一种有效保护燃料电池减少储能电池数量的直流输出系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种有效保护燃料电池减少储能电池数量的直流输出系统，包括交流充电系统、直流充电系统、DC/DC稳压系统、母线、整流二极管及电阻；储能电池通过所述母线、整流二极管与负载相连；燃料电池一路通过所述DC/DC稳压系统、母线与负载相连，一路通过所述直流充电系统与储能电池相连；市电一路与负载相连，一路通过所述交流充电系统与储能电池相连；所述DC/DC稳压系统与所述电阻并联。本实用新型专利技术通过有效增加燃料电池的输出效率，提供不同情况下对燃料电池的保护，可以在长期或间断性即时的提供稳定、高效的电力，解决市电、燃料电池、储能电池之间无缝的充放电转换，实现替代大批储能电池，给负载无限时长、无间断式供电功能。

【技术实现步骤摘要】
一种有效保护燃料电池减少储能电池数量的直流输出系统
本专利技术涉及燃料电池应用
，具体涉及一种有效保护燃料电池减少储能电池数量的直流输出系统。
技术介绍
目前市场上在线式UPS或移动后备电源多采用储能电池，其中大部分为铅酸电池，个别场合使用锂电池或镍镉电池。铅酸电池不仅在生产过程中有污染、且体积庞大、重量太大，需定期维护，供电时间有限的缺点。锂电池和镍镉电池也存在供电时间有限，采购及维护成本较高的缺点。综合以上因素，现有的储能电池系统在生产上有污染，组建时需提前规划场地(占地面积广、重量大)，供电时间有限，移动不便和维护成本高等诸多不尽如人意的地方。在现有的众多分布式发电技术中，燃料电池具有能效高、环保、动态特性突出等特点，被称为21世纪的分布式电源。随着现在电力紧缺现况的不断加重，燃料电池并网运行正逐渐变为一个大的趋势。目前，科研所也出现了以燃料电池为主电源的备用电源，但是只是概念机，在燃料电池的保护和辅助供电的储能电池充放电控制上，都无法满足现实生活中实际工作要求。由于燃料电池输出是一个电压变化范围很大的直流电能，电压波动大、稳定性差，在负载变化较大的场合使用燃料电池时，电能质量得不到保证，而燃料电池并网发电系统所要求输出的是一个稳定的交流电能，输出的电能无法直接应用，因此，在燃料电池发电系统中，电能变换是不可缺少的一个环节。随着电力电子技术的发展，应用电力电子变换电路作为电能变换有着变换效率高，功率密度大等优点，已经成为了分布式发电系统中电能变换的首选。然而现有电力控制技术在稳压、DC/AC转换、储能电池充放电及与市电的衔接上都没有一个合理的设计，多采用市场上现有的太阳能充电器和UPS配合，但太阳能充电器在控制燃料电池简单的把电力一分为二，一部分分给UPS逆变成AC220V输出，一部分分给储能电池充电，这种设计有两个弊端:1、电力分配不合理:燃料电池刚启动时，输出能力较弱，而此时电池充电和负载同时进行，加重了燃料电池的负载，增大了燃料电池输出能力的浪费；2、充电控制能力差:太阳能充电器对储能电池的充电功能比较差，对铅酸电池充电尚可，对其他储能电池(例如锂电池)充电时充电模式的合理变换能力很差。现有文献中关于提高燃料电池电能输出质量也有许多尝试，如王赞，肖岚，严仰光.在《基于燃料电池的推挽正激变换器的控制研究》(中国电机工程学报，2007，27 (33)，82-86) —文中设计的推挽正激变换器，提出了双CDD无源无损箱位电路，使系统具有很好的稳定及其动态影响，但是输出的是直流电，不能直接应用。李奇、湛耀添、区永江在《质子交换膜燃料电池的电响应研究》(电池，2006，36 (5):359-361) —文中提出的燃料电池逆变控制策略能够使输出的电流具有较小的稳态误差，但是不具备对输出功率的控制要求。专利2011100815244《基于燃料电池的不问断电源供电系统及其供电方法》公开的技术方案中通过由控制系统、主回路供电单元、旁路供电单元、备用供电单元组成的供电系统协调市电、辅助供电装置、燃料电池工作实现了对外不间断的提供电能，并能够在市电断电的情况下提供长时间、稳定的电能供电。此种燃料电池电力系统的作用主要在于，当如市电因为某些情况无法持续供应负载电力时，可利用燃料电池系统提供电力，以使得负载的工作不中断。而燃料电池系统不同于一般的备用电力来源，当负载发生变动时，燃料电池系统需要一些进行电化学反应的反应时间，并且当达到额定时间后才可以对燃料电池系统进行某个功率的抽载，如此才可避免燃料电池系统寿命的缩短。当必须大幅度提升燃料电池系统的功率输出时，如随之立即使燃料电池系统中的燃料电池堆输出所需的功率，将会因反应时间不足而造成燃料电池系统不可逆的伤害，在累积一段时间之后，燃料电池系统就会永久损坏。
技术实现思路
专利技术目的:为了解决传统备用电源系统利用效率低、能耗高、体积大等问题，同时提高对燃料电池、储能电池的保护和控制，本专利技术提出一种有效保护燃料电池减少储能电池数量的直流输出系统。技术方案:为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为:一种有效保护燃料电池减少储能电池数量的直流输出系统，包括交流充电系统、直流充电系统、DC/DC稳压系统、母线、整流二极管及电阻；储能电池通过所述母线、整流二极管与负载相连；燃料电池一路通过所述DC/DC稳压系统、母线与负载相连，一路通过所述直流充电系统与储能电池相连；市电一路与负载相连，一路通过所述交流充电系统与储能电池相连；所述DC/DC稳压系统与所述电阻并联。优选地，当市电正常时，市电分两路输出，一路直接输出给负载，一路经交流充电系统输出到储能电池并保证储能电池始终处于饱和状态。优选地，当市电异常时，储能电池及时提供负载电力，并启动燃料电池，燃料电池启动稳定后分两路输出，一路经稳压系统、母线与负载相连，一路经直流充电系统与储能电池相连。优选地，所述燃料电池的启动信号由所述交流充电系统提供。优选地，所述直流充电系统依据所述燃料电池输出功率的大小判断是否给储能电池充电。优选地,所述DC/DC稳压系统具有电流单向截止功能。优选地，所述直流充电系统具有电流单向截止功能。优选地，当燃料电池停机后，所述电阻导通，用于消耗燃料电池内部残留的氢气。优选地，所述整流二极管用于分开储能电池的充电电路和输出电路。有益效果:本专利技术充分考虑了燃料电池的工作特性，在稳压系统中采用了 MPPT技术，最大限度的保证了燃料电池的输出；DC/DC稳压系统和直流充电系统均设有电流单向截止功能，与并联电阻构成燃料电池的保护系统，起到保护燃烧电池的作用，延长了燃烧电池的使用寿命。本专利技术中储能电池的两种充电方式均采用智能充电系统，既保证了燃料电池的最大输出，又能保证储能电池在交直流两种充电状态下限流限压的充电；增设整流二极管，使充电电路与输出电路分开，增大了充电和输出的可靠性。本专利技术中的储能电池容量很小，以输出能力3KW的备用电源为例，本专利技术中储能电池不到20KG，而传统备用电池在800— 1000KG，大量减少了储能电池的重量、体积，可有效的减少储能电池的使用量，进一步减少储能电池的使用成本和制造所带来的环境污染。本专利技术中每个系统均达到了最大输出能力，提高了储能电池、燃料电池的使用效率，减少能耗；并且每个系统采用模块化设计，根据输出需求不同可扩展不同功率输出要求，在功率不同或出现故障时，可直接扩展更换对应模块即可，便于生产管理和维护，达到企业模块化管理。【附图说明】图1是本专利技术的结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图，对本专利技术的系统结构和工作原理进行详细的说明。如图1所示的有效保护燃料电池减少储能电池数量的直流输出系统，包括交流充电系统、直流充电系统、DC/DC稳压系统、母线、整流二极管及电阻。市电输入后分为两路，一路输出到客户端UPS或直流负载，一路经交流充电系统输出到储能电池；储能电池经母线、整流二极管与客户端UPS或直流负载相连；燃料电池一路经稳压系统、母线与客户端UPS或直流负载相连，一路经直流充电系统与储能电池相连。图中的黑色粗线表示母线。交流充电系统与燃料电池控制系统相连，用于提供燃料电池启动信号；交流充电系统具有如下功能，第一，在单独作为直流电源和外接DC/AC逆变器作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有效保护燃料电池减少储能电池数量的直流输出系统，其特征在于：包括交流充电系统、直流充电系统、DC/DC稳压系统、母线、整流二极管及电阻；储能电池通过所述母线、整流二极管与负载相连；燃料电池一路通过所述DC/DC稳压系统、母线与负载相连，一路通过所述直流充电系统与储能电池相连；市电一路与负载相连，一路通过所述交流充电系统与储能电池相连；所述DC/DC稳压系统与所述电阻并联。

【技术特征摘要】
1.一种有效保护燃料电池减少储能电池数量的直流输出系统，其特征在于:包括交流充电系统、直流充电系统、DC/DC稳压系统、母线、整流二极管及电阻；储能电池通过所述母线、整流二极管与负载相连；燃料电池一路通过所述DC/DC稳压系统、母线与负载相连，一路通过所述直流充电系统与储能电池相连；市电一路与负载相连，一路通过所述交流充电系统与储能电池相连；所述DC/DC稳压系统与所述电阻并联。2.根据权利要求1所述的有效保护燃料电池减少储能电池数量的直流输出系统，其特征在于:当市电正常时，市电分两路输出，一路直接输出给负载，一路经交流充电系统输出到储能电池并保证储能电池始终处于饱和状态。3.根据权利要求1所述的有效保护燃料电池减少储能电池数量的直流输出系统，其特征在于:所述燃料电池的启动信号由所述交流充...

【专利技术属性】
技术研发人员：程立明，王习鹏，魏广科，李明明，
申请(专利权)人：江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32