一种燃料电池能量可控输出装置制造方法及图纸

实用新型专利技术涉及一种燃料电池能量可控输出装置及控制方法，采用模块化结构设计，能量可控输出装置控制燃料电池能量的输出，燃料电池能量可控输出装置包括升压调节模块、降压调节模块、基于CAN总线的主控制模块、故障诊断与报警模块。本实用新型专利技术采用2级变换技术，输入电压承受范围宽，输出电压、电流、功率均可控，并可自动跟随负载功率输出能量。本实用新型专利技术设计了带上电保护的IGBT驱动电路、故障诊断与报警模块，增强了装置工作的安全性。本实用新型专利技术转换效率高，既可用于燃料电池，也可用于其它电压输出范围很宽的能量设备，适合在各种电力电子领域使用。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于一种燃料电池能量输出装置，具体而言是一种应用于具有高效节能、清洁环保、安全性强、可靠性高的燃料电池能量可控输出装置。
技术介绍
随着不可再生能源的不断减少，推动新能源的快速发展已经成为当务之急。燃料电池作为一种新能源，清洁环保，节能高效，为能源缺乏难题提供了一个非常好的解决方案。燃料电池变换效率高，对环境的污染几乎为零，体积小，可以在任何时候和地方方便地使用。然而燃料电池输出特性很软，输出电流越大，输出电压也就越低，这样造成燃料电池输出电压过宽，远远超出各电器设备正常工作电压范围。同时，燃料电池动态响应能力差。受化学变化的影响，燃料电池自身存在着严重的时滞特性，当负载启停频繁、瞬时加载等工况下，如果根据当前燃料供给情况不能输出满足负载所需求的功率时，燃料电池发动机就会处于过载状况，会造成燃料电池性能的明显衰减。因此，燃料电池必须配备功率变换器来调节、控制和管理能量输出，以得到符合要求的电能。为满足燃料电池发电应用的要求，针对燃料电池发电的电力电子变换装置与技术的研究已成为了一项重要课题。电力变换是燃料电池发电的重要环节，直接关系到整个电源系统的电能质量、安全和可靠性等。目前市场上大部分采用开关电源作为燃料电池承接负载的中间设备，并无单独适用于燃料电池输出特性的能量调节设备。目前已有的大功率开关电源具有以下缺陷1)输入范围窄。目前已有的开关电源装置输入范围很窄，只是允许输入纹波在一定范围内波动，而燃料电池输出特性偏软，输出范围随功率变化有非常大的变换范围，有的甚至超过3倍的变换，有的输入输出关系动态变化出现又有升压又有降压的情形。2)输出电压固定。目前已有的开关电源装置控制方案输出方式有限，只能按照系列等级固定电压输出，用户不能自主进行随意改变，更不能进行能量控制，不能根据用户需要进行输出动态控制。3)转换效率低。大功率电源属于强电产品，电流大、功率器件发热量大，如果电路设计不好，很容易造成器件发热厉害，控制策略不当也会严重影响电源转换效率，浪费能源。4)控制精度低。目前大功率电源装置随输入干扰及负载变换的影响下，动态响应能力差，不能准确、快速的控制电源装置的输出，微控制器输出的占空比不稳定，控制精度差。5)安全稳定性差。大功率电源电流大、电压高，因此对功率器件的要求都很高，如未采用安全保护电路和软件控制设计，在使用过程中产生的大电流容易烧坏功率模块的元器件。尽管大功率电源装置随着电子科技的进步已有了长足的发展，但随着新能源新设备的出现，仍有不少问题需进一步研究解决，特别是适合于燃料电池特点的新型电力调节设备急需研究开发。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种输入电压范围宽，输出能量可控，高效节能，运行可靠性高的燃料电池能量可控输出装置，以克服上述的不足。为了实现上述目的，本技术所采用的技术方案是一种燃料电池能量可控输出装置，采用模块化结构设计，能量可控输出装置控制燃料电池能量的输出，该装置包括升压调节模块、降压调节模块、基于CAN总线的主控制模块、故障诊断与报警模块，基于CAN总线的主控制模块分别与升压调节模块、降压调节模块、故障诊断与报警模块相连接，其特点是燃料电池输出正极(+)通过电流检测1与升压调节模块的输入端R1+相连，燃料电池输出负极(_)与升压调节模块的输入端R1-相连， 升压调节模块的输出端U10+与降压调节模块的输入端U21+相连，升压调节模块的输出端 U10-与降压调节模块的输入端U21-相连，燃料电池输出电能经升压调节模块与降压调节模块两级变换后，输出电压、电流、功率均可控的直流电能；降压调节模块输出端U20+通过电流检测2与蓄电池的正极⑴相连，降压调节模块输出端U2tr与蓄电池负极㈠相连；同时蓄电池的正极⑴通过电流检测3与负载正极⑴相连，蓄电池的负极㈠与负载负极(_) 相连，蓄电池与燃料电池一起参与能量的分配。上述方案中，所述基于CAN总线的主控制模块包括微控制器(MCU)、A/D采样电路、 带上电保护的IGBT驱动电路、散热风扇控制电路、蜂鸣器与数码显示控制电路、CAN总线与 RS-485总线接口电路；A/D采样电路的输入引脚Iin与电流检测1的信号输出相连，输入引脚Uin与电压检测1的信号输出相连，输入引脚T1与温度检测1的信号输出相连，输入引脚 T2与温度检测2的信号输出相连，输入引脚I。ut与电流检测2的信号输出相连，输入引脚Uout 与电压检测2的信号输出相连，输入引脚Iltjad与电流检测3的信号输出相连，检测信号经A/ D采样后通过SPI接口输入给MCU处理；MCU的P丽单元输出引脚PWMl和PWM2分别与带上电保护的IGBT驱动电路的输入引脚Al、Bl相连，带上电保护的IGBT驱动电路的输出引脚 Gl与升压调节模块的功率管VTl的控制级相连，输入引脚C1、E1分别与功率管VTl的集电极、发射极相连，带上电保护的IGBT驱动电路的输出引脚G2与降压调节模块的功率管VT2 的控制级相连，输入引脚C2、E2分别与功率管VT2的集电极、发射极相连，MCU产生两路PWM 信号，经过带上电保护的IGBT驱动电路后同时驱动升压调节模块和降压调节模块；散热风扇控制电路由MCU的I/O 口控制，输出与继电器隔离相连，控制散热风扇的启停；蜂鸣器与数码显示控制电路由MCU的I/O单元隔离驱动；主控制模块同时集成CAN总线与RS-485总线接口，实现远程在线监控和故障诊断。上述方案中，所述带上电保护的驱动电路包括反相驱动器、电平幅值转换器、驱动模块及电阻、电容、二极管；微控制器(MCU)输出引脚PWM1、PWM2与反相驱动器的输入引脚 AUBl相连，将M⑶发出的DP丽1、DP丽2信号翻转成驱动信号NP丽1、NP丽2 ；反相驱动器的使能引脚CS与MCU的I/O引脚相连，反相驱动器的使能由MCU的I/O引脚输出IGBTEN信号来控制；反相驱动器的输出引脚Xl与电平幅值转换器的输入引脚A2相连，反相驱动器的输出引脚Yl与电平幅值转换器的输入引脚B2相连，电平幅值转换器的输出引脚X2与驱动模块的输入引脚INA相连，电平幅值转换器的输出引脚Y2与驱动模块的输入引脚INB相连， 电平幅值转换器将VCC标准电平的驱动信号NPWM1、NPWM2转换成VDDl标准电平的驱动信号ZPWM1、ZPWM2 ；M⑶的功率保护引脚PDPINTA连接二极管D3的阳极，同时通过Rl电阻上拉到VCC电源，D3的阴极与驱动模块的SO引脚相连，同时通过R2电阻上拉到VDD2电源； IGBT发生短路故障时，驱动模块SO引脚输出低电平信号，二极管D3导通，Faultl信号被二极管D3箝位为低电平，MCU检测到该低电平信号进行故障处理。上述方案中，故障诊断与报警模块实时监测能量可控输出装置的状态信息，并通过RS-485接口远距离传送出去，经由RS-485/RS-232转换器传送给PC机显示处理，当该装置出现故障时，自动进行功率输出保护，并通过LED显示相应的故障代码及蜂鸣报警，PC机同时显示故障信息和故障位置。本技术突破了使用传统结构的电源装置限制，由于采用模块化结构设计，使用户组装方便，结构改造也变得极其方便、实用；采用两级变换单元，大大扩大了工作电压的输入范围；采用带上电保护的IGBT驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：全琎，黄亮，张锐明，全书海，熊荧，
申请(专利权)人：全琎，
类型：实用新型
国别省市：