可模塊化集成等優(yōu)點，但啟停頻繁、功率梯度變化大等特點使汽車行駛工況違背了 燃料電池基于電化學平衡反應(yīng)實現(xiàn)穩(wěn)定對外供電的工作特性，嚴重影響了燃料電池的穩(wěn)定 性、使用壽命，也由此阻礙了燃料電池車的推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種無需外充電的電動車動力電源，克服現(xiàn)有技 術(shù)中動力電源的不足。
[0005] 基于上述目的本發(fā)明提供的一種無需外充電的電動車動力電源，包括：儲能電池、 儲能電池控制單元、功率電池、功率電池管理單元、DC/DC轉(zhuǎn)換單元和動力系統(tǒng)控制單元，所 述儲能電池與所述儲能電池控制單元連接，所述功率電池與所述功率電池管理單元連接， 所述儲能電池與所述功率電池通過所述DC/DC轉(zhuǎn)換單元連接，所述動力系統(tǒng)控制單元分別 與所述儲能電池控制單元、功率電池管理單元和DC/DC轉(zhuǎn)換單元連接，其中 ：
[0006] 所述儲能電池，通過電化學反應(yīng)將化學能直接轉(zhuǎn)化為直流電能，用于對功率電池 進行充電或直接驅(qū)動電機；
[0007] 所述儲能電池控制單元，用于控制儲能電池，通過對所述儲能電池內(nèi)部的氣、水、 熱進行控制，對儲能電池的啟停和輸出功率進行調(diào)節(jié)；
[0008] 所述功率電池，用于直接向電機提供電能，通過接收所述儲能電池提供的電能維 持所述電動車中電機的正常轉(zhuǎn)動功率；
[0009] 所述功率電池管理單元，用于控制所述功率電池的放電和充電；
[0010] 所述DC/DC轉(zhuǎn)換單元，用于將所述儲能電池輸出的在固定范圍內(nèi)波動的直流電壓 變換為可加載到功率電池的電壓；
[0011] 所述動力系統(tǒng)控制單元，用于調(diào)節(jié)所述儲能電池的發(fā)電和所述功率電池的充放 電，并向電機提供電能。
[0012] 在一些實施例中，所述動力系統(tǒng)控制單元中進行如下的控制調(diào)節(jié)：
[0013] 當所述功率電池的儲能容量低于總?cè)萘康?0%時，通過儲能電池控制單元啟動所 述儲能電池并根據(jù)功率電池管理單元對該功率電池進行充電，用以降低儲能電池的啟停頻 率；
[0014] 所述儲能電池開始對功率電池充電后，當所述功率電池的能量容量達到90? 95%時，關(guān)閉所述儲能電池。
[0015] 在一些實施例中，所述儲能電池包括甲醇-水制氫設(shè)備和氫燃料電池發(fā)電裝置， 所述甲醇-水制氫設(shè)備，用于供應(yīng)氫燃料電池發(fā)電裝置所需要的氫氣；所述氫燃料電池發(fā) 電裝置，用于將儲存在氫氣和氧化劑中的化學能轉(zhuǎn)化為直流電能。
[0016] 在一些實施例中，所述甲醇-水制氫設(shè)備與所述儲能電池之間設(shè)置緩沖氣瓶，所 述緩沖氣瓶通過氫氣減壓閥與所述儲能電池的進氣端連接，所述緩沖氣瓶用于在低負載時 收集多余的氫氣，在高負載時補充欠缺的氫氣，在所述甲醇-水制氫設(shè)備冷啟動時作為供 氫單元，提供氫氣。
[0017] 在一些實施例中，所述緩沖氣瓶通過安全卸荷閥和增壓泵與所述甲醇-水制氫設(shè) 備連接，所述增壓泵用于將該甲醇-水制氫設(shè)備的輸出氫氣進行增壓以便于儲存更多氫 氣；所述安全卸荷閥與所述增壓泵配合，當緩沖氣瓶內(nèi)的壓力高于預(yù)置的安全壓力值時，啟 動泄壓功能。
[0018] 在一些實施例中，所述儲能電池中每個單電池的電壓在0. 6?0. 8V區(qū)間內(nèi)。
[0019] 在一些實施例中，所述功率電池包括：鋰電池、鉛酸電池或超級電容中的一種或者 多種。
[0020] 在一些實施例中，所述緩沖氣瓶中氫氣最高的充氣壓力不大于30MPa，氫氣的體積 減小范圍是原有體積的200?300倍。
[0021] 在一些實施例中，所述功率電池和儲能電池的功率大小及儲存能量根據(jù)如下方式 獲得：
[0022] 根據(jù)電動車電機工作的額定功率，得到功率大小相同的功率電池額定功率；根據(jù) 電動車所有行程的耗能，計算出功率電池的儲存能量；
[0023] 根據(jù)電動車的單次行程的耗能和相鄰行程之間的時間間隔，計算出儲能電池電堆 需要達到的額定功率；
[0024] 根據(jù)所述儲能電池中儲存的化學能量實際占用的體積，計算出儲能電池的純能箱 的體積。
[0025] 在一些實施例中，還包括：空氣泵、空氣減壓閥、散熱風扇、氫氣電磁閥、空氣電磁 閥和二極管，
[0026] 所述空氣泵通過所述空氣減壓閥與所述儲能電池連接，用于提供儲能電池需要的 增壓空氣；所述氫氣電磁閥和空氣電磁閥分別設(shè)置在所述儲能電池的氣體管路尾端上，用 于排除電池內(nèi)部的雜質(zhì)氣體和多余的水；所述散熱風扇一端與所述儲能電池的正極端引出 的管路連接，另一端與所述儲能電池的負極端引出的管路連接；
[0027] 所述二極管設(shè)置在所述儲能電池的輸出端與所述DC/DC轉(zhuǎn)換單元之間，用于防止 電流反沖損壞所述儲能電池。
[0028] 從上面所述可以看出，本發(fā)明的優(yōu)點如下：
[0029] 1)克服了純電動車續(xù)航里程短、充電時間長的缺點；
[0030] 2)動力電源功率范圍覆范圍廣，可用于觀光車、物流車、轎車、大巴車等；
[0031] 3)無需外充電的動力電源不僅功率覆蓋范圍寬（千瓦級到百千瓦級）、而且可以 模塊化裝配，可滿足各種動力需求的電動車；
[0032] 4)動力電源中的燃料電池的燃料儲備容器可根據(jù)不同車型及其常規(guī)運行路線，進 行靈活設(shè)計，可為不同電動車設(shè)計最優(yōu)的動力電源燃料箱。
[0033] 發(fā)明原理：
[0034] 本發(fā)明中功率電池作為電機驅(qū)動的主供電電池，燃料電池作為儲能電池和輔助供 電電池，可實現(xiàn)電動車的實時充電，無需外接充電接口。通過以下幾點進行改進：
[0035] (1)續(xù)航里程
[0036] 無需外充電的電動車動力電源，通過將現(xiàn)有純電動車動力電池的高功率特性與儲 能電池的高儲能特性結(jié)合，解決電動車續(xù)航里程短的技術(shù)短板。但本發(fā)明并非儲能電池與 功率單池的簡單結(jié)合，實現(xiàn)無外充電特點需要結(jié)合具體的車型、具體的應(yīng)用領(lǐng)域進行動力 電源匹配性的設(shè)計，具體分析如下：
[0037] (a)對具有固定行駛路線的電動車，如公園觀光車、城市物流車、郵局運輸車、運鈔 車、城市公交車等，功率電池的功率應(yīng)滿足電機需求，儲能電池的功率一般小于功率電池的 功率。為滿足電動車自充電功能，儲能電池即燃料電池的功率及儲存能量的設(shè)計須考慮以 下參數(shù)：行駛過程的啟、停時間；單次行程的耗能；相鄰行程之間的時間間隔等。另一方面， 能源管理上當功率電池的儲能容量低于一定的數(shù)值如40%時，開始啟動燃料電池并對功率 電池充電，這樣可大大降低儲能電池的啟停頻率。
[0038] 比如對公園的游覽車，若電機額定功率8kW、單次往返耗電3kWh、兩次行程之間間 隔0. 5h、1天完成10個往返，則可以設(shè)計功率電池額定功率8kW，儲能電池功率6kW，油箱儲 能30kWh (若3kg甲醇儲能5kWh，則應(yīng)設(shè)計燃油箱儲存甲醇不小于18kg)，這樣添加1次燃 油可以滿足游覽車1天運營。
[0039] (b)對無固定行駛路線的電動車，如私家車，因行駛路線無規(guī)律可循，功率電池的 功率應(yīng)滿足電機需求，儲能電池的功率一般等于電機的額定功率，儲能電池的儲能量一般 滿足補充一次燃料行駛約300km，可用其配套的甲醇加油站等基礎(chǔ)設(shè)施補充燃料，甲醇加油 站可以用現(xiàn)有的加油站改造。能源管理上當功率電池的儲能容量低于一定的數(shù)值如40% 時，開始啟動儲能電池并對功率電池充電，這樣可大大降低儲能電池的啟停頻率。
[0040] 在本發(fā)明中改變了原儲能電池作為主動力電池的工作模式，將儲能電池作為儲能 電池，充分發(fā)揮儲能電池的高儲能特性與鉛酸/鋰電池的高功率特性，不僅提升電動車動 力電源的加速特性，延長其保養(yǎng)周期與工作壽命，而且降低生產(chǎn)和使用成本，利于電動車的 市場化推廣。
[0041] ⑵燃油添加
[0042] 傳統(tǒng)儲能電池電動車以高壓氫氣瓶儲氫，安全標準禁止儲能電池車以更換氣瓶的 方式補充燃料，而補充高壓氫氣的時間較長，為解決這一難點，本發(fā)明提出甲醇水制氫機作 為儲能電池電動車的燃料供應(yīng)方案，（50L甲醇水燃料的補充速度可在2?3分鐘內(nèi)完成。） 改變電動車的外充電模式，使用添油式補充能量，實現(xiàn)電動車快速補充能量，排除電動車市 場化障礙。
[0043] 在本發(fā)明中改變了原電動車以蓄電池儲電能的模式，使用液態(tài)燃料以化學能的模 式儲能，儲能密度高，續(xù)航里程長，推進電動車的實用化進程。
[0044] (3)儲能電池的壽命
[0045] 儲能電池工作電壓過低將導(dǎo)致效率低、能源浪費，但電壓過高則導(dǎo)致催化劑載體 腐蝕，因此本發(fā)明中的無需外充電的儲能電池動力電源，通過能源管理讓儲能電池以相對 穩(wěn)定的功率區(qū)間（單池平均電壓0. 6?0. 8V)運行，降低儲能電池的衰減、同時將能量轉(zhuǎn)換 效率維持在較高的水平。
[0046] 儲能電池的啟停頻繁導(dǎo)致的高電壓運行將加大儲能電池的衰減，為盡量避免實時 充電導(dǎo)致的儲能電池的頻率啟停，本發(fā)明將采用以下能源管理措施：設(shè)置功率電池能量容 量降低至30%?40%時啟動儲能電池，儲能電池開始對功率電池充電；當功率電池的能量 容量達到90?95%時，關(guān)閉儲能電池。如對鋰電池可以監(jiān)測單池電壓得到相對的電池剩余 能量，一般最高電壓4. 2V，最低放電電壓3. 0V。
[0047] (4)供氫速率的動態(tài)響應(yīng)
[0048] 儲能電池工作點在單池0.6?0.8V區(qū)間時，其功率波動高達5?6倍。而甲醇 水制氫設(shè)備是通過甲醇與水經(jīng)化學反應(yīng)制得氫氣，穩(wěn)定制氫需制氫設(shè)備內(nèi)部化學平衡的建 立，因化學平衡的擾動無法瞬間重新建立平衡，所以甲醇水制氫設(shè)備無法實現(xiàn)5?6倍產(chǎn)氫 速率波動的負載跟隨性，造成供氫速率的在線負載跟隨性差。另一方面，甲醇水制氫設(shè)備冷 啟動時間較長，一般大于10分鐘，導(dǎo)致動力系統(tǒng)的冷啟動無法滿足產(chǎn)品的技術(shù)指標。
[0049] 本發(fā)明中采取的方案是在甲醇水制氫設(shè)備與儲能電池電堆中間增設(shè)緩沖氣瓶，所 述緩沖氣瓶的作用是在低負載時收集多余的氫氣，在高負載時補充欠缺的氫氣，在制氫設(shè) 備冷啟動時作為供氫單元。
[0050] 但是更進一步，如果僅僅是添加具備上述功能的緩沖氣瓶，氣瓶體積非常大，導(dǎo)致 產(chǎn)品整體體積龐大，不利于產(chǎn)品的實際使用。在本發(fā)明中，設(shè)計與緩沖氣瓶配套的增壓泵、 安全卸荷閥，其中的緩沖氣瓶最高充氣壓力達到30MPa。增壓泵的作用是將制氫設(shè)備的輸出 氫氣進行增壓以便于同等體積下儲存更多的氫氣，可將緩沖氣瓶的體積減小20?30倍；安 全卸荷閥的作用則是當氣瓶內(nèi)的壓力高于安全壓力值時，啟動泄壓功能，防止氣瓶內(nèi)壓力 過高導(dǎo)致的安全隱患。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0051] 圖1為本發(fā)明的一實施例中無需外充電的電動車動力電源示意圖；
[0052] 其中，1 一儲能電池；2-氫氣緩沖瓶3-空氣泵；4一氫氣減壓閥；5-空氣減壓閥； 6 一散熱風扇；7-氧氣電磁閥；8-空氣電磁閥；9 一單電池檢測單兀；10-儲能電池控制單 兀；11 一二極管；12-功率電池；13-功率電池管理單兀；14一DC/DC轉(zhuǎn)換單兀；15-動力 系統(tǒng)控制單兀；16 -甲醇-水制氫設(shè)備；17-增壓泵；18-安全卸荷閥；19一電機。

【具體實施方式】
[0053] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0054] 請參考圖1，是本實施例中一種無需外充電的電動車動力電源，包括：儲能電池1， 通過電化學反應(yīng)將化學能直接轉(zhuǎn)化為直流電能，用于對功率電池12進行充電或直接驅(qū)動 電機；儲能電池控制單元10,用于控制儲能電池，通過對所述儲能電池1內(nèi)部的氣、水、熱進 行控制，完成儲能電池的啟停和輸出功率的調(diào)節(jié)；（可參考："燃料電池氣、水、熱平衡分析 及綜合管理系統(tǒng)設(shè)計"武漢理工大學汽車工程學院，陳壁峰，錢彩霞。）功率電池12,用于直 接向電機主動提供電能，通過接收所述儲能電池1提供的電能維持所述電動車中電機的正 常轉(zhuǎn)動功率；功率電池管理單元13,用于控制所述功率電池12的放電和充電；DC/DC轉(zhuǎn)換 單元14,用于將所述儲能電池1輸出的一定范圍波動的直流電壓變換為功率電池12的電 壓（儲能電池1與功率電池12為并聯(lián)結(jié)構(gòu)模式）；動力系統(tǒng)控制單元15,分別與所述儲能 電池1控制單元10、功率電池管理單元13和DC/DC轉(zhuǎn)換單元14連接，用于調(diào)節(jié)所述儲能電 池1的發(fā)電和所述功率電池12的充放電，并向電機提供電能。
[0055] 在本實施例中提出的電動車用無需外充電的燃料電池動力電源，包括儲能電池1 和功率電池12,儲能電池1選用甲醇水制氫和氫燃料電池發(fā)電裝置，功率電池12可選用鋰 電池、鉛酸電池或超級電容中的一種或者多種。鉛酸電池是蓄電池的一種，電極主要由鉛制 成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。鋰電池是指電化學體系中含有鋰（包括金屬鋰、鋰合 金和鋰離子、鋰聚合物）的電池。鋰金屬電池通常是不可充電的，且內(nèi)含金屬態(tài)的鋰。鋰離 子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。超級電容它是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池 之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能，因而不同于 傳統(tǒng)的化學電源。所以無論是選用鋰電池、鉛酸電池或超級電容，都能夠提供電動車正常的 電機供電，保證電機正常運轉(zhuǎn)功率。
[0056] 燃料電池是儲能電池1的一種類型，是一種通過電化學反應(yīng)將化學能直接轉(zhuǎn)化為 直流電能的裝置，只要有充足的燃料、氧化劑供應(yīng)，燃料電池就可以源源不斷地輸出電能， 因此燃料電池是一種高效的儲能裝置。
[0057] 在本實施例中，進一步的，所述動力系統(tǒng)控制單元15中進行如下的控制調(diào)節(jié)：
[0058] 當所述功率電池12的儲能容量低于總?cè)萘康?0%時，（該數(shù)值可以根據(jù)功率電池 12和儲能電池1的特性進行匹配修訂）通過儲能電池控制單元10啟動所述儲能電池1并 根據(jù)功率電池管理單元13對該功率電池12進行充電，用以降低儲能電池1的啟停頻率；所 述儲能電池1開始對功率電池12充電后；當所述功率電池12的能量容量達到90?95% (該數(shù)值可以根據(jù)功率電池12和儲能電池1的特性進行匹配修訂）時，關(guān)閉所述儲能電池 1。應(yīng)根據(jù)所配置的功率電池的電壓或剩余容量決定燃料電池的啟停，例如對常規(guī)的鋰電 池，滿容量對應(yīng)的電壓4. 16?4. 22V，90 %容量對應(yīng)的電壓約4. 08V，80 %容量對應(yīng)的電壓 約3. 97V，70 %容量對應(yīng)的電壓約3. 90V等，3. 76V電壓是鋰電池的持久電壓點，此時的電容 量約40?41 %，可選擇3. 74V電壓點作為啟動燃料電池的標志，這樣不僅避免了燃料的頻 繁啟停，同時兼顧了鋰電池的充放電壽命。
[0059] 所以本發(fā)明同時實現(xiàn)了無外接電源的充電模式，規(guī)避了傳統(tǒng)電動車充電慢、需要 必要的充電柱的缺點。從傳統(tǒng)燃料電池車技術(shù)考慮，為減少由于電動車啟停頻繁、功率梯度 變化大等汽車行駛工況對燃料電池的穩(wěn)定性、使用壽命的傷害，本發(fā)明提出的無需外充電 的燃料電池動力電源，通過能源管理將燃料電池的工作限定在相對穩(wěn)定的功率區(qū)間（單電 池工作電壓區(qū)間0. 6?0. 8V，再由DC/DC將電堆的輸出電壓轉(zhuǎn)換成母線電壓），而功率電池 12則協(xié)調(diào)完成電動車瞬時總功率變化的需求：補充電機瞬時大功率需求或吸收燃料電池 多余的電能輸出。
[0060] 在本實施例中，可選的，所述儲能電池1包括甲醇-水制氫設(shè)備和氫燃料電池發(fā)電 裝置，所述甲醇-水制氫設(shè)備16,用于供應(yīng)氫燃料電池發(fā)電裝置所需要的氫氣；所述氫燃料 電池發(fā)電裝置，用于將儲存在氫氣和氧化劑中的化學能轉(zhuǎn)化為直流電能。所述甲醇-水制 氫設(shè)備16帶有燃料箱。使用甲醇水制氫技術(shù)（甲醇和水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和二氧化碳，其中的 氫氣通過氫傳輸膜分離出來作為燃料電池的能源進行電化學反應(yīng)并產(chǎn)生電能）時，燃料電 池添加燃料（甲醇水混合物）的時間與現(xiàn)有燃油汽車加油時間相比擬。
[0061] 在本實施例中，可選的，所述甲醇-水制氫設(shè)備16與所述儲能電池1之間設(shè)置緩 沖氣瓶，所述緩沖氣瓶通過氫氣減壓閥與所述儲能電池1的進氣端連接，所述緩沖氣瓶用 于在低負載時收集多余的氫氣，在高負載時補充欠缺的氫氣，在所述甲醇 -水制氫設(shè)備16 冷啟動時作為供氫單元，提供氫氣。冷啟動指甲醇-水制氫設(shè)備16處于關(guān)閉狀態(tài)，接收到 啟動信號，并開始啟動。以儲能電池為燃料電池為例，對額定功率5kW的氫燃料電池發(fā)電裝 置，按照耗氫速率υ Η2 = 0.45Ρθ/\ε11 (單位L/h)配置的甲醇-水制氫設(shè)備的額定供氣速率 約3. 4m3/h(設(shè)儲能電池電堆單電池額定電壓0. 7V，氫氣利用率為95% )，當電堆分別以單 池電壓0. 6V或0. 8V工作時，對應(yīng)的燃料電池功率分別約6. 4kW、2. 8kW，對應(yīng)的氫氣消耗分 別約4. 8m3/h、l. 6m3/h，即當燃料電池輸出低于5kW時，電池耗氫速率小于制氫速率，此時過 多的氫氣通過增壓泵保存到緩沖氣瓶；當燃料電池輸出高于5kW時，電池耗氫速率大于制 氫速率，此時缺少的氫氣由緩沖氣瓶提供給電池。
[0062] 在本實施例中，可選的，所述緩沖氣瓶通過安全卸荷閥和增壓泵與所述甲醇-水 制氫設(shè)備16連接，所述增壓泵用于將該甲醇-水制氫設(shè)備16的輸出氫氣進行增壓以便于 儲存更多氫氣；所述安全卸荷閥與所述增壓泵配合，當緩沖氣瓶內(nèi)的壓力高于預(yù)置的安全 壓力值時，啟動泄壓功能。
[0063] 在本實施例中，可選的，所述儲能電池1中每個單電池的電壓在0. 6?0. 8V區(qū)間 內(nèi)，每個單電池的電量可以通過單電池檢測單元9檢測出來。為了使燃料電池工作點在單 池 0. 6?0. 8V區(qū)間，同時克服其功率波動高達5?6倍的困難。甲醇水制氫設(shè)備是通過甲 醇與水經(jīng)化學反應(yīng)制得氫氣，穩(wěn)定制氫需制氫設(shè)備內(nèi)部化學平衡的建立，因化學平衡的擾 動無法瞬間重新建立平衡，所以甲醇水制氫設(shè)備無法實現(xiàn)5?6倍產(chǎn)氫速率波動的負載跟 隨性，造成供氫速率的在線負載跟隨性差。所以在本實施例中，可選的，所述緩沖氣瓶中氫 氣最高的充氣壓力不大于30MPa，增壓后氫氣的體積減小范圍是原有體積的200?300倍。
[0064] 在本實施例中，可選的，所述功率電池12和儲能電池1的功率大小及儲存能量根 據(jù)如下方式獲得：根據(jù)電動車電機工作的額定功率，得到功率大小相同的功率電池12額定 功率；根據(jù)電動車所有行程的耗能，計算出功率電池12的儲存能量；根據(jù)電動車的單次行 程的耗能和相鄰行程之間的時間間隔，計算出儲能電池1電堆需要達到的額定功率；根據(jù) 所述儲能電池1中儲存的化學能量實際占用的體積，計算出儲能電池1的儲存能量即純能 箱的體積。
[0065] 在本實施例中，可選的，電動車用無需外充電的燃料電池動力電源還包括：空氣泵 3、空氣減壓閥5、散熱風扇6、氫氣電磁閥7、空氣電磁閥8和二極管11，
[0066] 所述空氣泵通過3與所述空氣減壓閥5與所述儲能電池1連接，所述氫氣電磁閥7 和空氣電磁閥8分別設(shè)置在所述儲能電池1的氣體管路尾端上，所述散熱風扇6 -端與所 述儲能電池1的正極端引出的管路連接，另一端與所述儲能電池1的負極端引出的管路連 接；
[0067] 所述二極管11設(shè)置在所述儲能電池1的輸出端與所述DC/DC轉(zhuǎn)換單元14之間， 用于防止電流反沖損壞所述儲能電池。
[0068] 綜上，本實施例中的燃料電池動力電源改變原燃料電池作為主動力電池的工作模 式，燃料電池作為儲能電池，以相對穩(wěn)定的功率輸出電能，對輔助元器件如供氣子系統(tǒng)、散 熱子系統(tǒng)的要求相對單一，不僅降低燃料電池的成本，而且利于延長元器件的使用壽命；另 一方面，燃料電池采用穩(wěn)定輸出模式，電堆氣、水、熱更容易維持在平衡的狀態(tài)，動力系統(tǒng)控 制程序簡單、控制模塊易于批產(chǎn)。
[〇〇69] 所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并 不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均 應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種無需外充電的電動車動力電源，其特征在于，包括：儲能電池、儲能電池控制單 元、功率電池、功率電池管理單元、DC/DC轉(zhuǎn)換單元和動力系統(tǒng)控制單元，所述儲能電池與所 述儲能電池控制單元連接，所述功率電池與所述功率電池管理單元連接，所述儲能電池與 所述功率電池通過所述DC/DC轉(zhuǎn)換單元連接，所述動力系統(tǒng)控制單元分別與所述儲能電池 控制單元、功率電池管理單元和DC/DC轉(zhuǎn)換單元連接，其中： 所述儲能電池，通過電化學反應(yīng)將化學能直接轉(zhuǎn)化為直流電能，用于對功率電池進行 充電或直接驅(qū)動電機； 所述儲能電池控制單元，用于控制儲能電池，通過對所述儲能電池內(nèi)部的氣、水、熱進 行控制，對儲能電池的啟停和輸出功率進行調(diào)節(jié)； 所述功率電池，用于直接向電機提供電能，通過接收所述儲能電池提供的電能維持所 述電動車中電機的正常轉(zhuǎn)動功率； 所述功率電池管理單元，用于控制所述功率電池的放電和充電； 所述DC/DC轉(zhuǎn)換單元，用于將所述儲能電池輸出的在固定范圍內(nèi)波動的直流電壓變換 為可加載到功率電池的電壓； 所述動力系統(tǒng)控制單元，用于調(diào)節(jié)所述儲能電池的發(fā)電和所述功率電池的充放電，并 向電機提供電能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無需外充電的電動車動力電源，其特征在于，所述動力系統(tǒng) 控制單元中進行如下的控制調(diào)節(jié)： 當所述功率電池的儲能容量低于總?cè)萘康?0%時,通過儲能電池控制單元啟動所述儲 能電池并根據(jù)功率電池管理單元對該功率電池進行充電，用以降低儲能電池的啟停頻率； 所述儲能電池開始對功率電池充電后，當所述功率電池的能量容量達到90?95%時， 關(guān)閉所述儲能電池。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無需外充電的電動車動力電源，其特征在于，所述儲能電池 包括甲醇-水制氫設(shè)備和氫燃料電池發(fā)電裝置，所述甲醇-水制氫設(shè)備，用于供應(yīng)氫燃料電 池發(fā)電裝置所需要的氫氣；所述氫燃料電池發(fā)電裝置，用于將儲存在氫氣和氧化劑中的化 學能轉(zhuǎn)化為直流電能。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無需外充電的電動車動力電源，其特征在于，所述甲醇-水制 氫設(shè)備與所述儲能電池之間設(shè)置緩沖氣瓶，所述緩沖氣瓶通過氫氣減壓閥與所述儲能電池 的進氣端連接，所述緩沖氣瓶用于在低負載時收集多余的氫氣，在高負載時補充欠缺的氫 氣，在所述甲醇-水制氫設(shè)備冷啟動時作為供氫單元，提供氫氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無需外充電的電動車動力電源，其特征在于，所述緩沖氣瓶 通過安全卸荷閥和增壓泵與所述甲醇-水制氫設(shè)備連接，所述增壓泵用于將該甲醇-水制 氫設(shè)備的輸出氫氣進行增壓以便于儲存更多氫氣；所述安全卸荷閥與所述增壓泵配合，當 緩沖氣瓶內(nèi)的壓力高于預(yù)置的安全壓力值時，啟動泄壓功能。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無需外充電的電動車動力電源，其特征在于，所述儲能電池 中每個單電池的電壓在0. 6?0. 8V區(qū)間內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無需外充電的電動車動力電源，其特征在于，所述功率電池 包括：鋰電池、鉛酸電池或超級電容中的一種或者多種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的無需外充電的電動車動力電源，其特征在于，所述緩沖氣 瓶中氫氣最高的充氣壓力不大于30MPa，氫氣的體積減小范圍是原有體積的200?300倍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無需外充電的電動車動力電源，其特征在于，所述功率電池 和儲能電池的功率大小及儲存能量根據(jù)如下方式獲得： 根據(jù)電動車電機工作的額定功率，得到功率大小相同的功率電池額定功率；根據(jù)電動 車所有行程的耗能，計算出功率電池的儲存能量； 根據(jù)電動車的單次行程的耗能和相鄰行程之間的時間間隔，計算出儲能電池電堆需要 達到的額定功率； 根據(jù)所述儲能電池中儲存的化學能量實際占用的體積，計算出儲能電池的純能箱的體 積。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無需外充電的電動車動力電源，其特征在于，還包括：空氣 泵、空氣減壓閥、散熱風扇、氫氣電磁閥、空氣電磁閥和二極管， 所述空氣泵通過所述空氣減壓閥與所述儲能電池連接，用于提供儲能電池需要的增壓 空氣；所述氫氣電磁閥和空氣電磁閥分別設(shè)置在所述儲能電池的氣體管路尾端上，用于排 除電池內(nèi)部的雜質(zhì)氣體和多余的水；所述散熱風扇一端與所述儲能電池的正極端引出的管 路連接，另一端與所述儲能電池的負極端引出的管路連接； 所述二極管設(shè)置在所述儲能電池的輸出端與所述DC/DC轉(zhuǎn)換單元之間，用于防止電流 反沖損壞所述儲能電池。
【文檔編號】B60L11/18GK104044483SQ201410250807
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】張洪霞, 辛廷慧, 韓福江, 劉相新 申請人:航天新長征電動汽車技術(shù)有限公司, 北京航天發(fā)射技術(shù)研究所