一种基于燃料电池的备用电源系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于燃料电池的备用电源系统，包括一燃料电池系统，其包括分别与一燃料电池堆相连的氢气供应系统、空气供应系统、水循环系统，该燃料电池堆设一电能输出端；一ＤＣ／ＤＣ变换器，其与电能输出端相连；一辅助供电装置，其与ＤＣ／ＤＣ变换器并联后与用电设备连接；一控制系统，包括设有人机接口的系统控制单元，该系统控制单元分别与一蓄电池管理系统、一氢气管理系统和一燃料电池控制单元相链接，该燃料电池控制单元分别与ＤＣ／ＤＣ变换器和一单体监控单元相链接。本发明专利技术一种基于燃料电池的备用电源系统克服蓄电池的不足，能方便地为设备供电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于燃料电池的备用电源系统。
技术介绍
随着社会的进步和人民生活水平的提高，电力供应已经变成生产和生活中不可或 缺的重要因素，特别是在一些政府职能机构和通信枢纽中显得尤为突出。由于人为的或自 然的一些不可控因素有可能使某些时段，某片区域出现电力供给丧失，因此备用电源是必 不可少的。目前国内的通信基站主要是以铅酸蓄电池作为后备电源，其初期投资比较低，但 缺点十分突出蓄电池的维护及管理成本较高；使用寿命短；容量的制约使其连续工作时 间非常有限，不能提供长时间、稳定的电能输出；容易造成环境污染。燃料电池技术是公认 的能够取代蓄电池作为通信行业备用电源的最有前景的技术。其能源清洁，能量转换效率 高，且对燃料电池发电的控制技术也已经比较成熟。但目前国内尚未有将燃料电池应用于 通信系统等领域备用电源的成熟案例，大多还处于研发试验阶段，系统输出功率也较小。 200910061032. 1中提出了一种通信用燃料电池备用电源系统，但其并未对其具体 实施案例作出较详尽的阐述，其应用对象的特性及系统的测试状况也并未描述；其断电判 断通过直接对市电的检测而获取，故针对不同的用电设备需要在系统外部增加不同的掉电 检测电路，易用性及通用性有一定的不足；其数据通信都在单一的CAN通信网络中传输，当 数据量较大时，系统实时性难以得到保证，且不利于多系统的扩展。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提出一种基于燃料电池的备用电源系 统，该系统以氢气作为主要的能源，清洁高效；系统能够在市电掉电的情况下为外部负载提 供长时间稳定、大功率的直流供电；系统通过对内部母线状态及辅助供电装置工作状态的 监测来实现对外部市电状态的判断，易用性及通用性强，具有即插即用的特征；系统采用了 多路CAN通信网络，并结合RS485，对系统不同层次的控制监测单元采用不同的数据传输通 道，有利于提高系统的数据处理能力及系统的扩展。本专利技术可通过以下技术方案予以解决一种基于燃料电池的备用电源系统，其包括一燃料电池系统，其包括分别与一燃 料电池堆相连的氢气供应系统、空气供应系统、水循环系统，所述燃料电池堆设一电能输出 端；一 DC/DC变换器，其与所述电能输出端相连；一辅助供电装置，其与所述DC/DC变换器 并联后与用电设备连接；一控制系统，包括设有人机接口的系统控制单元，二者之间通过 RS485实现通信，该系统控制单元分别与一蓄电池管理系统、一氢气管理系统和一燃料电 池控制单元相链接，各单元之间通过CANA网络实现通信，该燃料电池控制单元分别与所述 DC/DC变换器和一单体监控单元相链接，各单元之间通过CANAS网络实现通信。燃料电池系 统输出端连接有电压传感器、电流传感器，以实现对燃料电池系统的状态监测，并连接保险 丝和二极管作为保护装置；辅助供电装置和DC/DC变换器并联输出端接有电压传感器，以实现对系统输出电压的实时监测；辅助供电装置输出端接有电流传感器，实时诊断其工作状态，并配合母线电压状态变化来获取外部市电的供电状态，实现了外部电源状态的内部 判断。本专利技术所述氢气供应系统包括一氢气瓶，其输出管依次通过压力传感器、温度传 感器及控制阀与所述燃料电池堆相连；所述空气供应系统包括一风机，其通过一增湿器与 所述燃料电池堆相连，所述风机还连接一风机控制器；所述系统控制单元与所述蓄电池管 理系统、氢气管理系统和燃料电池控制单元间通过CANA进行通信，所述燃料控制单元与直 流变换器及单体监控单元间通过CANAS进行通信。通过以上所述的技术方案，本专利技术一种基于燃料电池的备用电源系统，可利用氢 气作为主要燃料，输出44V-54V间稳定的直流电压，能够在较长时间内提供单模块净输出 功率达5kW的电能供应，并可以根据实际需求进行扩展，以满足较大功率用电设备的特定 要求，满足目前通信基站等用设备对备用电源的基本要求；该备用电源系统完全独立，外部 电源状态判断也在系统内部实现，对外只提供供电接口，具有即插即用的特征。附图说明图1是本专利技术一种基于燃料电池的备用电源系统的原理图及外部设备的接口1，燃料电池系统；2，DC/DC变换器；3，辅助供电装置；4，电源；5，用电设备图2是本专利技术的燃料电池系统的内部结构101，燃料电池堆；102，氢气瓶；103，电磁阀；104，比例阀；105，比例控制阀；106， 排氢电磁阀；108，氢气出口 ；109，增湿器；110，风机；111，风机控制器；112，散热器；113， 水箱；114，水泵；115，空气出口 ；116，电能输出端图3是本专利技术的控制系统的拓扑结构601，系统控制单元SCU ；602，人机接口 HMI ；603，蓄电池管理系统BMS ；604，氢气 管理系统HMS ；605，燃料电池控制单元rcU ；606，单体监控单元CVM，607，可扩展的燃料电池 控制单元具体实施例方式下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术一种基于燃料电池的备用电源系统，其包括燃料电池系统1，其包括氢气供应系 统，空气供应系统，水循环系统，该些系统分别与燃料电池堆相连，燃料电池堆设电能输出 端；一 DC/DC变换器2，其与电能输出端连接；一辅助供电装置3，与DC/DC变换器一并与用 电设备5连接；还包括一控制系统，其分为三层，第一层为一系统控制单元，其设有一人机 接口，第二层包括一蓄电池管理系统、一氢气管理系统和一燃料电池控制系统，第一层通过 RS485实现通信，第二层的该些系统分别与系统控制单元通过CANA进行通信链接，第三层 包括DC/DC和一单体监控单元，DC/DC和单体监控单元分别通过CANAS通信网络与燃料电 池控制单元链接。如图1所示，一种基于燃料电池的备用电源系统主要由燃料电池系统1，DC/DC变 换器2，辅助供电装置3 (蓄电池组)及其控制系统构成，并在燃料电池系统1输出端连接有 电压传感器、电流传感器，以实现对燃料电池系统的状态监测，并连接保险丝和二极管作为保护装置；辅助供电装置3和DC/DC变换器2并联输出端接有电压传感器，以实现对系统输 出电压的实时监测；辅助供电装置3输出端接有电流传感器，实时诊断其工作状态，并配合 母线电压状态变化来获取外部市电的供电状态，实现了外部电源状态的内部判断，DC/DC变 换器2的输出端连接有保险丝和二极管。当外部电源4正常运行时，由市电经转换后直接 供用电设备使用；当外部电源4停止工作时，由燃料电池备用电源系统1作为主要的电能供 应源，其输出的电能经DC/DC变换器2后，转换为适合于外部用电设备的稳定直流电压；当 外部市电恢复正常后，燃料电池备用电源系统1停止运行，由外部电源4为用电设备供电。 辅助供电装置3 (蓄电池组)作为系统状态转换过程中的能量缓冲装置，保证了对用电设备 持续稳定的不间断供电。如图2所示，本专利技术的燃料电池系统的内部结构，该燃料电池系统由分别与燃料 电池堆101相连的氢气供应系统、空气供应系统、水循环系统构成，其中氢气供应系统包括 氢气瓶102，依次连接压力传感器，温度传感器，以及电磁阀103，比例阀104，比例控制阀 105，最终接入燃料电池堆101，并设有氢气出口 108，在进口管道和出口管道之间设有排氢 电磁阀106。空气供应系统为一 风机控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于燃料电池的备用电源系统，其特征在于：包括一燃料电池系统，其包括分别与一燃料电池堆相连的氢气供应系统、空气供应系统、水循环系统，所述燃料电池堆设一电能输出端；一ＤＣ／ＤＣ变换器，其与所述电能输出端相连；一辅助供电装置，其与所述ＤＣ／ＤＣ变换器并联后与用电设备连接；一控制系统，包括设有人机接口的系统控制单元，该系统控制单元分别与一蓄电池管理系统、一氢气管理系统和一燃料电池控制单元相链接，该燃料电池控制单元分别与所述ＤＣ／ＤＣ变换器和一单体监控单元相链接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马天才，娄洁良，李峰，章波，蔡武久，
申请(专利权)人：昆山弗尔赛能源有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]