一种便携式PEMFC燃料电池电源系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种便携式PEMFC燃料电池电源系统，属于燃料电池技术领域。所述电源系统包括储氢罐、减压阀、进气阀、PEMFC燃料电池堆、氢气循环泵、汽水分离器、排气阀、蓄电池、功率调节器和电源系统控制器。所述电源系统通过电源控制系统能够实时监测所述电源系统的输出电压、输出电流和蓄电池的电压、电流，能够将输出电压一直控制在一个稳定水平，并且在所述电源系统出现输入欠压、输出过压、输出短路等故障时，报警并断路保护，提高了所述电源系统工作的稳定性，具有广泛的应用前景。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种PEMFC燃料电池电源系统。
技术介绍
燃料电池是一种高效、节能、环保的发电装置，是将存储的燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置，具有 能量转换效率高，噪音低、污染小、不受卡诺循环限制的特点。在各种燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢气为燃料，以氧气或空气作为氧化剂，产物仅仅是水，不污染环境，噪声小，功率密度高，启动时间短，具有广阔的发展前景。但是现有的质子交换膜燃料电池具有输出电压不稳定、工作不稳定的缺点。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种便携式PEMFC燃料电池电源系统，具有输出电压稳定、工作稳定的特点。为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是一种便携式PEMFC燃料电池电源系统，其特征在于所述电源系统包括储氢罐、进气阀、PEMFC燃料电池堆、氢气循环泵、汽水分离器、排气阀、功率调节器和电源系统控制器，所述PEMFC燃料电池堆包括由多个燃料单电池串联组成的PEMFC燃料电池反应堆、散热风机、能够采集PEMFC燃料电池反应堆电流、电压和温度的信号采集电路和工作风机，所述储氢罐通过管路经进气阀接所述PEMFC燃料电池反应堆的氢气进气口，所述PEMFC燃料电池反应堆的出气口通过管路经氢气循环泵与所述汽水分离器连接，所述汽水分离器的氢气出气口通过管路与所述PEMFC燃料电池反应堆的氢气进气口连接，所述汽水分离器的排气口通过管路与所述排气阀连接；所述散热风机与所述PEMFC燃料电池反应堆的散热风进气口连接，所述工作风机与所述PEMFC燃料电池反应堆的氧化剂进气口连接；所述信号采集电路的输出端一路与所述电源系统控制器的输入端连接，所述信号采集电路的输出端另一路与所述功率调节器的输入端连接；所述电源系统控制器的输出端与所述进气阀、散热风机、工作风机、氢气循环泵和排气阀的控制端连接，所述电源系统控制器与所述功率调节器双向连接。所述电源系统还包括减压阀，所述减压阀固定连接在所述储氢罐和所述进气阀之间的管路上。所述电源系统还包括蓄电池，所述蓄电池与所述功率调节器双向连接。所述电源系统控制器包括单片机最小系统，能够控制指示灯、蜂鸣器、进气阀、排气阀、系统上电、负载开关的输出控制电路，能够接收开机按钮信号和关机按钮信号的输入控制电路，能够控制散热风机、工作风机、氢气循环泵和DC/DC变换的D/A变换电路，能够接收燃料电池电流、燃料电池电压、燃料电池温度、蓄电池电流、直流母线电压、环境温度和燃料电池单片电压的A/D变换电路，EEPROM，RS232接口电路和JTAG接口电路；所述单片机最小系统包括电源电路、时钟电路和MCU，所述输出控制电路和所述D/A变换电路与所述MCU的输出端连接，所述输入控制电路和所述A/D变换电路的输入端连接，所述EEPROM、RS232接口电路和JTAG接口电路与所述MUC双向连接。所述MCU 的型号为ATMAGE16。所述信号采集电路包括电流传感器、电压传感器和温度传感器。所述功率调节器的型号为CKN150_12S24。所述进气阀和排气阀为电磁阀。本技术的有益效果如下(I)所述电源系统中的电源系统控制器和功率调节器组成电源控制系统。所述电源控制系统能够实时监测所述电源系统的输出电压、输出电流和蓄电池的电压、电流，能够将输出电压一直控 制在一个稳定水平，并且在系统出现输入欠压、输出过压、输出短路等故障时，报警并断路保护，提高了所述电源系统工作的稳定性；(2)所述电源控制系统能够按照设定好的控制策略控制驱动所述进气阀和排气阀，使所述电源系统的燃料供给和尾气排放可靠稳定；(3)所述电源控制系统通过监测所述电源系统的温度，控制所述燃料电池堆的散热风机，使燃料电池堆的温度一直维持在一个较低的水平；(4)所述电源控制系统能够按照设定好的控制策略控制氢气循环泵和工作风机，在可靠提供所述电源系统所需的氧化剂的同时，间接实现了对所述电源系统湿度的控制；(5)所述电源控制系统能够实时检测氢气罐内气体压力的变化，在压力不足时提醒更换氢气罐，使所述电源系统能够稳定持续的提供电能。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。图I是本技术的结构框图；图2是本技术中电源系统控制器的结构框图；其中I、减压阀2、进气阀3、信号采集电路4、氢气循环泵5、汽水分离器6、排气阀7、散热风机8、工作风机、9、输出控制电路10、输入控制电路11、D/A变换电路12、A/D变换电路。具体实施方式如附图说明图1-2所示，一种便携式PEMFC燃料电池电源系统，所述电源系统包括储氢罐、减压阀I、进气阀2、PEMFC燃料电池堆、氢气循环泵4、汽水分离器5、排气阀6、蓄电池、功率调节器和电源系统控制器，所述功率调节器的型号为CKN150-12S24 ;所述进气阀2和排气阀6为电磁阀。所述PEMFC燃料电池堆包括由多个燃料单电池串联组成的PEMFC燃料电池反应堆、散热风机7、能够采集PEMFC燃料电池反应堆电流、电压和温度的信号采集电路3和工作风机8。所述储氢罐通过管路依次经减压阀I、进气阀2接所述PEMFC燃料电池反应堆的氢气进气口。所述PEMFC燃料电池反应堆的出气口通过管路经氢气循环泵4与所述汽水分离器5连接。所述汽水分离器5的氢气出气口通过管路与所述PEMFC燃料电池反应堆的氢气进气口连接，所述汽水分离器5的排气口通过管路与所述排气阀6连接。所述散热风机7与所述PEMFC燃料电池反应堆的散热风进气口连接，所述工作风机8与所述PEMFC燃料电池反应堆的氧化剂进气口连接。所述信号采集电路3的输出端一路与所述电源系统控制器的输入端连接，所述信号采集电路3的输出端另一路与所述功率调节器的输入端连接。所述电源系统控制器的输出端与所述进气阀2、散热风机7、工作风机8、氢气循环泵4和排气阀6的控制端连接，所述电源系统控制器与所述功率调节器双向连接，所述蓄电池与所述功率调节器双向连接。所述电源系统控制器包括单片机最小系统，能够控制指示灯、蜂鸣器、进气阀2、排气阀6、系统上电、负载开关的输出控制电路9，能够接收开机按钮信号和关机按钮信号的输入控制电路10，能够控制散热风机7、工作风机8、氢气循环泵4和DC/DC变换的D/A变换电路11，能够接收燃料电池电流、燃料电池电压、燃料电池温度、蓄电池电流、直流母线电压、环境温度和燃料电池单片电压的A/D变换电路12，EEPR0M，RS232接口电路和JTAG接口电路。所述单片机最小系统包括电源 电路、时钟电路和MCU，MCU的型号为ATMAGE16。所述输出控制电路9和所述D/A变换电路11与所述MCU的输出端连接，所述输入控制电路10和所述A/D变换电路12的输入端连接，所述EEPROM、RS232接口电路和JTAG接口电路与所述MUC双向连接。所述信号采集电路包括电流传感器、电压传感器和温度传感器。所述电源系统控制器也可以使用其它的电源系统控制器，只要能够实现必要的功能即可。所述电源系统从各热源的热交换结构设计和燃料电池堆温度闭环控制两方面来控制燃料电池堆内部的工作温度。燃料电池堆温度闭环控制采用模糊增量PID控制器实现，将所述电源系统的温度一直控制在50-80° C之间，使得氢气和空气中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式PEMFC燃料电池电源系统，其特征在于所述电源系统包括储氢罐、进气阀(2)、PEMFC燃料电池堆、氢气循环泵(4)、汽水分离器(5)、排气阀(6)、功率调节器和电源系统控制器，所述PEMFC燃料电池堆包括由多个燃料单电池串联组成的PEMFC燃料电池反应堆、散热风机(7)、能够采集PEMFC燃料电池反应堆电流、电压和温度的信号采集电路(3)和工作风机(8 )，所述储氢罐通过管路经进气阀(2 )接所述PEMFC燃料电池反应堆的氢气进气ロ，所述PEMFC燃料电池反应堆的出气ロ通过管路经氢气循环泵(4)与所述汽水分离器(5)连接，所述汽水分离器(5)的氢气出气ロ通过管路与所述PEMFC燃料电池反应堆的氢气进气ロ连接，所述汽水分离器(5 )的排气ロ通过管路与所述排气阀(6 )连接；所述散热风机(7)与所述PEMFC燃料电池反应堆的散热风进气ロ连接，所述工作风机(8)与所述PEMFC燃料电池反应堆的氧化剂进气ロ连接；所述信号采集电路(3)的输出端一路与所述电源系统控制器的输入端连接，所述信号采集电路(3)的输出端另一路与所述功率调节器的输入端连接；所述电源系统控制器的输出端与所述进气阀(2)、散热风机(7)、工作风机(8)、氢气循环泵(4 )和排气阀(6 )的控制端连接，所述电源系统控制器与所述功率调节器双向连接。2.根据权利要求I所述的ー种便携式PEMFC燃料电池电源系统，其特征在于所述电源系统还包括减压阀(I)，所述减压阀(I)固定连接在所述储氢罐和所述进气阀(2 )之间的管路上。3.根据权利要求I或2所述的ー种便携式PEMFC燃料电池电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国顺，吕艳梅，阎群，王胜开，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九零八部队，
类型：实用新型
国别省市：