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技术领域

本实用新型涉及新能源汽车技术领域，具体地，涉及一种混合动力电池 系统。

背景技术

近年来，随着全球环境的不断恶化以及石油能源的日益短缺，传统汽车 产业受到了越来越严峻的考验，因此具有节能环保效果的新能源汽车受到了世界 各国的高度重视，并已经成为了各国的战略性产业和专家学者们关注的热点。作 为新能源汽车技术的重要发展方向之一，采用纯电动系统或油电混合动力系统的 电动汽车越来越普及，但是由于目前电池技术尚未成熟、充电网络尚不完善、充 电时间长、成本过高等因素，采用前者作为车载动力系统的电动汽车存在充电不 方便、充电时间长、续驶里程短以及电池成本高等问题，而采用后者作为车载动 力系统的电动汽车，不但存在油电混合动力系统集成困难、系统结构庞大、质量 重和成本高的问题，还会难以避免地产生污染大气的油气排放物。

作为目前电池技术的重要发展方向之一，燃料电池普遍具有高能量密度、 高功率密度、可大电流超长时间持续供电、产物对环境无毒无污染等优点，同时， 燃料电池发生反应所需的原材料还具有储量丰富、价格低廉、反应生成物可再生 利用和电池储存寿命长等优点，是一种理想的清洁能源电池。但是由于燃料电池 也具有不能储存电能、单体电压过低、输出功率增加时反应堆体积偏大等缺点， 因此将燃料电池直接引入到车载动力系统中还存在一定的困难。

实用新型内容

针对前述现有车载动力系统的问题，本实用新型提供了一种混合动力电 池系统，可以将燃料电池引入到车载动力系统中，实现“移动发电厂”和储电装 置的结合，从而可以解决电动汽车充电难的问题，并大幅度地提升电动汽车的续 驶里程及降低电池成本，满足对车载动力系统的高效、对环境几乎零排放及低噪 声的要求。同时还能够使车载动力系统的结构具有简单紧凑、体积小及重量轻的 优点，从而可方便高度集成和批量生产，并利于整车的结构设计。

本实用新型采用的技术方案,提供了一种混合动力电池系统，包括直流电 压总线、燃料电池反应堆、逆变模块、第一充电器、充电电池、启动电源、继电 器、第一空气开关和动合按钮开关，其中，所述燃料电池反应堆包括若干个电性 串联的反应单体和连通各个反应单体的供液泵；所述燃料电池反应堆的输出端和 所述逆变模块的直流输入端分别电性接入所述直流电压总线，所述逆变模块的交 流输出端电性连接所述第一充电器的交流输入端，所述第一充电器的直流输出端 电性连接所述充电电池的充电端；所述第一空气开关、所述动合按钮开关和所述 继电器的继电器接触线圈电性串联，形成一电性连接在所述逆变模块交流输出端 的第一燃料电池反应堆启停控制支路，所述继电器的第一继电器动合触点和所述 供液泵电性串联，形成一电性连接在所述启动电源输出端的第一继电器触点工作 支路。

具体的，所述燃料电池反应堆还包括冷却风机；所述继电器的第二继电 器动合触点和所述冷却风机电性串联，形成一电性连接在所述启动电源输出端的 第二继电器触点工作支路。

具体的，所述混合动力电池系统还包括时间继电器，所述燃料电池反应堆 还包括干燥风机；所述第一空气开关、所述时间继电器的时间继电器延时线圈和 所述继电器的第三继电器动合触点电性串联，形成一电性连接在所述逆变模块交 流输出端的第二燃料电池反应堆启停控制支路，所述时间继电器的时间继电器延 时动合触点、所述继电器的继电器动断触点和所述干燥风机电性串联，形成一电 性连接在所述启动电源输出端的第三继电器触点工作支路。

具体的，所述逆变模块的直流输入端、和/或所述逆变模块的交流输出端、 和/或所述充电电池的充电端设有第二空气开关。

具体的，所述燃料电池反应堆的输出端在电性串联一防击穿单向二极管 后电性接入所述直流电压总线。

具体的，所述启动电源的充电端在电性串联一单向二极管后电性接入所 述直流电压总线。

具体的，所述混合动力电池系统还包括第二充电器；所述第二充电器的 交流输入端电性连接所述逆变模块的交流输出端，所述第二充电器的直流输出端 电性连接所述启动电源的充电端。

具体的，所述燃料电池反应堆的输出端电性并联接有一工作指示灯。

具体的，所述燃料电池反应堆为铝-空气电池反应堆、锌-空气电池反应 堆和锂-空气电池反应堆中的任意一种。

具体的，所述充电电池为由若干个磷酸铁锂电池串联而成的电池组。

综上，采用本实用新型所提供的混合动力电池系统，具有如下有益效果： (1)可以将燃料电池引入到车载动力系统中，实现“移动发电厂”和储电装置 的结合，从而可以随时随地的充电，解决电动汽车充电难的问题；(2)由于引入 了燃料电池，可使所述电池系统具有高能量密度和高功率密度的优点，大幅度地 提升电动汽车的续驶里程；(3)由于燃料电池反应所需的原材料具有资源丰富 和价格低廉的优点，可降低电池成本；(4)燃料电池反应产生的产物可回收循 环利用，杜绝对环境的污染；(5)可使车载动力系统的结构具有简单紧凑、体 积小及重量轻的优点，从而可方便高度集成和批量生产，并利于整车的结构设计； (6)可以满足对车载动力系统的高效、对环境几乎零排放及低噪声的要求，便 于实际推广和应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将 对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的第一种混合动力电池系统的结构示意图。

图2是本实用新型提供的第一种混合动力电池系统中燃料电池反应堆 启停控制电路示意图。

图3是本实用新型提供的第一种混合动力电池系统中继电器触点工作 电路示意图。

图4是本实用新型提供的第二种混合动力电池系统的结构示意图。

图5是本实用新型提供的第三种混合动力电池系统的结构示意图。

上述附图中：1、直流电压总线2、燃料电池反应堆201、供液泵202、 冷却风机203、干燥风机204、防击穿单向二极管205、工作指示灯3、逆 变模块4、第一充电器5、充电电池6、启动电源601、单向二极管701、 继电器接触线圈702、第一继电器动合触点703、第二继电器动合触点704、 第三继电器动合触点705、继电器动断触点8、第一空气开关9、动合按钮 开关1001、时间继电器延时线圈1002、时间继电器延时动合触点11、第二 空气开关12、第二充电器。

具体实施方式

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本实用新型提供的混合动 力电池系统。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实 用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

本文中描述的各种技术可以用于但不限于新能源汽车技术领域，还可以 用于其它类似领域。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以 存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存 在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以 存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情 况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

图1示出了本实用新型提供的第一种混合动力电池系统的结构示意图， 图2示出了本实用新型提供的第一种混合动力电池系统中燃料电池反应堆启停 控制电路示意图，图3示出了本实用新型提供的第一种混合动力电池系统中继电 器触点工作电路示意图。本实施例提供的所述混合动力电池系统，包括直流电压 总线1、燃料电池反应堆2、逆变模块3、第一充电器4、充电电池5、启动电源 6、继电器(图1未示出)、第一空气开关8和动合按钮开关9，其中，所述燃料 电池反应堆2包括若干个电性串联的反应单体和连通各个反应单体的供液泵201； 所述燃料电池反应堆2的输出端和所述逆变模块3的直流输入端分别电性接入所 述直流电压总线1，所述逆变模块3的交流输出端电性连接所述第一充电器4的 交流输入端，所述第一充电器4的直流输出端电性连接所述充电电池5的充电端； 所述第一空气开关8、所述动合按钮开关9和所述继电器的继电器接触线圈701 电性串联，形成一电性连接在所述逆变模块3交流输出端的第一燃料电池反应堆 启停控制支路，所述继电器的第一继电器动合触点702和所述供液泵201电性串 联，形成一电性连接在所述启动电源6输出端的第一继电器触点工作支路。

如图1至图3所示，在所述混合动力电池系统中，所述直流电压总线1 用于为整个电池系统提供12V的直流电压；所述燃料电池反应堆2为箱体结构， 所述反应单体(图1未示出)配置箱体的内部，通过多个反应单体串联可使得在 所述燃料电池反应堆2的输出端输出电压为12V的直流功率，最后将直流功率输 送至所述直流电压总线1上，所述供液泵201可以但不限于配置在箱体的前端内 部，用于在启动发电后为各个所述反应单体提供反应所需的电解液；所述逆变模 块3用于将直流电转换为交流电，如图1所示，所述逆变模块3为直流12V转交 流220V的逆变模块，可以通过其直流输入端从所述直流电压总线1上导入12V 的直流电，最后在其交流输出端输出220V的交流电；所述第一充电器4用于将 交流电转换为直流电，以实现对所述充电电池5的充电行为，如图1所示，所述 第一充电器4为交流220V转直流160V的充电器，在其直流输出端输出电压为 160V的直流电，并将电能充入至所述充电电池5中；所述充电电池5用于存储 电能，设有可输出电能的输出端，其可以是与对应充电端共用的端口，也可以是 另外设置的端口，由此输出的电能可以但不限于经过绝缘栅双极型晶体管(图1 未示出)的变频调压后，再输送至电机控制器(图1未示出)，最后驱动电机(图 1未示出)工作，实现电动汽车的行走。

所述逆变模块3还用于为燃料电池反应堆启停控制电路提供交流电能支 持,所述启动电源6用于为继电器触点工作电路提供直流电能支持。通过所述第 一燃料电池反应堆启停控制支路和所述第一继电器触点工作支路的配合，可以执 行对所述燃料电池反应堆2的启停控制行为，其工作原理可以当不限于如下方式： (1)在需要启动所述燃料电池反应堆2进行发电时，接通所述第一空气开关8， 同时按下所述动合按钮开关9使其处于导通状态，则可使所述第一燃料电池反应 堆启停控制支路导通,进而在交流电能作用下使所述继电器接触线圈701得电， 由此所述第一继电器动合触点702闭合，使得所述第一继电器触点工作支路导通， 最后使得所述供液泵201获电并启动工作(从所述启动电源6处获得电能)，为 所述燃料电池反应堆2中的各个反应单体提供所需的电解液，直至所述反应堆停 止发电，各个反应单体在获得电解液后发生相应反应，进而释放电能，并将电能 汇聚输送至所述直流电压总线1上；(2)在不需要所述燃料电池反应堆2发电时， 再次按下所述动合按钮开关9即可使其处于断开状态，则此时可使所述继电器接 触线圈701失电，进而使所述第一继电器动合触点702断开，最后使得所述供液 泵201失电，停止工作，进而停止发生反应以及电能的释放。

所述混合动力电池系统可以但不限于按照如下两种方式进行工作：(1) 先充电再驱动电机工作的模式，即在完成一次完全充电后，所述燃料电池反应堆 2停止工作，直到所述充电电池5需要再次充电时，才重新启动所述燃料电池反 应堆2进行发电；(2)边驱动电机工作边充电的模式，即在所述充电电池5驱动 电机后，立即启动所述燃料电池反应堆2发电，以便实时补充消耗的电能。前者 模式适用于短程的续驶里程工况，后者适用于长程的续驶里程工况，这两种模式 可以随时切换，从而可以随时随地的进行充电，解决电动汽车充电难的问题，并 大幅度地提升电动汽车的续驶里程及降低电池成本，满足对车载动力系统的高效、 对环境几乎零排放及低噪声的要求。同时还能够使车载动力系统的结构具有简单 紧凑、体积小及重量轻的优点，从而可方便高度集成和批量生产，并利于整车的 结构设计。

具体的，所述燃料电池反应堆2还包括冷却风机202；所述继电器的第 二继电器动合触点703和所述冷却风机202电性串联，形成一电性连接在所述启 动电源6输出端的第二继电器触点工作支路。如图1和图3所示，所述燃料电池 反应堆2的箱体后端外部设置有两个所述冷却风机202。

通过所述第二继电器触点工作支路可以在所述燃料电池反应堆2发电时， 启动所述冷却风机202对箱体内部进行通风散热，保障所述反应堆内部的反应正 常进行，其工作原理可以但不限于如下方式：在所述继电器接触线圈701得电时， 还可以使所述第二继电器动合触点703闭合，进而使得所述第二继电器触点工作 支路导通，所述冷却风机202在获电后启动工作，扰动箱体内部的空气流动，以 便对各个反应单体进行通风散热。

具体的，所述混合动力电池系统还包括时间继电器(图1未示出)，所述 燃料电池反应堆2还包括干燥风机203；所述第一空气开关8、所述时间继电器 的时间继电器延时线圈1001和所述继电器的第三继电器动合触点704电性串联， 形成一电性连接在所述逆变模块3交流输出端的第二燃料电池反应堆启停控制 支路，所述时间继电器的时间继电器延时动合触点1002、所述继电器的继电器 动断触点705和所述干燥风机203电性串联，形成一电性连接在所述启动电源6 输出端的第三继电器触点工作支路。如图1至图3所示，所述燃料电池反应堆2 的箱体前端内部设置有所述干燥风机203。

通过所述第二燃料电池反应堆启停控制支路和所述第三继电器触点工作 支路的配合，可以在停止所述燃料电池反应堆2发电的一段时间内，启动所述干 燥风机203，对各个反应单体的内部负极材料进行干燥作用，保障下一次发电的 正常启动，其工作原理可以但不限于如下方式：(1)在所述继电器接触线圈701 得电时，还可以使所述第三继电器动合触点704闭合，进而使得所述第二燃料电 池反应堆启停控制支路导通，使得所述时间继电器延时线圈1001得电，此时虽 然所述时间继电器延时动合触点1002闭合，但是由于所述继电器动断触点705 断开，此时所述第三继电器触点工作支路断开，所述干燥风机203不启动工作； (2)在停止所述燃料电池反应堆2发电时，所述继电器接触线圈701失电，此 时使所述第三继电器动合触点704断开，所述继电器动断触点705闭合，进而使 得所述第二燃料电池反应堆启停控制支路断开，导致所述时间继电器延时线圈 1001延时失电，在所述时间继电器延时线圈1001完全失电前，所述时间继电器 延时动合触点1002仍闭合，此时所述第三继电器触点工作支路导通，所述干燥 风机203在获电后启动工作，对各个反应单体的内部负极材料进行干燥作用；(3) 在所述时间继电器延时线圈1001完全失电时，所述时间继电器延时动合触点 1002断开，此时所述第三继电器触点工作支路断开，所述干燥风机203停止工 作，至此整个所述燃料电池反应堆完全停止工作。

具体的，所述逆变模块3的直流输入端、和/或所述逆变模块3的交流输 出端、和/或所述充电电池5的充电端设有第二空气开关11。所述第二空气开关 11用于导通或断开对应的链路，可以进一步实现不同工作模式之间的相互切换， 同时还可以方便系统的维护，例如在切断链路后，可以安全地更换对应设备。作 为优化的，如图1所示，在本实施例中，所述逆变模块3的直流输入端、所述逆 变模块3的交流输出端和所述充电电池5的充电端均设有所述第二空气开关11。

具体的，所述燃料电池反应堆2的输出端在电性串联一防击穿单向二极 管204后电性接入所述直流电压总线1。如图1所示，设置所述防击穿单向二极 管204，一方面可以阻止所述直流电压总线1上的电能馈入到所述燃料电池反应 堆2中，另一方面在所述燃料电池反应堆2因意外反应而产生高压或瞬间高压时， 保护所述直流电压总线1及电性连接在所述直流电压总线1上的其它设备。

具体的，所述启动电源6的充电端在电性串联一单向二极管601后电性 接入所述直流电压总线1。如图1所示，设置所述单向二极管601，可以在所述 直流电压总线1对所述启动电源6进行直接充电，并阻止所述启动电源6中的电 能馈入到所述直流电压总线1上。

具体的，所述燃料电池反应堆2可以是但不限于为铝-空气电池反应堆、 锌-空气电池反应堆和锂-空气电池反应堆等燃料电池反应堆中的任意一种。作为 优化的，本实施例中所述燃料电池反应堆采用铝-空气电池反应堆，在堆内设有 10个串联的反应单体(每个反应单体的输出电压为1.2V)，由此可在铝-空气电 池反应堆的输出端汇聚成12V的直流电，以便将电能直接馈入到所述直流电压总 线1中。由于燃料电池反应所需的原材料主要为铝，可使用工业过剩铝反应作为 原材料，使原材料具有资源丰富和价格低廉的优点，从而降低电池成本，同时电 池反应产生的产物可回收循环利用，杜绝对环境的污染。

具体的，所述充电电池5可以但不限于为由若干个磷酸铁锂电池串联而 成的电池组。详细的，由于每个磷酸铁锂电池的电压为3.2V，因此需要50个电 池单体串联，使所述充电电池5能够与所述第一充电器4的160V直流输出端相 吻合，以便匹配充电，并输出高压直流电。

综上，本实施例所提供的混合动力电池系统，具有如下技术效果：(1) 可以将燃料电池引入到车载动力系统中，实现“移动发电厂”和储电装置的结合， 从而可以随时随地的充电，解决电动汽车充电难的问题；(2)由于引入了燃料电 池，可使所述电池系统具有高能量密度和高功率密度的优点，大幅度地提升电动 汽车的续驶里程；(3)由于燃料电池反应所需的原材料具有资源丰富和价格低 廉的优点，可降低电池成本；(4)燃料电池反应产生的产物可回收循环利用， 杜绝对环境的污染；(5)可使车载动力系统的结构具有简单紧凑、体积小及重 量轻的优点，从而可方便高度集成和批量生产，并利于整车的结构设计；(6) 可以满足对车载动力系统的高效、对环境几乎零排放及低噪声的要求，便于实际 推广和应用。

实施例二

图4示出了本实用新型提供的第二种混合动力电池系统的结构示意图。 作为实施例一所述技术方案的进一步优化，实施例二所提供的混合动力电池系统 与实施例一所提供的混合动力电池系统的不同之处在于：所述混合动力电池系统 还包括第二充电器12；所述第二充电器12的交流输入端电性连接所述逆变模块 3的交流输出端，所述第二充电器12的直流输出端电性连接所述启动电源6的 充电端。

如图4所示，所述第二充电器12同样用于将交流电转换为直流电，以实 现对所述启动电源6的充电行为。详细的，所述第二充电器5为交流220V转直 流13.8V的充电器，在其直流输出端输出电压为13.8V的直流电，并将电能充入 至工作电压为13.8V的所述启动电源6中，从而可以对所述启动电源6进行浮充 电，不但可防止所述启动电源6自放电，还可以增加充电深度，提高所述启动电 源6的储能效率。

在实施例一的技术效果基础上，本实施例所提供的混合动力电池系统还 具有如下有益效果：(1)通过引入浮充电技术，不但可防止启动电源自放电，还 可以增加充电深度，提高启动电源的储能效率。

实施例三

图5示出了本实用新型提供的第三种混合动力电池系统的结构示意图。 作为实施例一或实施例二所述技术方案的进一步优化，实施例三所提供的混合动 力电池系统与实施例一所提供的混合动力电池系统的不同之处在于：所述燃料电 池反应堆2的输出端电性并联接有一工作指示灯205。

如图5所示，设置所述工作指示灯205，可以方便随时监测所述燃料电 池反应堆2的发电状态：在所述燃料电池反应堆2发电时，所述工作指示灯205 两端存在电压差，由此可以发光指示所述燃料电池反应堆2处于工作状态，反之 在所述燃料电池反应堆2停止发电时，熄灭指示所述燃料电池反应堆2处于不工 作状态。此外，所述工作指示灯可以但不限于为变色指示灯或DC12V的黄色指示 灯，可以通过发光的颜色状态或亮度状态判断所述燃料电池反应堆2的输出端电 压是否达标。

在实施例一或实施例二的技术效果基础上，本实施例所提供的混合动力 电池系统还具有如下有益效果：(1)通过设置工作指示灯，可以方便随时监测燃 料电池反应堆的发电状态，并进一步地可以判断所述燃料电池反应堆2的输出端 电压是否达标。

如上所述，可较好地实现本实用新型。对于本领域的技术人员而言，根 据本实用新型的教导，设计出不同形式的混合动力电池系统并不需要创造性的劳 动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、 替换、整合和变型仍落入本实用新型的保护范围内。