【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电源管理，尤其涉及一种铝金属燃料电池控制系统与方法。
技术介绍
1、铝金属燃料电池是一种将铝电极的化学能直接转变为电能的装置，具有能量密度高的优势，因此受到各个行业的重视。但在实际应用中其缺陷也较为明显，其中一个典型的缺陷就是放电初期功率较低，无法满足负载的需求。具体地，铝金属燃料电池刚开始启动时，由于电解液温度较低且铝电极表面有一层钝化层，其可输出功率较低，往往不能满足负载需求；在放电过程中，电解液逐渐升温，钝化层剥离，其可输出功率才能逐渐升高。根据应用工况的不同，铝金属燃料电池的可输出功率渐渐升高并达到负载需求的时长约为5min～30min。
2、铝金属燃料电池启动初期功率较低由两个方面的原因导致：(1)铝电极表面有一层钝化层，导致其放电电压较低，需要在放电中逐渐剥离；(2)铝金属燃料电池的放电电压受温度影响较大，放电初期电解液温度极低，导致电池的放电功率较低。对于化学电源来说，电压随着电池剩余容量的降低逐渐下降是其基本特征，铝金属燃料电池也具备该基本特征。为保障放电电压的持续稳定，在给负载供电时需要配置一个dc/dc转换器，将变化的电压调整为稳定的电压后再给负载供电。
3、铝金属燃料电池采用dc/dc转换器升压后给负载供电，在初期供电时会出现问题。由于铝金属燃料电池初期的可输出功率不足，当连接dc/dc转换器后，铝金属燃料电池会通过增大电流提升功率来匹配负载的功率需求，从而导致初期供电时通过dc/dc转换器的电流过大，导致电流过载。为保障系统安全，dc/dc转换器会因为电流过大启动保护
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种铝金属燃料电池控制系统与方法，以解决铝金属燃料电池启动初期放电能力弱导致系统长时间或无法进入正常工作状态的问题。
2、本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种铝金属燃料电池控制系统，包括铝金属燃料电池、dc/dc转换器、储能单元以及能量管理器；所述铝金属燃料电池的直流输出端与dc/dc转换器的输入端连接，所述dc/dc转换器的输出端通过储能单元与负载连接，所述能量管理器与铝金属燃料电池、dc/dc转换器和储能单元连接；
3、所述能量管理器用于采集铝金属燃料电池的输出电压、输出电流以及电解液温度，根据所述输出电压计算出单体电池平均电压，根据所述输出电压、输出电流以及电解液温度计算出限制电流，根据所述单体电池平均电压和限制电流确定dc/dc转换器的工作电流，并控制所述dc/dc转换器以所述工作电流进行输出。
4、进一步地，所述储能单元为储能电池，所述储能电池为锂离子电池、铅酸电池和超级电容器中的至少一种。
5、进一步地，所述能量管理器包括数据采集单元、数据运算单元以及控制单元；
6、所述数据采集单元用于采集铝金属燃料电池的输出电压、输出电流以及电解液温度；
7、所述数据运算单元用于根据所述输出电压计算出单体电池平均电压；根据所述输出电压、输出电流以及电解液温度计算出限制电流；根据所述单体电池平均电压和限制电流确定dc/dc转换器的工作电流；
8、所述控制单元用于控制所述dc/dc转换器以所述工作电流进行输出。
9、进一步地，所述能量管理器采用电压外环和电流内环对所述dc/dc转换器进行控制，具体包括：
10、当铝金属燃料电池的输出功率无法满足负载所需的全部功率时，所述能量管理器采用电压外环对所述dc/dc转换器进行控制，使所述dc/dc转换器以所述工作电流进行输出；
11、当铝金属燃料电池的输出功率满足负载所需的全部功率时，所述能量管理器采用电流内环对所述dc/dc转换器进行控制，使所述dc/dc转换器以恒压输出。
12、基于同一构思，本专利技术还提供一种铝金属燃料电池控制方法，所述铝金属燃料电池的直流输出端与dc/dc转换器的输入端连接，所述dc/dc转换器的输出端通过储能单元与负载连接，所述控制方法包括以下步骤：
13、步骤1：在当前采样周期，采集铝金属燃料电池的输出电压、输出电流以及电解液温度；
14、步骤2：根据所述输出电压计算出单体电池平均电压，根据所述输出电压、输出电流以及电解液温度计算出限制电流；
15、步骤3：根据所述单体电池平均电压和限制电流确定dc/dc转换器的工作电流，并控制所述dc/dc转换器以所述工作电流进行输出；
16、步骤4：判断铝金属燃料电池的输出功率是否满足负载所需的全部功率，若是，控制所述dc/dc转换器以恒压输出；若否，进入下一个采样周期，转入步骤1。
17、进一步地，所述步骤2中，单体电池平均电压的具体计算公式为：
18、
19、其中，表示第k个采样周期第i个单体电池的平均电压，uki表示第k个采样周期第i个单体电池的电压，n表示当前采样次数，uk表示第k个采样周期铝金属燃料电池的输出电压，n表示铝金属燃料电池的单体电池数量。
20、进一步地，所述步骤2中，限制电流的具体计算公式为：
21、ikx＝δ×(1+(tk-25)/25)×ie×(qe-qk)/qe；
22、
23、其中，ikx表示第k个采样周期的限制电流，δ表示经验系数，tk表示第k个采样周期的电解液温度，ie表示铝金属燃料电池的额定放电电流，qe表示铝金属燃料电池的额定容量，qk表示第k个采样周期铝金属燃料电池的累计放电容量，uk表示第k个采样周期铝金属燃料电池的输出电压，ik表示第k个采样周期铝金属燃料电池的输出电流，n表示当前采样次数，t表示采样周期。
24、进一步地，所述步骤3中，根据所述单体电池平均电压和限制电流确定dc/dc转换器的工作电流，具体包括：
25、当所述单体电池平均电压等于设定的电压阈值时，dc/dc转换器的工作电流等于所述限制电流；
26、当所述单体电池平均电压大于设定的电压阈值时，dc/dc转换器的工作电流等于限制电流与设定的电流增量之和；
27、当所述单体电池平均电压小于设定的电压阈值时，dc/dc转换器的工作电流等于限制电流与设定的电流增量之差。
28、进一步地，所述电压阈值和电流增量的具体确定过程为：
29、测试不同电解液温度和单体电池电压下单体电池的输出电流，得到不同电解液温度下的电压-电流特性曲线；
30、根据不同电解液温度下的电压-电流特性曲线确定单体电池的最大输出功率，所述最大输出功率所对应的电压为所述电压阈值；
31、根据不同电解液温度下的电压-电流特性曲线确定电压变化量与电流变化量之间的关系；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铝金属燃料电池控制系统，其特征在于，所述系统包括铝金属燃料电池、DC/DC转换器、储能单元以及能量管理器；所述铝金属燃料电池的直流输出端与DC/DC转换器的输入端连接，所述DC/DC转换器的输出端通过储能单元与负载连接，所述能量管理器与铝金属燃料电池、DC/DC转换器和储能单元连接；
2.根据权利要求1所述的铝金属燃料电池控制系统，其特征在于，所述储能单元为储能电池，所述储能电池为锂离子电池、铅酸电池和超级电容器中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的铝金属燃料电池控制系统，其特征在于，所述能量管理器包括数据采集单元、数据运算单元以及控制单元；
4.根据权利要求1～3中任一项所述的铝金属燃料电池控制系统，其特征在于，所述能量管理器采用电压外环和电流内环对所述DC/DC转换器进行控制，具体包括：
5.一种铝金属燃料电池控制方法，所述铝金属燃料电池的直流输出端与DC/DC转换器的输入端连接，所述DC/DC转换器的输出端通过储能单元与负载连接，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的铝金属燃料电
7.根据权利要求5所述的铝金属燃料电池控制方法，其特征在于，所述步骤2中，限制电流的具体计算公式为：
8.根据权利要求5～7中任一项所述的铝金属燃料电池控制方法，其特征在于，所述步骤3中，根据所述单体电池平均电压和限制电流确定DC/DC转换器的工作电流，具体包括：
9.根据权利要求8所述的铝金属燃料电池控制方法，其特征在于，所述电压阈值和电流增量的具体确定过程为：
10.根据权利要求8所述的铝金属燃料电池控制方法，其特征在于，所述电压阈值为1.2V～1.5V，所述电流增量为1A～10A。
...【技术特征摘要】
1.一种铝金属燃料电池控制系统，其特征在于，所述系统包括铝金属燃料电池、dc/dc转换器、储能单元以及能量管理器；所述铝金属燃料电池的直流输出端与dc/dc转换器的输入端连接，所述dc/dc转换器的输出端通过储能单元与负载连接，所述能量管理器与铝金属燃料电池、dc/dc转换器和储能单元连接；
2.根据权利要求1所述的铝金属燃料电池控制系统，其特征在于，所述储能单元为储能电池，所述储能电池为锂离子电池、铅酸电池和超级电容器中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的铝金属燃料电池控制系统，其特征在于，所述能量管理器包括数据采集单元、数据运算单元以及控制单元；
4.根据权利要求1～3中任一项所述的铝金属燃料电池控制系统，其特征在于，所述能量管理器采用电压外环和电流内环对所述dc/dc转换器进行控制，具体包括：
5.一种铝金属燃料电池控制方法，所述铝金属燃...
【专利技术属性】
技术研发人员：马齐林，徐阳群，鲁浩男，蓝博，吴京平，
申请(专利权)人：北京北交思远科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。