本发明专利技术涉及一种电源装置，包括一具有一标称电压和一额定伏安特性的燃料电池装置（２），该燃料电池装置与负载（１）连接，该电源装置还包括一可变的ＤＣ－ＤＣ变压器（３）、一分流该ＤＣ－ＤＣ变压器（３）的分流支路（１１）、一将该燃料电池可选择地连接于该ＤＣ－ＤＣ变压器或分流支路的开关（１３），以及一个控制该开关的控制单元（１２），该控制单元（１２）包括一耦合于该燃料电池装置（２）上的测量装置，用于侦测工作点；当该燃料电池装置的电压处于该燃料电池装置伏安特性的选定区域（５）以内时，该控制单元与该分流支路（１１）连接；当处于上述特性的剩余范围（４、６、７）内时，则该控制单元不与该分流支路连接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电源装置，其包括一个具有标称电压和额定伏安特性的燃料电池装置，用于连接负载；还包括一可变的DC-DC变压器；一用于分流DC-DC变压器的分流支 路；一开关，用于将燃料电池可选择地连接于DC-DC变压器或者将其连接于分流支路。本发 明还涉及该电源装置的使用方法。
技术介绍
如上所述的一种电源装置，例如，美国专利6，255，008B1公开了一种能够减少电 能损失的燃料电池系统。在该系统中，一个第二电池与电源装置并联。根据负载的电能需 要以及电池的电量状态，决定该电池连接或不连接负载，而该燃料电池通过DC-DC变压器 或通过分流支路连接到负载，或者通过DC-DC变压器同时连接到电池和负载。该燃料电池的特性为，理想状态下的燃料电池具有相当高的输出电压，且该电压 随电流流出而下降。在一个较大的电流强度范围内，输出电压基本保持恒定，只会以其百分 比例减少，此后，当电流超过某一值时，电压极大地下降。DC-DC变压器用于维持电压的基本 恒定，至少在该特性曲线急剧升降的部分。其效率达到例如70%-90%。只要电压足够接 近标称电压，该分流支路则用于避免由变压器造成的电压损失。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种有效的对DC-DC变压器和分流支路间的开关切 换的控制。根据本专利技术，该电源装置的特点在于，该控制单元包括一耦合于该燃料电池装置 上的测量装置，用于侦测工作点；当该燃料电池装置的电压处于该燃料电池装置伏安特性 的选定区域以内时，该控制单元与该分流支路连接；当处于上述特性的剩余范围内时，则该 控制单元不与该分流支路连接。较佳地，该伏安特性中的选定区域位于标称电压的两侧，其中，根据负载的需求， 该电压差对电流变化的依赖性不大于25%，更佳地，不大于15%，最好不超过5%。根据较佳实施例，控制单元、开关、分流支路以及DC-DC变压器为一单一装置的组 成部件；该开关为一电开关，较佳地，为一 MOS管或一绝缘栅双极型晶体管；该DC-DC变压 器为一稳定的闭环控制变压器。根据本专利技术，还提供了一种该电源装置的使用方法，其中，如果燃料电池装置的电 压在该燃料电池装置的伏安特性的选定区域之内，则该开关处于与分流支路连通的状态， 如果在上述特性的剩余范围之内，则该开关处于与分流支路断开的状态。该选定区域被设 定为标称电压两侧的范围，其中，该电压差对电流变化的依赖性不大于25%，较佳地，不大 于15%，最好不超过5%。根据本专利技术，一种该电源装置的使用方法，其中，特性中限定该选定区域的电压较 低一侧的范围被划分为至少两个区域，即，一个恢复区域和一个关闭区域，该恢复区域被一个表征该燃料电池装置输出电压最小值的第一工作点和一个第二工作点限定，该输出电压 最小值在持续工作条件下仍然是可转换的，在通过该第二工作点之后便进入该关闭区域， 其中在该恢复区域里该DC-DC变压器输出一个低于标称电压的电压，较佳地，在该恢复区 域中，根据时间和/或燃料电池的空载电压，燃料电池装置被间歇地关闭和重启。若使用能 够升压的DC-DC变压器，在该选定区域和恢复区域之间设置一可适区域，在该可适区域中 该变压器输出标称电压。附图说明 本专利技术的上述内容及更多目的、特征以及有益效果将通过参考附图在下文描述的 较佳实施例中进行说明。图1为与负载连接的电源装置的电路图。图2为燃料电池装置的典型的伏安特性示意图。图3为本专利技术实施例的改进图。1负载2燃料电池3DC-DC变压器4可适区域5选定区域6可适区域7恢复区域8关闭区域9工作点10工作点11分流支路12控制单元13开关14开关具体实施例方式图1为该电源装置与负载1连接的电路图。该电源装置包括一个燃料电池2，在本 实施例中，每个单电池的标称电压为700mV，空载电压为950mV，持续电压最小值为600mV， 电压绝对最小值为500mV ；以及一个DC-DC变压器3。该变压器可以为降压变压器、升压变 压器或者升降压结合的变压器，也可为根据过高的输入电压输出不同于标称电压的电压值 的变压器。实际使用的该燃料电池2通常可以为串联的10-100个单电池。图2为燃料电池2中单电池的伏安特性示意图，电流密度单位为mA/cm2，电压单位 为mV。该特性曲线有一急陡的第一区域4，从燃料电池的空载电压一直到一比标称电压高 出一定百分比例的电压为止；一个稍微平缓些的第二区域5，该区域包含该标称电压；一个 急陡程度再次超过第二区域5的第三区域6，该区域一直延伸到持续电压最小值处；一个第 四区域，即恢复区域7，其位于连续电压最小值和电压绝对最小值之间；以及一个在电压绝对最小值之后的非常急陡的最后一个区域，即关闭区域8。 该区域5向该标称电压的两侧延伸，直至两侧的电压值分别高于和低于标称电压 一定百分比例，该两侧的百分比例可以不相等，由此便形成了上述的选定区域。该选定区域 被设置为包含了负载1的容 许电压波动。区域4，6和7形成了上述的剩余范围，其中只有 区域4和6形成了持续工作条件下的可适范围。在区域6电压较低的一端限制了区域6的 范围的持续电压最小值的工作点9被定义为燃料电池能够在不引起例如冷却或效率等问 题的情况下勉强保持运转的最低电压点。在区域7电压较低的一端将区域7与区域8分隔 的电压绝对最小值的工作点10表征这样的一个工作点一旦电压低于该工作点，燃料电池 2的效率和性能便会过低，并且会由于该燃料电池的例如冷却系统等诸多问题导致其无法 再持续工作。 随着负载1消耗的电流强度不同，燃料电池2输出的电压沿着特性曲线而变化。在 区域4和6中，电压与标称电压差距太大，因而通过DC-DC变压器3将电压调整到标称电压， 如图2中的箭头所示。DC-DC变压器3使得在可适范围4和6中可以实现持续工作。为了 避免当工作点在区域5中时变压器3导致的能量损失，变压器3被一分流支路11分流。当 工作点位于区域5中时，一个控制单元12测量燃料电池2的输出电压和/或输出电流，且 该控制单元12控制电流绕过变压器3，通过分流支路11流出。为了达到此目的，控制单元 12控制一个开关13用以打开或关闭变压器3和分流支路11的通路。一个开关14用以打 开或关闭燃料电池2的输出。在本实施例中，标称电压为700mV，区域5的范围为750mV到 650mV，相应的电流密度为200mA/cm2到830mA/cm2。图3所示为一不同的开关设置。S卩，控制单元12分别控制一个位于分流支路11 中的开关和一个位于变压器3的输出通路中的开关。开关14同样通过控制单元12控制， 在本实施例中，开关14被设置在连接控制单元12的抽头之后、连接开关13的抽头之前。在区域7，控制单元12检测到的电压远低于标称电压。由于低电压开始导致严重 的冷却或效率问题，燃料电池2不再适合持续输出电量。因此，如果恢复成功则位于恢复区 域7的工作点趋向于离开该区域移到区域6或5，如果恢复不成功则趋向于区域8。在工作 点位于区域7的时候，该适配的DC-DC变压器3将不会输出标称电压，而将输出一个比标称 电压小的电压，如图2中的箭头所示。根据所选择的负载1，恢复过程可以有如下两个不同 的方案第一个方案，如果负载1适合一个较低电压，例如，负载1为一个欧姆电阻型负载， 其电流会随着电压的降低而本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电源装置，包括一具有一标称电压和一额定伏安特性的燃料电池装置（２），该燃料电池装置与负载（１）连接，该电源装置还包括一可变的ＤＣ－ＤＣ变压器（３）、一分流该ＤＣ－ＤＣ变压器（３）的分流支路（１１）、一将该燃料电池可选择地连接于该ＤＣ－ＤＣ变压器或分流支路的开关（１３），以及一个控制该开关的控制单元（１２），其特征在于，该控制单元（１２）包括一耦合于该燃料电池装置（２）上的测量装置，用于侦测工作点；当该燃料电池装置的电压处于该燃料电池装置伏安特性的选定区域（５）以内时，该控制单元与该分流支路（１１）连接；当处于上述特性的剩余范围（４、６、７）内时，则该控制单元不与该分流支路连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：金珂，陈杰，
申请(专利权)人：上海清能燃料电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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