CN100463272C - 燃料电池的辅助储能控制装置 - Google Patents

燃料电池的辅助储能控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN100463272C
CN100463272C CNB2007100690914A CN200710069091A CN100463272C CN 100463272 C CN100463272 C CN 100463272C CN B2007100690914 A CNB2007100690914 A CN B2007100690914A CN 200710069091 A CN200710069091 A CN 200710069091A CN 100463272 C CN100463272 C CN 100463272C
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
fuel cell
controller
input
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2007100690914A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101101995A (zh
Inventor
朱选才
徐德鸿
吴屏
曹陆萍
沈国桥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CNB2007100690914A priority Critical patent/CN100463272C/zh
Publication of CN101101995A publication Critical patent/CN101101995A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100463272C publication Critical patent/CN100463272C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开的燃料电池辅助储能控制装置，包括超级电容器组，双向直流-直流变换器，电流检测环节，电流控制环节和电压控制环节。超级电容器组经双向直流-直流变换器连接到燃料电池发电系统中的直流母线上；电流检测环节采样负载电流经滤波后输给电流控制环节，电压控制环节采样超级电容器组的电压调节后输给电流控制环节，由电流控制环节将上述两个信号求代数和后作为参考电流控制双向直流-直流变换器对超级电容充、放电。当负载扰动时，使得在满足负载需求的前提下，燃料电池的电流可以缓慢的变化，保证燃料电池的工作安全和工作寿命；因为该装置是通过双向直流-直流变换器对超级电容器组进行充、放电，因此可以提高超级电容的利用率。

Description

燃料电池的辅助储能控制装置
技术领域
本发明涉及燃料电池发电系统的能量控制装置，具体说涉及燃料电池的辅助储能控制装置。
背景技术
燃料电池发电系统中，与燃料电池运行关系密切的一些控制参数如气压，气体流量和湿度等都是由机械装置控制的，造成燃料电池动态响应很慢，不能满足负载扰动时候的需求，同时负载的扰动还会使得燃料电池内局部温度或是湿度超出正常范围，威胁到燃料电池的工作安全。而目前燃料电池的辅助储能控制装置多用超级电容器组直接并联在燃料电池的输出端，当负载扰动的时候，使得高频负载电流进入超级电容器组而不进入燃料电池，保证燃料电池的工作安全。在这种结构中，因为超级电容器组的放电范围很宽，而这里受燃料电池发电系统中直流母线电压的限制，其超级电容的利用率往往不高，同时超级电容中的能量的可控性差，不能保证超级电容的工作安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以在负载扰动的时候能确保燃料电池安全、可靠工作的燃料电池的辅助储能控制装置。
本发明的燃料电池的辅助储能控制装置，其特征是包括：用于储能的超级电容器组，双向直流-直流变换器，电流检测环节，电流控制环节和电压控制环节，其中电流检测环节包括电流滤波器和第一电流限流控制器，电流控制环节包括第一减法器、电流控制器和脉宽调制器，电压控制环节包括第二减法器、电压控制器和第二电流限流控制器；双向直流-直流变换器的一端与超级电容器组相连，双向直流-直流变换器的另一端与燃料电池发电系统中的直流母线相连，电流检测环节中的电流滤波器的输入端连接负载电流采样，电流滤波器的输出端与第一电流限流控制器的输入端连接，第一电流限流控制器的输出端与电流控制环节中的第一减法器的一个输入端相连，第一减法器的第二个输入端连接双向直流-直流变换器在燃料电池发电系统侧的输出电流采样，第一减法器的第三个输入端与电压控制环节中的第二电流限流控制器的输出端相连，第一减法器的输出端与电流控制器的输入端相连，电流控制器的输出端与脉宽调制器的输入端相连，脉宽调制器的输出为驱动脉冲信号，与双向直流-直流变换器的驱动电路相连，电压控制环节中的第二减法器的一个输入端连接固定的电平信号，另一个输入端连接超级电容器组的电压采样，第二减法器的输出端与电压控制器的输入端相连，电压控制器的输出端与第二电流限流控制器的输入端相连。
本发明的燃料电池的辅助储能控制装置通过电流检测环节提取负载电流中的高频成分，作为双向直流-直流变换器的输出电流参考值，通过电流控制环节控制双向直流-直流变换器的输出电流跟踪电流参考值对超级电容进行充、放电，实现对负载电流高频成分的补偿，当负载扰动的时候，使得在满足负载需求的前提下，使得燃料电池的电流可以缓慢的变化，保证燃料电池的工作安全和工作寿命；同时通过电压控制环节得到维持超级电容器组电压所需要的充、放电电流参考值送到电流控制环节，控制双向直流-直流变换器对超级电容器组充放电，使得超级电容器组电压在负载没有扰动或是扰动小的时候维持在一个可以快速充、放电的状态。
本发明的有益效果在于：
通过燃料电池的辅助储能控制装置的工作可以使得燃料电池获得更安全可靠的工作条件，有利于保证燃料电池的工作安全和工作寿命，保证燃料电池的利用率。同时，超级电容器组通过双向直流-直流变换器充、放电，可以不受燃料电池发电系统中直流母线电压限制，可以提高超级电容器的利用率。本发明的燃料电池的辅助储能控制装置可用于各种燃料电池发电系统中。
附图说明
图1是本发明的构成框图。
具体实施方式
参照图1，本发明的燃料电池的辅助储能控制装置包括：用于储能的超级电容器组1，双向直流-直流变换器2，电流检测环节3，电流控制环节4和电压控制环节5，其中电流检测环节3包括电流滤波器6和第一电流限流控制器7，电流控制环节4包括第一减法器8、电流控制器9和脉宽调制器10，电压控制环节5包括第二减法器11、电压控制器12和第二电流限流控制器13；双向直流-直流变换器2的一端与超级电容器组1相连，双向直流-直流变换器的另一端与燃料电池发电系统14的直流母线相连；电流检测环节3中的电流滤波器6的输入端连接负载电流io采样，电流滤波器6的输出端与第一电流限流控制器7的输入端连接，第一电流限流控制器7的输出端与电流控制环节4中的第一减法器8的一个输入端相连，第一减法器8的第二个输入端连接双向直流-直流变换器2在燃料电池发电系统侧的输出电流iBi采样，第一减法器8的第三个输入端与电压控制环节5中的第二电流限流控制器13的输出端相连，第一减法器8的输出端与电流控制器9的输入端相连，电流控制器9的输出端与脉宽调制器10的输入端相连，脉宽调制器10的输出为驱动脉冲信号，与双向直流-直流变换器2的驱动电路相连，电压控制环节5中的第二减法器11的一个输入端连接固定的电平信号Vref_SC，另一个输入端连接到超级电容器组1的电压vSC采样，第二减法器11的输出端与电压控制器12的输入端相连，电压控制器12的输出端与第二电流限流控制器13的输入端相连。
本发明装置中，超级电容器组可以由超级电容通过适当的串并联实现，双向直流-直流变换器可以采用常用的Buck-Boost变换器，脉宽调制器可以采用脉宽调制(PWM)控制芯片UC3525，电流滤波器、第一、第二电流限流控制器、第一、第二减法器、电流控制器和电压控制器可以采用相应的运算放大器构成的常用的电路实现，在这里，脉宽调制器、电流滤波器、第一、第二电流限流控制器、第一、第二减法器、电流控制器和电压控制器也可以采用数字信号处理器(DSP)或单片机(MCU)在软件中实现。
燃料电池的辅助储能控制装置的工作原理：电流检测环节3中的电流滤波器6获得负载电流采样信号io，电流采样信号io经过电流滤波器6滤去低频的成分，再经过第一电流限流控制器7限流，作为双向直流-直流变换器2在燃料电池发电系统侧输出参考电流值iref_Bi送到第一减法器8，电压控制环节5中的第二减法器11将超级电容器组1的电压采样信号vSC和固定的电平信号Vref_SC相减，差值送入电压控制器12，经过电压控制器12的计算得到的值再经过第二限流控制器得到维持超级电容电压所需要的充、放电电流参考值icharge送到第一减法器8，第一减法器8将两个电流参考值iref_Bi与icharge的代数和与双向直流-直流变换器2在燃料电池发电系统侧的输出电流采样信号iBi相减，误差送入电流控制器9，经过电流控制器9得到控制占空比信号D，该控制信号经过脉宽控制器10调制后得到控制双向直流-直流变换器2的PWM(脉宽控制)信号，送到双向直流-直流变换器2的驱动电路，通过双向直流-直流变换器2的工作实现如下功能：
当负载扰动的时候，负载电流io中的高频成分可以通过电流检测环节3检测出来作为电流控制环节4的参考电流iref_Bi，电流控制环节4控制双向直流-直流变换器2在燃料电池发电系统侧的输出电流iBi跟踪参考电流iref_Bi对超级电容进行充、放电，使得负载电流中的高频成分可以由超级电容器组1提供，燃料电池仅仅需要提供一个缓慢变化的电流，保证了燃料电池的工作安全。
当负载没有扰动的时候，电流检测环节3输给电流控制环节4的参考电流iref_Bi为0，电压控制环节4得到维持超级电容器组1电压所需要的充、放电电流参考值icharge，作为电流控制环节4的参考电流，控制电流控制环节4控制双向直流-直流变换器2对超级电容器组1的充、放电使得超级电容器组的电压维持在一个固定值vref_SC，在这个电压下超级电容器组1可以进行快速的充、放电。
由于本发明装置是通过双向直流-直流变换器2对超级电容器组1进行充、放电，因此可以使超级电容器组1的电压利用率提高，充、放电可控性增加。
本发明装置适用于各种燃料电池发电系统，该燃料电池发电系统所带的负载可以是普通的能耗型负载，也可以是电网，或者是含有一级或多级功率变换器的能耗型负载或电网，这里的功率变换器为直流-直流变换器，或为直流-交流变换器或者为它们的组合。

Claims (3)

1.燃料电池的辅助储能控制装置，其特征是包括：用于储能的超级电容器组(1)，双向直流-直流变换器(2)，电流检测部分(3)，电流控制部分(4)和电压控制部分(5)，其中电流检测部分(3)包括电流滤波器(6)和第一电流限流控制器(7)，电流控制部分(4)包括第一减法器(8)、电流控制器(9)和脉宽调制器(10)，电压控制部分(5)包括第二减法器(11)、电压控制器(12)和第二电流限流控制器(13)；双向直流-直流变换器(2)的一端与超级电容器组(1)相连，双向直流-直流变换器(2)的另一端与燃料电池发电系统中的直流母线相连，电流检测部分(3)中的电流滤波器(6)的输入端连接负载电流采样，电流滤波器(6)的输出端与第一电流限流控制器(7)的输入端连接，第一电流限流控制器(7)的输出端与电流控制部分(4)中的第一减法器(8)的一个输入端相连，第一减法器(8)的第二个输入端连接双向直流-直流变换器(2)在燃料电池发电系统侧的输出电流采样，第一减法器(8)的第三个输入端与电压控制部分(5)中的第二电流限流控制器(13)的输出端相连，第一减法器(8)的输出端与电流控制器(9)的输入端相连，电流控制器(9)的输出端与脉宽调制器(10)的输入端相连，脉宽调制器(10)的输出为驱动脉冲信号，与双向直流-直流变换器(2)的驱动电路相连，电压控制部分(5)中的第二减法器(11)的一个输入端连接固定的电平信号(Vref_SC)，另一个输入端连接超级电容器组(1)的电压采样，第二减法器(11)的输出端与电压控制器(12)的输入端相连，电压控制器(12)的输出端与第二电流限流控制器(13)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的辅助储能控制装置，其特征在于负载是能耗型负载或电网。
3.根据权利要求2所述的燃料电池的辅助储能控制装置，其特征在于所说的能耗型负载是含有一级或多级功率变换器的能耗型负载，这里的功率变换器为直流-直流变换器，或为直流-交流变换器或者为它们的组合。
CNB2007100690914A 2007-06-12 2007-06-12 燃料电池的辅助储能控制装置 Expired - Fee Related CN100463272C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100690914A CN100463272C (zh) 2007-06-12 2007-06-12 燃料电池的辅助储能控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100690914A CN100463272C (zh) 2007-06-12 2007-06-12 燃料电池的辅助储能控制装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101101995A CN101101995A (zh) 2008-01-09
CN100463272C true CN100463272C (zh) 2009-02-18

Family

ID=39036165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007100690914A Expired - Fee Related CN100463272C (zh) 2007-06-12 2007-06-12 燃料电池的辅助储能控制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100463272C (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101281975B (zh) * 2008-04-11 2010-10-06 清华大学 一种燃料电池延长使用寿命的方法
CN101651349B (zh) * 2009-09-10 2011-11-09 浙江大学 一种燃料电池发电装置
EP2587660B1 (en) * 2010-06-23 2019-05-08 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Injection molding machine and power source regeneration converter
CN102916205A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 全琎 一种燃料电池能量可控输出装置及控制方法
CN103312136B (zh) * 2013-06-14 2015-04-22 西南交通大学 一种工频纹波电流的抑制方法及其装置
CN107947147A (zh) * 2017-12-05 2018-04-20 上海电机学院 一种燃料电池联合供电系统及能量管理方法
CN113555944A (zh) * 2021-07-05 2021-10-26 湖北因杰能源科技有限公司 一种全权限混合供电控制系统及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006006445A1 (ja) * 2004-07-13 2006-01-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 燃料電池発電装置の制御装置、制御方法、制御プログラム及び制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
JP2006054142A (ja) * 2004-08-16 2006-02-23 Hitachi Ltd 電源装置及びその制御方法
CN1922750A (zh) * 2004-02-17 2007-02-28 日产自动车株式会社 燃料电池系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1922750A (zh) * 2004-02-17 2007-02-28 日产自动车株式会社 燃料电池系统
WO2006006445A1 (ja) * 2004-07-13 2006-01-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 燃料電池発電装置の制御装置、制御方法、制御プログラム及び制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
JP2006054142A (ja) * 2004-08-16 2006-02-23 Hitachi Ltd 電源装置及びその制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101101995A (zh) 2008-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100463272C (zh) 燃料电池的辅助储能控制装置
CN108574411A (zh) 双向dc/dc功率变换器双端口稳定控制方法及其控制电路
JP5929258B2 (ja) 電力供給システムおよび電源装置
KR20080001828A (ko) 하이브리드 분산발전 시스템을 이용한 운전 제어방법
CN107947147A (zh) 一种燃料电池联合供电系统及能量管理方法
CN102474177A (zh) 变换器控制装置
Huangfu et al. A family of high gain fuel cell front-end converters with low input current ripple for PEMFC power conditioning systems
Azib et al. Structure and control strategy for a parallel hybrid fuel cell/supercapacitors power source
CN116388345B (zh) 电池pack电路系统及控制方法
CN106451719A (zh) 永磁开关超级电容操作箱
CN115793596A (zh) 一种基于dsp的锂电池检测系统及控制方法
CN109274281B (zh) 光伏并网逆变器低频输入脉动电流的抑制系统及抑制方法
Pagano et al. Electrical networks fed by fuel-cells for uninterruptible electrical supply
CN201364513Y (zh) 可扩展式恒流源装置
Sehil et al. Effective power management in a stand-alone PV system
Pavković et al. Battery/ultracapacitor test setup control system design and verification
CN111404220A (zh) 电池管理芯片、电池管理系统、电子设备及供电方法
Nie et al. Research on Bi-directional DC/DC Converter for energy storage system
Chen et al. Hybrid Energy Storage Module in Photovoltaic Power Generation System for Brushless DC Motor Operation.
CN103997208A (zh) 一种用于逆变器中直流bus电压控制的电路及方法
CN219592129U (zh) 一种用于锂电池检测的功率控制单元及锂电池检测系统
Zeltser et al. Hybrid energy storage system with power surge capabilities utilizing six-port converter for cell management
CN203984241U (zh) 一种用于逆变器中直流bus电压控制的电路
CN115955117B (zh) 一种用于桥接新能源发电、储能与微电网的直流电源变换装置
Huang et al. Power Processing Reduction in Energy Storage Systems by U sing a Fractional Power Converter With Bipolar Output Voltage

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090218