一种燃料电池热电联供电气系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池热电联供电气系统，通过锂电池组上连接器与燃料电池系统部分、离网部分和并网部分连接。燃料电池系统部分输出直流电能和热能，离网部分输出AC220V电能给设备使用，并网部分可以把燃料电池和锂电池组的直流电转换成交流电输送给电网，或把电网的电能转换为直流电给锂电池组充电，通过配电柜可以给燃料电池热电联供系统提供工作电能。具体的叙述了电气部分的组成、电气的安装、供电和配电方式，达到燃料电池系统部分输出直流电能和热能，离网部分输出AC220V电能给设备使用，并网部分可以把燃料电池和锂电池组的直流电转换成交流电输送给电网。满足热水、并网发电和离网用电的需求。发电和离网用电的需求。发电和离网用电的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池热电联供电气系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池热电联供电气
，具体为一种燃料电池热电联供电气系统。

技术介绍

[0002]近年来国家提出“碳达峰，碳中和”的战略目标，我国逐渐在能源使用方面向着低碳和无碳的方面发展，然而在传统能源单独发电或者单独用热存在着能源效率使用低的问题，燃料电池热电联系统运行的综合效率高，且运行过程中不产生二氧化碳，氢能被公认为清洁高效的未来能源。
[0003]现有的燃料电池系统所需的电气部件电压等级主要面向乘用车和商用车的电压平台，小功率的燃料电池部分没有现成的统一的电气零部件可供燃料电池部分直接使用，为了满足燃料电池热电联供系统运行需求，燃料电池部分所需的电气件需要多种不同电压来满足系统运行需要。
[0004]现有的燃料电池热电联供系统存在着输出电能单一、功率不能持续稳定、不能单独输出离网或者并网电能的问题，无法满足实际使用中的需求，所以市面上迫切需要能改进的技术，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种燃料电池热电联供电气系统，通过电气系统的设计可以满足燃料电池部分电气件不同电压等级的供电需求，使系统快速稳定的响应外部功率需求，使系统随时满足热水需求，能够在只供应氢气的无外部启动电源情况下一键启动系统，在燃料电池不启动的情况下单独给设备供电或者单独发电给电网，可以有效解决
技术介绍
中的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种燃料电池热电联供电气系统，该电气系统包括：锂电池组、燃料电池系统部分、离网部分、并网部分和配电柜。通过锂电池组上连接器与燃料电池系统部分、离网部分和并网部分连接，燃料电池部分输出直流电能和热能，离网部分输出AC220V电能给设备使用，并网部分可以把燃料电池和锂电池组的直流电转换成交流电输送给电网，或把电网的电能转换为直流电给锂电池组充电。通过配电柜可以给燃料电池热电联供系统提供工作电能。
[0007]进一步的，锂电池组部件包括：BMS、预充电路、连接器、熔断器、电流传感器、手动维修开关(MSD)和透气阀。
[0008]进一步的，燃料电池部分部件包括：燃料电池、DCF、DC1、水泵、氢泵、散热水泵、鼓风机、PTC。
[0009]进一步的，离网部分部件包括：DC2、铅酸电池、离网逆变器、断路器、燃料电池系统部分和热电联供系统内的低压控制部分的电气件（燃料电池部分内的执行器和传感器、锂电池组、逆变器和DC控制电）。
[0010]进一步的，并网部分部件包括：并网逆变器、断路器。
[0011]进一步的，配电柜是通过内部电路设计实现热电联供系统内部供电或外部供电的双电源供电模式。
[0012]进一步的，锂电池组具有绝缘监测功能，输出主电路具备预充功能，输出三路接口通过连接器与外部连接，且具备短路和过流保护，锂电池组配备手动维修开关（MSD）和透气阀。
[0013]进一步的，绝缘监测功能需要先监测燃料电池冷却路的电导率，燃料电池水路的电导率过高会影响绝缘检测的准确性，绝缘检测的位置为所有与电池母线连接的器件对热电联供系统的外壳和接地的绝缘。
[0014]进一步的，预充功能是了给后端燃料电池部分、离网部分、并网部分的电容性负载的上电提供一个缓冲电流，防止瞬间上电损坏电气件，输出主电路的预充功能是在电池正极输出的继电器上并联电阻和开关。
[0015]进一步的，短路和过流保护及连接器为锂电池组主回路上安装电流监测装置，电流超过Iz时BMS断开输出主继电器达到过流保护的目的，Iz值可以修改，锂电池组输出点分三路输出，三路输出回路上串联熔断器FU1/FU2/FU3，通过熔断器对三路的短路进行保护，且三路输出使用连接器进行对接可方便维护时断开回路。
[0016]进一步的，锂电池组手动维修开关（MSD）和透气阀，MSD 串联在锂电池组中间并集成有熔断器，可以在输出整体短路时熔断保护锂电池组和后端负载，同时在需要维护系统或者系统运输长期不用时可以拔掉MSD，断开锂电池组，从而提高安全性，透气阀可以在锂电池组内部和外部压力不平衡时保持压力一致，同时透气阀有单向导通的特性外部的水无法进入锂电池组内部，从而保护锂电池组。
[0017]进一步的，燃料电池系统部分包括：氢泵为燃料电池提高氢气使用率，鼓风机为燃料电池提供空气，水泵和氢泵为燃料电池冷却和PTC为燃料电池产生的热能通过冷却水路带出到储水箱；冷却水路串联PTC加热器，PTC的供电可以由热电联供系统离网或电网供电，在燃料电池发热量不足或者不启动时可以启动PTC对水路加热，以此实现在没有氢气的情况满足单独的热水需求；DCF可以把燃料电池电压转换到锂电池组所需的电压平台并能控制电流，从而满足功率需求。DCF内集成有降压模块可以为水泵、氢泵、散热风扇直接提供电能。DCF的辅助高压输出口连接DC1，通过DC1转换电压为鼓风机提供电能，若鼓风机供电电压与锂电池组电压范围一直可以直接通过此端口给鼓风机供电。
[0018]进一步的，DCF的输入端有预充电路，为后端升压模块、降压模块、DC1、鼓风机内的电容充电，防止上电瞬间电压对容性器件充电造成大电流冲击，DCF与燃料电池连接电路有预充电路，防止燃料电池运行后的开路电压对DCF升压模块产生大电流冲击造成损坏。
[0019]进一步的，DCF、DC1为非隔离型，水泵、氢泵、散热风扇和鼓风机电气件负极与外壳直接连通，会导致高压负极与外壳导通存在一定的隐患，因此水泵、氢泵、散热风扇和鼓风机电气件安装通过绝缘块与框架固定从而使金属件与外壳绝缘隔离，提供燃料电池热电联供系统的安全性。
[0020]进一步的，DC2输入端连接锂电池组，把锂电池组电转换为后端所需的电压等级，
输出端与铅酸电池、离网逆变器、和燃料电池低压控制部分的电气件并联，铅酸电池可以为离网逆变器提供电量输出AC220V电能，或给燃料电池部分和热电联供系统内的低压控制部分的电气件供电，当铅酸电池电压变低时DC2根据铅酸电池电压调整输出电流用来满足逆变器和燃料电池低压控制部分的电气件用电需求。
[0021]进一步的，铅酸电池可以为燃料电池系统部分和热电联供系统内的低压控制部分的电气件供电用来启动系统，电气件包括燃料电池部分内的执行器和传感器、锂电池组、逆变器和DC控制电，或对离网逆变器后端的设备用电进行功率补偿，后端的逆变器和负载功率增大会导致铅酸电池电压下降因此可以根据电池电压判断功率和电池剩余电量。
[0022]进一步的，并网逆变器输入端连接锂电池组，输出端通过断路器连接到电网，可以把锂电池组和燃料电池部分的直流电转换为AC380V到电网，或把电网的电转换为直流电给锂电池组充电；当外部需求并网功率变化时燃料电池的功率相应会延后或者外部需要的功率大于燃料电池发出的功率时，此时不足的功率可以由锂电池组进行补偿，当外部所需要的功率小于燃料电池发出的最大功率时，可以根据锂电池组的剩余容量对锂电池组进行充电或者降低燃料电池发电功率，当锂电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池热电联供电气系统，包括锂电池组、燃料电池系统部分、离网部分、并网部分和配电柜，其特征在于：锂电池组上连接器与燃料电池系统部分、离网部分和并网部分连接，燃料电池系统部分输出直流电能和热能，离网部分输出AC220V电能给设备使用，并网部分把燃料电池和锂电池组的直流电转换成交流电输送给电网，或把电网的电能转换为直流电给锂电池组充电，通过配电柜给燃料电池热电联供系统提供工作电能，燃料电池系统部分把氢气进行氧化还原反应产生电能和热能，产生的电能通过DCF与锂电池组连接，DCF内集成有降压模块和辅助输出口，降压模块为燃料电池部分电气件供电，辅助输出口通过DC1为燃料电池部分鼓风机供电，燃料电池反应产生的电能转换为满足整个锂电池组电压范围的电能，并调整功率需求，DCF内集成有降压模块满足燃料电池部分辅助电气件的供电需求，辅助输出口为燃料电池部分和高压部件供电，输入端有预充电路，为后端容性负载进行充电，防止对后端容性负载冲击，DCF与燃料电池连接电路有预充电路，防止燃料电池上电瞬间对DCF冲击造成损坏。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池热电联供电气系统，其特征在于：锂电池组具有绝缘监测功能，输出主电路具备预充功能，输出三路接口通过连接器与外部连接，且具备短路和过流保护，锂电池组配备手动维修开关MSD和透气阀。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池热电联供电气系统，其特征在于：燃料电池产生的热能通过冷却水路带出到储水箱，冷却水路串联PTC加...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭彪，汪飞杰，袁家宏，王海军，张海龙，张洋，谷军，
申请(专利权)人：河南豫氢动力有限公司，
类型：发明
国别省市：