本發(fā)明屬于燃料電池充電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種最佳工況型燃料電池充電站。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，汽車已成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ?。但傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車在使用過程中產(chǎn)生了大量污染氣體，并加劇了對化石資源的依賴。隨著環(huán)境污染、能源危機(jī)等問題的不斷加劇，具有環(huán)保節(jié)能優(yōu)點(diǎn)的電動(dòng)汽車已成為未來汽車領(lǐng)域發(fā)展的主要方向。為緊跟汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新走向，中國政府在“十三五”規(guī)劃中提出了2020年全國電動(dòng)車保有量達(dá)500萬輛的目標(biāo)。作為重要的支撐設(shè)備，充電站的建設(shè)在電動(dòng)汽車普及中至關(guān)重要。

目前的充電站通常采用國家電網(wǎng)作為電力來源。由于電動(dòng)汽車快速充電時(shí)需要瞬時(shí)強(qiáng)大的功率電力，隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的不斷增長，大量電動(dòng)汽車同時(shí)快速充電將對電網(wǎng)造成巨大沖擊?？紤]到配電網(wǎng)改造等問題，到目前為止，充電站的建設(shè)仍處于起步階段。為滿足電動(dòng)汽車的充電需求，開發(fā)離網(wǎng)式充電站具有重要意義。

燃料電池是一種能直接將儲(chǔ)存在燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高，環(huán)境友好的特點(diǎn)。隨著燃料電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的逐漸成熟，燃料電池將成為離網(wǎng)式充電站理想的電力來源。目前國內(nèi)已開發(fā)了多種基于燃料電池的離網(wǎng)式充電站，如專利(cn104022545a)提供了一種基于甲醇的燃料電池移動(dòng)充電裝置，專利(cn105553044a)提供了一種基于天然氣的一體化充氣站與充電站裝置，專利(cn104466208a)提供了一種柴油型固體氧化物燃料電池充電站，專利(cn106300454a)提供了一種功率協(xié)調(diào)控制型燃料電池充電樁。但這些充電裝置在工作過程中由于用電負(fù)荷的波動(dòng)，均可能涉及到較為頻繁的燃料電池功率調(diào)節(jié)或啟停過程，燃料電池在偏離最佳工況的條件下工作時(shí)能量轉(zhuǎn)換效率較低，而頻繁調(diào)節(jié)電池功率或啟停電池還會(huì)造成燃料電池堆性能的衰減。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的燃料電池充電站因用電負(fù)荷波動(dòng)而需不斷調(diào)節(jié)燃料電池功率或啟停燃料電池的問題，本發(fā)明提供一種最佳工況型燃料電池充電站。

一種最佳工況型燃料電池充電站，包括燃料供給系統(tǒng)、燃料電池堆、增壓器、逆變器、控制器、交流充電樁、外部市網(wǎng)、蓄電池、電池管理系統(tǒng)、直流充電樁、輸出控制開關(guān)ko1、輸出控制開關(guān)ko2和輸出控制開關(guān)ko3；

燃料供給系統(tǒng)的輸出與燃料電池堆的輸入連接，燃料電池堆的輸出通過增壓器與逆變器的輸入連接，所述增壓器同時(shí)通過輸出控制開關(guān)ko3與蓄電池的充電端口連接，蓄電池的輸出同時(shí)與電池管理系統(tǒng)及直流充電樁的輸入連接，逆變器的輸出通過輸出控制開關(guān)ko1與交流充電樁的充電端口連接，并通過輸出控制開關(guān)ko2與外部市網(wǎng)的輸入連接，交流充電樁及電池管理系統(tǒng)均與控制器的輸入連接，控制器的輸出連接控制開關(guān)ko1、控制開關(guān)ko2和接控制開關(guān)ko3。

進(jìn)一步的所述控制器(5)根據(jù)交流充電樁(6)的充電狀態(tài)及蓄電池(8)的電量信息選擇電力的使用方式，維持充電站用電負(fù)荷的穩(wěn)定：

1)若交流充電樁(6)處于充電狀態(tài)，閉合控制開關(guān)ko1，斷開控制開關(guān)ko2及控制開關(guān)ko3；

2)、若交流充電樁(6)處于非充電狀態(tài)且蓄電池(8)電量未滿，閉合控制開關(guān)ko3，斷開控制開關(guān)ko1及控制開關(guān)ko2；

3)、若交流充電樁(6)處于非充電狀態(tài)且蓄電池(8)電量已滿，閉合控制開關(guān)ko2，斷開控制開關(guān)ko1及控制開關(guān)ko3。

進(jìn)一步的，交流充電樁、蓄電池和外部市網(wǎng)的用電負(fù)荷均與燃料電池堆在最佳工況下的電力輸出功率相當(dāng)。

進(jìn)一步的，所述燃料電池堆(2)為固體氧化物燃料電池，其最佳工況條件主要包括工作溫度、燃料供給量及工作電壓。

進(jìn)一步的，所述燃料電池堆(2)使用的燃料為氫氣、甲醇或天然氣。

進(jìn)一步的，，所述蓄電池(8)為鋰電池、鉛酸電池或鎳鋅電池。

進(jìn)一步的，所述電池管理系統(tǒng)(9)用于采集蓄電池中的電量信息，并將該信息傳送至控制器(5)中。

有益效果：本發(fā)明的最佳工況型燃料電池充電站中燃料供給系統(tǒng)以最佳工況條件向燃料電池堆供應(yīng)燃料，燃料電池堆在最佳工況下將燃料的化學(xué)能高效率的轉(zhuǎn)換為電能；燃料電池堆產(chǎn)生的直流電經(jīng)增壓器增壓后一方面可存儲(chǔ)在蓄電池中用以向直流充電樁提供直流電力，另一方面可經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后供交流充電樁使用，充電空閑時(shí)的盈余電力可提供給外部市網(wǎng)中的負(fù)載使用，三種電力使用方式由控制器通過輸出控制開關(guān)按實(shí)際情況選用。本發(fā)明提出的最佳工況型燃料電池充電站，采用多種用電方式組合的方法維持充電站用電負(fù)荷的穩(wěn)定，使得燃料電池堆能夠長期穩(wěn)定的在最佳工況下工作，可有效提高燃料電池堆的能量轉(zhuǎn)換效率，避免因頻繁調(diào)節(jié)電池功率或啟停電池而造成燃料電池堆的性能衰減，同時(shí)在充電空閑時(shí)還能將盈余電力回饋給外部市網(wǎng)，供外部市網(wǎng)中的負(fù)載使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種最佳工況型燃料電池充電站的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

一種最佳工況型燃料電池充電站，包括燃料供給系統(tǒng)1、燃料電池堆2、增壓器3、逆變器4、控制器5、交流充電樁6、外部市網(wǎng)7、蓄電池8、電池管理系統(tǒng)9、直流充電樁10、輸出控制開關(guān)ko1、輸出控制開關(guān)ko2和輸出控制開關(guān)ko3；

燃料供給系統(tǒng)1的輸出與燃料電池堆2的輸入連接，燃料電池堆2的輸出通過增壓器3與逆變器4的輸入連接，所述增壓器3同時(shí)通過輸出控制開關(guān)ko3與蓄電池8的充電端口連接，蓄電池8的輸出同時(shí)與電池管理系統(tǒng)9及直流充電樁10的輸入連接，逆變器4的輸出通過輸出控制開關(guān)ko1與交流充電樁6的充電端口連接，并通過輸出控制開關(guān)ko2與外部市網(wǎng)7的輸入連接，交流充電樁6及電池管理系統(tǒng)9均與控制器5的輸入連接，控制器5的輸出連接控制開關(guān)ko1、控制開關(guān)ko2和接控制開關(guān)ko3。

控制器5根據(jù)交流充電樁6的充電狀態(tài)及蓄電池8的電量信息選擇電力的使用方式：

1)若交流充電樁6處于充電狀態(tài)，閉合控制開關(guān)ko1，斷開控制開關(guān)ko2及控制開關(guān)ko3；

2)、若交流充電樁6處于非充電狀態(tài)且蓄電池8電量未滿，閉合控制開關(guān)ko3，斷開控制開關(guān)ko1及控制開關(guān)ko2；

3)、若交流充電樁6處于非充電狀態(tài)且蓄電池8電量已滿，閉合控制開關(guān)ko2，斷開控制開關(guān)ko1及控制開關(guān)ko3。

交流充電樁、蓄電池和外部市網(wǎng)的用電負(fù)荷均與燃料電池堆在最佳工況下的電力輸出功率相當(dāng)。燃料電池堆2為固體氧化物燃料電池，其最佳工況條件包括工作溫度、燃料供給量及工作電壓。電池管理系統(tǒng)9用于采集蓄電池中的電量信息，并將該信息傳送至控制器5中。

本發(fā)明的工作原理：

充電站工作時(shí)，燃料供給系統(tǒng)以最佳工況條件向燃料電池堆供應(yīng)燃料，燃料電池堆在最佳工況下將燃料的化學(xué)能高效率的轉(zhuǎn)換為電能，燃料電池堆產(chǎn)生的直流電經(jīng)增壓器增壓后供充電站使用，其使用方式包括：存儲(chǔ)在蓄電池中供直流充電樁使用，經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后供交流充電樁使用，及經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后提供給外部市網(wǎng)中的負(fù)載使用。控制器根據(jù)交流充電樁的充電狀態(tài)及蓄電池的電量信息，通過輸出控制開關(guān)來選擇電力的具體使用方式，維持充電站用電負(fù)荷的穩(wěn)定。