燃料电池模拟装置制造方法及图纸

燃料电池模拟装置，其特征在于：该装置包括变压器、可编程的整流器、过压保护器及输出电容；所述变压器的输入端接交流３８０Ｖ网电，变压器的输出端并联过压保护器，与所述整流器的输入端相连，所述整流器输出端通过输出电容与负载相连。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种燃料电池模拟装置，属于电源设计领域。
技术介绍
燃料电池是一种电源装置，和其他的电源装置一样，它是用来为电力负载提供电能的。在燃料电池电动汽车的应用上，燃料电池是整车动力系统的动力源，在对燃料电池电动汽车开展研究中，几乎在每一次台架试验中都不可避免地需要用到。而在燃料电池的制造上，有较高的技术、制造工艺以及成本要求。并且，另一方面，燃料电池是一种特殊的电源装置，具有特殊的输出特性，即它的电压随电流或者功率的增加有衰减的特性，所以又是一般的电源装置(网电或其他电池)替代不了的。因此，需要用一种专门的替代装置来代替实际的燃料电池来用于使用燃料电池的场合，比如进行燃料电池电动汽车研发过程中的台架试验或其它以燃料电池为电源的产品研发过程。在此之前，国内尚无燃料电池模拟装置或类似装置。这套燃料电池模拟装置的设计制成有重大的意义和价值。
技术实现思路
本技术的目的是为了提供一种燃料电池模拟装置，利用此装置能完全合理地模拟实际燃料电池的工作特性，在燃料电池电动汽车的研发过程的台架试验中或者其它场合作为燃料电池的替代装置使用。这种装置在国内是前所未有的，“燃料电池模拟装置”的这一概念提出也是具有首创意义的。为了达到上述目的，本技术所述的燃料电池模拟装置，其特征在于该装置包括变压器、可编程的整流器、过压保护器及输出电容；所述变压器的输入端接交流380V网电，变压器的输出端并联过压保护器，与所述整流器的输入端相连，所述整流器输出端通过输出电容与负载相连。作为本技术的一个改进，所述的变压器和网电之间连有接触器和熔断器。本技术的另一种型式为燃料电池模拟装置包括变压器、可编程的整流器、过压保护器及输出电容；所述变压器的输入端接交流380V网电，变压器的输出端并联过压保护器，与所述整流器的输入端相连，所述整流器输出端通过输出电容与负载相连；所述的可编程整流器包括一个主整流器和一个从整流器；所述两个整流器的正输出端分别通过一个均衡电抗器后接到所述输出电容的一端；所述两个整流器的负输出端连接后，通过平波电抗器和输出电容的另一端相连。上述的变压器和整流器之间还可串联接触器和熔断器。该模拟装置实现了对实际中的燃料电池的工作特性的完全模拟。在向电力负载供电时，模拟装置的输出电压与其输出功率之间的匹配关系符合所设定的燃料电池特性，并且运行稳定可靠，达到了对燃料电池的良好的模拟效果。附图说明图1表示燃料电池模拟装置的一种实施例的电路接线图。图2表示燃料电池模拟装置的另一种实施例的电路接线图。图3表示燃料电池模拟装置中整流器内部的控制策略单线图。图4表示整流器控制模块单元的控制流程图。具体实施方式模拟装置使用了西门子公司的整流器，实现了两套模拟装置。380V交流电源通过控制方式可编程的整流器的整流转换作用，整流后得到的功率输出，其特性符合实际燃料电池的工作特性。实现这一过程，这只需要将实际燃料电池的工作的特性曲线以程序的形式编写入整流器的控制芯片，这样实际控制过程中，就可以控制整流器按照预设的工作特性曲线工作。同时，模拟装置提供手动控制和自动控制的两种工作方式。本技术中，第一套模拟装置的整流单元是由一台单独的整流器组成的；第二套模拟装置中整流单元有两台整流器组成，其中一台作为主整流器，另外一台作为从整流器。第二套模拟装置运行时，控制单元的控制施加在主整流器上，从整流器跟随主整流器的运行状态进行工作。参照附图，将详细叙述本技术的具体实施方案。如图1给出的是第一套燃料电池模拟装置模拟功能实现的电路接线图。模拟装置的工作时输入交流380V(工业用电)电压，形式为三相交流带中线；模拟装置的输出为直流。网电首先经过自动开关QF，再经过接触器KM和熔断器FU1-3，而后连接到变压器T，T是两绕组的电力变压器，变压器的输出提供给整流调速装置。同时，在接触器和熔断器之间安装有电流表A，在自动开关QF的后面安装有电压表V，SA1为电压表的切换开关，通过该切换开关可以选择测量不同相间的相电压；变压器的输出端并联有过压保护器RV1-3。变压器输出端分别连接到整流器的1U1、1V1、1W1三个输入端口，整流器采用西门子的型号为6RA7085-6DS22的整流器，选择600A不可逆+端子板CUD2+功能软件包S00，利用软件包S00的自由特性曲线功能，绘制系统输出电压随负载变化的曲线，用该曲线来控制装置的输出。通过整流器的整流可以获得获得6脉波波形的整流输出电压。整流器的输出端口1C1、1D1并联电容C，其中1C1为正输出端，1D1为负输出端。这样整流器的输出电压经过输出电容C的稳压平波后输出。通过下面将要讲到的闭环控制策略的控制整流器可为负载提供符合燃料电池特性的直流性能的电压电流输出。如图2给出的是第二套燃料电池模拟装置模拟功能实现的电路接线图。交流380V网电经过自动开关QF后连接变压器T，此变压器为三绕组的变压器，其规格是230kVA-380/380V。在自动开关与变压器之间分别安装有电流表A和电压表V。变压器副边两绕组各自的引出端通过接触器1KM(2KM)和熔断器1FU1-3(2FU1-3)，分别接到两个整流器的1U1、1V1、1W1三个输入端口，整流器采用西门子的型号为6RA7078-6DS22的整流器；同时，变压器副边两绕组各自的引出端还都并联有过压保护器，分别是1RV1-3和2RV1-3。使用两个整流器是第二套装置区别于第一套装置的不同之处。同样，通过单个整流器整流获得的输出电压波形为6脉波的波形，但是两个整流器的正输出端1C1分别通过均衡电抗器1L1和1L2后连接在一起，进行电压均衡之后，就得到12脉波的电压输出，输出电压的脉波数变多了，电压脉动显著变小，纹波也显著减小，经过均衡电抗器均衡的输出电压要平稳得多。两个整流器的负输出端1D1直接连接在一起，然后又经过连接在负输出端的平波电抗器2L和与负载并联的输出电容C的稳压平波，进一步提高输出的直流性能和带负载能力。模拟装置的额定输出是直流500V/500A。图3表示的是整流器内部的控制原理框图。在两套模拟装置中整流器内部的控制模块是相同的。如图，工艺特性模块是指燃料电池的工艺特性模块，即燃料电池的工作特性，也就是通过上面所提到的功能软件包S00来实现的。输出电压随负载变化的曲线可以根据需要任意绘制，因此控制器的这一模块是可以进行编程的，通过编程把实际燃料电池的V-I特性曲线植入了控制模块，从而使整流器可以依据这一特性曲线经过电压闭环以及电流闭环的控制向负载输出电流和电压。在手动给定输出电压的运行模式下，根据手动给定值，通过工艺特性模块计算出电流值，经过电压环比较作为给定电流，再经过电流环控制整流器的电压和电流输出。而在自动运行的模式下，首先是采样得到功率、电压信号，然后根据燃料电池特性曲线自动确定输出电压和电流的大小，同样作为电压环和电流环的参考给定来控制输出。第二套模拟装置在运行过程中这些控制都是施加在主整流装置上的，从装置跟踪主装置的运行状态运行。如图4给出的是自动工作模式下整流器控制模块单元的控制流程图。工艺模块实际上是一个数据表，是按实际燃料电池工作特性制作的电压—电流对应关系数据表。可以在已知功率需求，或电压需求，或电流需求通过查表确定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢青春，高大威，欧阳明高，施尉加，郭淑英，梁裕国，
申请(专利权)人：清华大学，中国南车集团株洲电力机车研究所，
类型：实用新型
国别省市：