一种氢燃料电池大系统层级控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种氢燃料电池大系统层级控制系统，包括储氢单元、散热单元、联合控制单元、电堆、直流管理单元、逆变管理单元、高速涡轮空压机、稳压模块；所述电堆包括氢燃料电堆、DC

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池大系统层级控制系统


[0001]本技术属于大系统层级控制
，具体涉及一种氢燃料电池大系统层级控制系统。

技术介绍

[0002]氢燃料电池作为一种新能源电池，可广泛应用于发电站，航空航天，无人机等各个行业。氢燃料电池具有体积小、能量密度高的特点，因而航天领域得以应用。随着时代的发展与技术的更新,氢燃料电池也逐步被运用于交通运输和日常生活。现如今，氢燃料电池主要应用于三大领域：固定领域、运输领域、便携式领域。相比起传统石化燃料，氢燃料电池的电化学反应只产生水和热，无任何污染物产生，对于节能减排，保护环境具有重要意义。
[0003]制氢系统的原理如下：将纯水送入原料水随后输入碱液系统，并在电解槽中分解为氢气和氧气。生成的氢气氧气进行分离与洗涤，分离后的电解液与纯水混合后，经碱液冷却器、碱液循环泵、过滤器送回电解槽循环，电解。最后，通过控制电解槽的工作温度，使系统平稳运行。
[0004]目前，常见的氢燃料发电系统主要由燃料电池堆、氢气供应单元、空气供应单元、DC/DC模块，控制单元组成，这种氢燃料发电系统缺点在于不能控制氢气与空气的向燃料电池堆输入量，且缺少对于氢气的温度、浓度、压力检测装置，不能及时反馈和调整氢气向电堆的输入量。

技术实现思路

[0005]基于上述问题，本技术提供的一种氢燃料电池大系统层级控制系统，包括：储氢单元、散热单元、联合控制单元、电堆、直流管理单元、逆变管理单元、高速涡轮空压机、稳压模块；联合控制单元分别与储氢单元、散热单元、电堆相连，储氢单元与稳压模块相连，稳压模块与电堆通过可调节阀门相连，高速涡轮空压机一端连接电堆，另一端连接联合控制单元，电堆连接直流管理单元，直流管理单元连接逆变管理单元，通过直流管理单元驱动直流负载，通过逆变管理单元驱动交流负载。
[0006]所述联合控制单元为PLC，PLC通过控制高速涡轮空压机的转速来控制向电堆压入空气的速度，通过控制阀门开度来调节空气进入电堆的浓度、流速。
[0007]所述储氢单元包括浓度检测仪、压力传感器、温度传感器、储氢箱；浓度检测仪、压力传感器、温度传感器分别连接PLC；
[0008]所述浓度检测仪用于检测储氢箱内的氢气浓度值；
[0009]所述压力传感器用于检测储氢箱内的压力值；
[0010]所述温度传感器用于检测储氢箱内的温度值。
[0011]所述电堆包括氢燃料电堆、DC
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DC变换单元、储能单元、信号采集控制模块、耗电负载；所述氢燃料电堆、DC
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DC变换单元、储能单元、信号采集控制模块、耗电负载采用CAN总线进行通信；氢燃料电堆与DC
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DC变换单元相连；DC
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DC变换单元与储能单元相连，将产生的能
量传送给储能单元；储能单元与耗电负载相连，用于向耗电负载提供电能；耗电负载与信号采集控制模块相连；信号采集控制模块与氢燃料电堆相连；所述信号采集控制模块用于检测储能单元内电压、电流周期、峰峰值的指标，并检测耗电负载的指标信号；
[0012]所述信号采集控制模块用于检测储能单元内电压、电流周期、峰峰值的指标，并检测耗电负载的指标信号；
[0013]所述DC
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DC变换单元用于将氢燃料电堆产生的波动电流调整为稳定平稳的电流；
[0014]所述储能单元用于储存DC
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DC变换单元传输的电能；
[0015]所述直流管理单元将电堆输出的电压值整流为直流负载所需的电压值；
[0016]所述逆变管理单元将直流管理单元的电流逆变转换为交流电，为交流负载提供稳定的电压、电流。
[0017]所述稳压模块包括气体缓冲罐、电磁阀、出气阀门、流量计、压力传感器、温度传感器、进气口、排风口、散热扇；所述流量计设置在进气端，出气阀门设置在出气端；散热扇、温度传感器、电磁阀、流量计、压力传感器分别与联合控制单元相连。
[0018]所述电磁阀用于控制进气口的气体流速；
[0019]所述流量计用于检测进气口的气体流量与流速；
[0020]所述压力传感器用于检测出气端气体压力；
[0021]所述温度传感器用于实时监测气体缓冲罐内的温度值。
[0022]本技术的有益效果是：
[0023]本技术提出了一种氢燃料电池大系统层级控制系统，能够保证电堆中反应的稳定性；采用二级控制系统对电堆模块进行控制，这种分级控制系统将氢燃料电堆电流、电压的反馈信息有下向上逐层传递，各层次控制系统形成隶属关系，职责分明、分工明确，有利于提高控制效率和精度；电堆模块作为本系统最关键的部分，电堆子系统具有各自独立的控制能力和控制条件，从而可以对电堆模块的管理实施独自的处理；可行性强，在实际生产中容易实现。
附图说明
[0024]图1为本技术中氢燃料电池后备电源系统示意图；
[0025]图2为本技术中电堆示意图；
[0026]图3为本技术中稳压模块示意图；
[0027]图中，1、储氢单元；2、电堆；3、DC/DC转换器；4、DC/AC逆变器；5、联合控制单元；6、第一散热扇；7、直流负载；8、交流负载；9、高速涡轮空压机；10、可调节阀门；11、输氢管路；12、浓度检测仪(简称GCT)；13、第一压力传感器(压力传感器简称PT)；14、第一温度传感器(温度传感器简称TT)；15、稳压模块；16、出气阀门；17、流量计；18、电磁阀；19、气体缓冲罐；20、第二温度传感器；21、第二散热扇；22、第二压力传感器。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施实例对技术做进一步说明。
[0029]如图1所示，一种氢燃料电池大系统层级控制系统，包括：储氢单元1、散热单元、联合控制单元5、电堆2、直流管理单元、逆变管理单元、高速涡轮空压机9、稳压模块15；联合控
制单元5与储氢单元1、稳压模块15、散热单元、电堆2、直流管理单元、逆变管理单元相连接，储氢单元1与稳压模块15相连，稳压模块15与电堆通过可调节阀门10相连，高速涡轮空压机9一端连接电堆2，另一端连接联合控制单元5。本实施例中所述联合控制单元为可编程逻辑控制器PLC，所述直流管理单元为DC/DC逆变器3，所述逆变管理单元为DC/AC逆变器4，所述散热单元为第一散热扇6。
[0030]储氢单元1中包含浓度检测仪12、第一压力传感器13、第一温度传感器14、储氢箱；储氢箱用于存储输入的氢气，通过第一压力传感器13采集储氢箱内的压力值，通过第一温度传感器采集储氢箱内的温度值，通过浓度检测仪12检测储氢箱内氢气的浓度值；浓度检测仪12、第一压力传感器13、第一温度传感器14分别连接PLC的输入端；通过PLC将采样值实时上传并显示。
[0031]如图3所示，稳压模块15包括气体缓冲罐19、电磁阀18、出气阀门16、流量计17、第二压力传感器17、第二温度传感器20、进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池大系统层级控制系统，其特征在于，包括：储氢单元、散热单元、联合控制单元、电堆、直流管理单元、逆变管理单元、高速涡轮空压机、稳压模块；联合控制单元分别与储氢单元、散热单元、电堆相连，储氢单元与稳压模块相连，稳压模块与电堆通过可调节阀门相连，高速涡轮空压机一端连接电堆，另一端连接联合控制单元，电堆连接直流管理单元，直流管理单元连接逆变管理单元，通过直流管理单元驱动直流负载，通过逆变管理单元驱动交流负载。2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池大系统层级控制系统，其特征在于，所述联合控制单元为PLC，PLC通过控制高速涡轮空压机的转速来控制向电堆压入空气的速度，通过控制阀门开度来调节空气进入电堆的浓度、流速。3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池大系统层级控制系统，其特征在于，所述储氢单元包括浓度检测仪、压力传感器、温度传感器、储氢箱；浓度检测仪、压力传感器、温度传感器分别连接PLC；所述浓度检测仪用于检测储氢箱内的氢气浓度值；所述压力传感器用于检测储氢箱内的压力值；所述温度传感器用于检测储氢箱内的温度值。4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池大系统层级控制系统，其特征在于，所述电堆包括氢燃料电堆、DC
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DC变换单元、储能单元、信号采集控制模块、耗电负载；所述氢燃料电堆、DC
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DC变换单元、储能单元、信号采集控制模块、耗电负载采用CAN总线进行通信；氢燃料电堆与DC
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DC变换单元相连；DC
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【专利技术属性】
技术研发人员：李洪名，杨东升，刘崭然，纪晓楠，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：新型
国别省市：