一种燃料电池多电源输出装置及其运行方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种燃料电池多电源输出装置及其运行方法，该装置包括燃料电池辅助系统、燃料电池电堆、DC升压器、DC降压器、高压直流配电器、低压直流配电器，高压直流配电器连接有交直流转换平台；燃料电池辅助系统、高压直流配电器、低压直流配电器和交直流转换平台分别与总控系统相连接，由总控系统对应控制改变燃料电池辅助系统、高/低压直流配电器和交直流转换平台的工作状态。与现有技术相比，本发明专利技术能输出高/低压直流以及不同交流电压，并分配不同输出功率，能利用外部电力对装置充电，在无供氢状态下作为储能装置，无氢状态亦能输出电力，从而满足多电源平台作业的电力需求，结合总控系统的相应控制，能够充分保证装置的稳定可靠运行。定可靠运行。定可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池多电源输出装置及其运行方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池系统
，尤其是涉及一种燃料电池多电源输出装置及其运行方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池是以氢气为燃料、以空气中的氧气为氧化剂的电化学发电装置。由于其具有无污染，能量转换率高和响应速度快等优点，被认为是最清洁和高效的新能源电力转换装置。作为清洁能源电力转换装置，燃料电池系统不仅仅在车载领域发展迅速，同样在固定式发电或者移动式发电领域也有很大的应用场景。
[0003]针对不同的应用场景，发电装置需要输出不同电压平台的电力，如低压电直流、高压直流电和交流电。然而现有的燃料电池系统大多只支持单一电源模式输出，难以满足在固定式热电联供、备电系统、移动式电源、工程机械等领域的多电源平台作业的电力需求。此外，如何适配不同电压平台电压、保证整个发电装置的稳定可靠运行，也是实现多电源输出模式所面临的挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池多电源输出装置及其运行方法，通过结合燃料电池、缓冲电池、升压/降压器和DC/AC双向变换器，并进行相应控制，能够匹配不同电压平台电压，满足不同应用场景的需要，同时保证装置的稳定可靠运行。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池多电源输出装置，包括燃料电池辅助系统，所述燃料电池辅助系统的输入端连接至外部储氢系统，所述燃料电池辅助系统的输出端连接至燃料电池电堆，所述燃料电池电堆的输出端连接至DC升压器，所述DC升压器分别与DC降压器、高压直流配电器相连接，所述DC升压器、DC降压器分别连接至燃料电池辅助系统；
[0006]所述DC降压器连接至低压直流配电器，所述低压直流配电器连接至外部低压直流输入/输出接口；
[0007]所述高压直流配电器分别连接至外部高压直流输入/输出接口、交直流转换平台，所述交直流转换平台与外部交流输入/输出接口相连接；
[0008]所述燃料电池辅助系统、高压直流配电器、低压直流配电器和交直流转换平台分别与总控系统相连接，由总控系统对应控制改变燃料电池辅助系统、高压直流配电器、低压直流配电器和交直流转换平台的工作状态。
[0009]进一步地，所述低压直流配电器连接有低压启动电池，所述低压启动电池连接至总控系统，为总控系统提供电能。
[0010]进一步地，所述高压直流配电器连接有高压缓冲电池系统，所述高压缓冲电池系统与总控系统相连接，由总控系统控制改变高压缓冲电池系统的工作状态。
[0011]进一步地，所述交直流转换平台包括依次连接的DC/AC双向变换器和交流配电器，所述DC/AC双向变换器和交流配电器分别与总控系统相连接，由总控系统对应控制改变DC/AC双向变换器和交流配电器的工作状态。
[0012]进一步地，所述外部交流输入/输出接口包括交流220VAC输入/输出接口和交流380VAC输入/输出接口。
[0013]进一步地，所述总控系统分别外部的设备触控单元、硬线控制单元、远程云端控制单元相连接，以接收外部相应的控制信号。
[0014]进一步地，所述总控系统通过网络模块与远程云端控制单元相连接。
[0015]进一步地，所述总控系统包括高压缓冲电池控制器、DC/AC双向变换控制器、燃料电池系统控制器、低压直流配电器控制单元、高压直流配电器控制单元和交流配电器控制单元。
[0016]进一步地，所述燃料电池系统控制器包括DC升压器控制单元、燃料电池辅助系统控制单元和DC降压器控制单元。
[0017]一种燃料电池多电源输出装置的运行方法，包括以下步骤：
[0018]a、装置启动；
[0019]b、低压启动电池上电，以为总控系统供电；
[0020]c、总控系统启动，接受外部的控制信号；
[0021]d、高压缓冲电池控制器唤醒、燃料电池系统控制器唤醒，之后分别执行步骤e和l；
[0022]e、检测高压缓冲电池系统的SOC是否正常，若正常，则执行步骤g，否则执行步骤f；
[0023]f、反馈电力不足，无法输出电能；
[0024]g、总控系统处理外部电力需求，其中，外部电力需求分为：外部低压直流输出需求、外部高压直流输出需求和外部交流输出需求；
[0025]h、高压直流配电器的高压端闭合，并根据外部电力需求进行电力分配，分别对应执行步骤i、j和k；
[0026]i、针对外部低压直流输出需求，DC降压器降压，低压直流配电器闭合，为低压启动电池补充电力，同时输出低压直流；
[0027]j、针对外部交流输出需求，DC/AC双向变换器启动，交流配电器闭合，输出交流电；
[0028]k、针对外部高压直流输出需求，直接输出高压直流；
[0029]l、燃料电池系统控制器唤醒后，检测储氢系统是否有供氢命令，若有则执行步骤m，否则执行g；
[0030]m、高压直流配电器闭合，通过缓冲高压电池系统提供燃料电池系统需要的启动高压；
[0031]n、DC升压器提供辅助系统启动高压，DC降压器则提供辅助系统启动低压；
[0032]o、按逻辑启动燃料电池系统；
[0033]p、根据高压缓冲电池系统的SOC情况，控制燃料电池的输出功率，以对高压缓冲电池系统进行补电，或联合高压缓冲电池系统共同对外输出电力。
[0034]与现有技术相比，本专利技术通过在集成设置燃料电池、高压缓冲电池、低压启动电池、DC升压器、DC降压器、交直流配电器、DC/AC双向变换器和总控系统等，以组合成一套完整的多电源输出装置，由此在总控系统的控制下，外部氢气可通过燃料电池电化学反应生
成电力，再通过DC升压器升至需要的直流高压，同时DC降压器可将直流高压降至需要的直流低压，高压直流配电器和低压直流配电器对应将高压、低压电力分配后输出，此外，DC/AC双向变换器逆变后的电力则通过交流配电器分配后输出。从而能够对外提供不同电压平台的电力，并具有供氢、不供氢多种模式，能够更好地满足燃料电池在固定式热电联供、备电系统、移动式电源、工程机械等领域的多电源平台作业的电力需求，并且保证装置的稳定可靠运行。
[0035]本专利技术在装置内设置高压缓冲电池，在无供氢情况下，能够向外提供电力，也可通过高压直流配电器、降压器和逆变器，转换为所需要的不同电压平台电压；高压缓冲电池系统在无供氢情况下，可通过高压直流和交流为其反向充电，作为储能单元使用；在储氢系统供氢正常情况下，当外部电力需要小于燃料电池可提供的电力时，高压缓冲电池系统可接受多余电力，为自己充电；当外部电力需要大于燃料电池可提供的电力时，高压缓冲电池系统可提供电力，以补充燃料电池欠缺的电力。
[0036]本专利技术在装置内设置低压启动电池，可接受外部低压直流充电，亦可接受由DC降压器提供的充电。DC降压器电力可在无氢情况下来自高压缓冲电池系统，在供氢情况下来自燃料电池升压后的电力。低压启动电池为本装置的总本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池多电源输出装置，其特征在于，包括燃料电池辅助系统(2)，所述燃料电池辅助系统(2)的输入端连接至外部储氢系统(1)，所述燃料电池辅助系统(2)的输出端连接至燃料电池电堆(3)，所述燃料电池电堆(3)的输出端连接至DC升压器(4)，所述DC升压器(4)分别与DC降压器(5)、高压直流配电器(8)相连接，所述DC升压器(4)、DC降压器(5)分别连接至燃料电池辅助系统(2)；所述DC降压器(5)连接至低压直流配电器(6)，所述低压直流配电器(6)连接至外部低压直流输入/输出接口(12)；所述高压直流配电器(8)分别连接至外部高压直流输入/输出接口(13)、交直流转换平台，所述交直流转换平台与外部交流输入/输出接口相连接；所述燃料电池辅助系统(2)、高压直流配电器(8)、低压直流配电器(6)和交直流转换平台分别与总控系统(16)相连接，由总控系统(16)对应控制改变燃料电池辅助系统(2)、高压直流配电器(8)、低压直流配电器(6)和交直流转换平台的工作状态。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池多电源输出装置，其特征在于，所述低压直流配电器(6)连接有低压启动电池(7)，所述低压启动电池(7)连接至总控系统(16)，为总控系统(16)提供电能。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池多电源输出装置，其特征在于，所述高压直流配电器(8)连接有高压缓冲电池系统(9)，所述高压缓冲电池系统(9)与总控系统(16)相连接，由总控系统(16)控制改变高压缓冲电池系统(9)的工作状态。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池多电源输出装置，其特征在于，所述交直流转换平台包括依次连接的DC/AC双向变换器(10)和交流配电器(11)，所述DC/AC双向变换器(10)和交流配电器(11)分别与总控系统(16)相连接，由总控系统(16)对应控制改变DC/AC双向变换器(10)和交流配电器(11)的工作状态。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池多电源输出装置，其特征在于，所述外部交流输入/输出接口包括交流220VAC输入/输出接口(15)和交流380VAC输入/输出接口(14)。6.根据权利要求1所述的一种燃料电池多电源输出装置，其特征在于，所述总控系统(16)分别外部的设备触控单元(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张存满，汪飞杰，明平文，杨代军，李冰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：