CN102386672A - 基于燃料电池的备用电源控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于燃料电池的备用电源控制系统，其包括输入端、与输入端连接的控制器、与所述控制器连接的输出端，所述输入端包括市电输入部和燃料电池输入部，所述控制器包括采集器和告警器，所述输出端包括交流输出部和直流输出部，当有市电输入时，所述控制器控制所述燃料电池输入部停止工作，当无市电输入时，所述控制器控制所述燃料电池输入部开始工作。本发明的基于燃料电池的备用电源控制系统可以安全、高效地实现对基于燃料电池备用电源的控制。

Description

基于燃料电池的备用电源控制系统

技术领域

本发明涉及燃料电池应用技术领域，特别涉及一种基于燃料电池的备用电源控制系统。

背景技术

燃料电池作为一种新型能源，目前作为备用电源已经被越来越广泛地应用，燃料电池作为通信备用电源时，不会影响主电源的供电系统的正常运行，并且燃料电池供电系统在条件允许时能够正常、稳定的运行。

基于燃料电池的备用电源，要求在主电源失去时，燃料电池的切换能够正常运行，在市电接入时，能够将燃料电池备用系统关闭，允许市电正常输出供电。因此，有必要提供一种安全、高效的实现对基于燃料电池备用电源的控制系统。

发明内容

本发明提出一种基于燃料电池的备用电源控制系统，能够根据当前有无市电、燃料电池有无正常开启或正常关闭等信息来发出相应的开关指令来启动或关闭燃料电池，可以安全、高效地实现对基于燃料电池备用电源的控制。本发明所采用的技术方案具体是这样实现的：

本发明提供了一种基于燃料电池的备用电源控制系统，其包括输入端、与输入端连接的控制器、与所述控制器连接的输出端，所述输入端包括市电输入部和燃料电池输入部，所述控制器包括采集器和告警器，所述输出端包括交流输出部和直流输出部，当有市电输入时，所述控制器控制所述燃料电池输入部停止工作，当无市电输入时，所述控制器控制所述燃料电池输入部开始工作。

优选地，所述燃料电池输入部包括燃料发电单元、与燃料电池发电单元连接的燃料电池控制器，与燃料电池控制器连接的防反二极管。

优选地，所述燃料电池输入部中包括多组燃料电池发电单元，每组燃料电池发电单元分别具有与之对应的燃料电池控制器及防反二极管与其连接，所述燃料电池输入部还包括多路开关控制，由所述告警器发出的控制信号控制所述多个燃料电池控制器。

优选地，所述输出端还包括充放电控制单元、储能电池，所述充放电控制单元一端与所述直流输出部连接，另一端与所述储能电池连接以控制储能电池的充放电。

优选地，所述输出端还包括DC-DC变压电路，为所述燃料电池控制器提供直流电源。

优选地，所述DC-DC变压电路将直流电压48V转变为直流电压12V。

优选地，所述采集器可以对温度、可燃气体浓度、燃料瓶压力、输入电流、输入电压、输出电压、燃料电池发电电量、环境温度、环境湿度等中的一种或多种信息进行信息采集，并将异常信息信号发送给所述告警器进行告警。

优选地，所述采集器还包括：设置单元，用于对其采集的信息进行设置；显示器，用于对设置信息及所采集的信息进行显示；存储器，用于对信息进行存储。

优选地，所述输出端还包括与所述交流输出部连接的开关电源，所述开关电源用于控制所述交流输出部与基站负载的连接。

优选地，所述控制器还包括GPRS模块，用于将系统运行状况发送给相关运维人员。

本发明的基于燃料电池的备用电源控制系统，能够根据当前有无市电、燃料电池有无正常开启或正常关闭等信息来发出相应的开关指令来启动或关闭燃料电池，可以安全、高效地实现对基于燃料电池备用电源的控制。

附图说明

图1是本发明实施例的基于燃料电池的备用电源控制系统实现能源切换示意图；

图2是本发明实施例的基于燃料电池的备用电源控制系统的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

下面结合图1和图2对本发明的基于燃料电池的备用电源控制系统的具体实施例进行详细说明。

图1是本发明实施例的基于燃料电池的备用电源控制系统实现能源切换示意图，本发明实施例的基于燃料电池的备用电源控制系统具有能源切换功能，优先使用市电为负载供电，当无市电时，默认一定时间后（比如为1分钟）发送定时开关信号启动燃料电池，而由启动后的燃料电池为负载供电，该默认的一定时间可根据实际需要进行调节；当市电来时，同样默认一定时间后（比如10分钟）发送定时开关信号，关闭燃料电池，由市电供电，该默认的一定时间也可根据实际需要进行调节。

燃料电池供电系统作为备用电源与常规系统区分开来，市电供电和燃料电池供电两种不同的供电系统在备用电源控制系统的控制下能够准确的进行判断和执行。另外，通过编程能够实现复杂的多能源切换和控制。

图2是本发明实施例的基于燃料电池的备用电源控制系统的整体结构示意图，如图2所示，本发明的基于燃料电池的备用电源控制系统包括输入端100、与输入端100连接的控制器200、与控制器200连接的输出端300，输入端100包括市电输入部101和燃料电池输入部102，控制器200包括采集器201和告警器202，输出端300包括交流输出部301和直流输出部302，当有市电输入时，控制器200控制燃料电池输入部102停止工作，当无市电输入时，控制器200控制燃料电池输入部102开始工作。

如图2所示，具体实施例中，燃料电池输入部102包括燃料发电单元1021、与燃料电池发电单元1021连接的燃料电池控制器1022，与燃料电池控制器1022连接的防反二极管1023。本实施例中，燃料电池输入部102中包括多组燃料电池发电单元1021，每组燃料电池发电单元1021分别具有与之对应的燃料电池控制器1022及防反二极管1023与其连接，燃料电池输入部102还包括多路开关控制1024，由告警器202发出的控制信号控制多个燃料电池控制器1022。图2所示中，燃料电池输入部102中包括四组燃料电池发电单元1021，每组燃料电池发电单元1021分别具有与之对应的燃料电池控制器1022及防反二极管1023与其连接，燃料电池输入部102还包括四路开关控制1024，由告警器202发出的控制信号控制四个燃料电池控制器1022。

本实施例中，输出端300还包括充放电控制单元306、储能电池305，充放电控制单元306一端与直流输出部302连接，另一端与储能电池305连接以控制储能电池305的充放电。优选地，输出端300还包括DC-DC变压电路307，DC-DC变压电路307为燃料电池控制器1022提供直流电源。例如，燃料电池控制器1022所需12V的直流电源，而储能电池305的放电电压为48V，因而DC-DC变压电路307将直流电压48V转变为直流电压12V，为燃料电池控制器1022工作提供直流电源。

本实施例中的采集器201可以对温度、可燃气体浓度、燃料瓶压力、输入电流、输入电压、输出电压、燃料电池发电电量、环境温度、环境湿度等中的一种或多种信息进行信息采集，并将异常信息信号发送给告警器202进行告警。优选地，采集器201还包括设置单元、显示器和存储器，设置单元用于对其采集的信息进行设置，例如对放电电压、输出电流、交流电压(A、B、C相)的屏蔽告警等进行设置，显示器用于对设置信息及所采集的信息进行显示，存储器用于对信息进行存储。

图2中，输出端300还包括与交流输出部301连接的开关电源303，开关电源303用于控制交流输出部301与基站负载304的连接。

优选地，本实施例中，控制器200中还包括GPRS模块，用于将系统运行状况发送给相关运维人员。

下面结合本发明各部分的功能及具体工作设置进行举例，并进行详细说明。

对于控制器200，其控制检测功能主要表现在其能够根据当前有无市电、燃料电池有无正常开启或正常关闭等信息，来发出相应的定时（默认）开关指令来启动或关闭燃料电池输入部。

有市电时，市电输入部101正常提供220V或380V的市电，控制器200优先切换到市电上，保证市电为基站负载304进行供电。控制器200对系统循环检测的相关指标可以举例如下设置：

1、0.05MPa≤气瓶阀前压力≤20MPa（默认）

如果系统检测到氢阀前压力超出以上安全指标时，发出严重告警信号（例如可以为声光告警等），发送相关告警和燃料电池的情况给运维人员，此时燃料电池正在运行，但当前燃料已不能满足下次系统启动的长时间运行，需要及时关注。

2、氢气在环境中的浓度≤2000ppm（默认）

如果系统检测到氢气在环境中的浓度超出以上安全指标时，发出严重告警信号（例如可以为声光告警等）。同时，控制器200中的告警器202输出信号给四路开关控制1024，四路开关控制1024的相关定时开关（定时可调）闭合，燃料电池控制器1022关闭所有的燃料发电单元1021，关闭总电磁阀，并且发送相关告警和燃料电池的情况给运维人员。

3、-15℃≤4路工作温度≤55℃（默认）

如果系统检测到某一环境温度超出以上安全指标时，发出严重告警信号（例如可以为声光告警等），同时，控制器200中的告警器202输出信号给四路开关控制1024，四路开关控制1024的相关定时开关（定时可调）闭合，燃料电池控制器1022关闭所有的燃料发电单元1021，关闭总电磁阀，并且发送相关告警和燃料电池的情况给运维人员。

4、-15℃≤1路环境温度≤55℃（默认）

如果系统检测到某一环境温度超出以上安全指标时，发出严重告警信号（例如可以为声光告警等），同时，控制器200中的告警器202输出信号给四路开关控制1024，四路开关控制1024的相关定时开关（定时可调）闭合，燃料电池控制器1022关闭所有的燃料发电单元1021，关闭总电磁阀，并且发送相关告警和燃料电池的情况给运维人员。

当市电输入部101切断时，此时控制器检测不到交流电压输入，此时为燃料电池的预启动阶段，启动步骤如下：

1、控制器200检测到市电各相电压值小于180Ｖ（默认）时，此时电压处在衰减状态或市电处在不稳定状态（即市电电压不正常为负载供电）；

2、控制器200控制与储能电池305相连的充放电控制单元306，让储能电池305在规定时间内（默认）为基站负载304先行供电，保证燃料电池在刚启动时的供电不足的情况下也能给基站负载304提供工作所需供电；

3、同时、控制器200首先控制打开电磁总阀1，检测气瓶阀前压力、气瓶阀后压力，具体数值如下；

①   0.05MPa≤气瓶阀前压力≤20MPa（默认）

②   0.01MPa≤气瓶阀后压力≤0.05MPa（默认）

没有出现告警时，则进行下一项预启动燃料电池的检测。反之，停止向下系统检测，直到相关故障排除为止。

4、然后采集器201采集环境参数包括：氢气在环境中的浓度、4路工作温度、1路环境温度，具体数值如下；

①   氢气在环境中的浓度≤2000ppm（默认）

②   -15℃≤4路工作温度≤55℃（默认）

③   -15℃≤1路环境温度≤55℃（默认）

当燃料电池的启动条件满足步骤3和步骤4的时候，控制器200控制四路开关控制1024定时开关（定时可调）闭合，启动燃料电池。

控制器200中的采集器201采集四路直流输入的电压和电流，及输入1路直流电的电压和电流。此时控制器200将燃料的启动情况通过GPRS模块的传送给相关维护人员。

①   燃料电池全部启动，分别发送燃料发电单元1启动、燃料发电单元2启动、燃料发电单元3启动、燃料发电单元4启动，如果有其他告警信号一并传送；

②   但是如果其中某一个或几个燃料电池没有在一启中启动起来，控制器200在规定之间内再次发出启动信号，启动燃料电池，并发送燃料电池启动情况（一般告警）给相关维护人员，说明某些控制电路可能出现问题，需要相关人员去核实检查；

③   但是如果其中某一个或几个燃料电池仍然在二启中启动起来，能源控制器通过GPRS模块发送燃料电池启动情况（严重告警）给相关维护人员，说明某些控制电路可能出现问题，需要相关人员立即去核实检查；

当无市电燃料电池正常工作时，此时燃料电池处在运行中，控制器200时刻监测各相指标，以保证系统的正常运行，并且要间隔20分钟发送系统运行状况给相关运维人员。相关参数如下：

①   氢气在环境中的浓度≤2000ppm（默认）

如果系统检测到氢气在环境中的浓度超出以上安全指标时，，发出严重告警信号（例如可以为声光告警等）。同时，控制器200中的告警器202输出信号给四路开关控制1024，四路开关控制1024的相关定时开关（定时可调）闭合，燃料电池控制器1022关闭所有的燃料发电单元1021，关闭总电磁阀，并且发送相关告警和燃料电池的情况给运维人员。

②   -15℃≤4路工作温度≤55℃（默认）

如果系统检测到某一环境温度超出以上安全指标时，发出严重告警信号（例如可以为声光告警等）。同时，控制器200中的告警器202输出信号给四路开关控制1024，四路开关控制1024的相关定时开关（定时可调）闭合，燃料电池控制器1022关闭所有的燃料发电单元1021，关闭总电磁阀，并且发送相关告警和燃料电池的情况给运维人员。

③   -15℃≤1路环境温度≤55℃（默认）

如果系统检测到环境温度超出以上安全指标时，发出严重告警信号（例如可以为声光告警等）。同时，控制器200中的告警器202输出信号给四路开关控制1024，四路开关控制1024的相关定时开关（定时可调）闭合，燃料电池控制器1022关闭所有的燃料发电单元1021，关闭总电磁阀，并且发送相关告警和燃料电池的情况给运维人员。

④   0.05MPa≤气瓶阀前压力≤20MPa（默认）

如果系统检测到气瓶阀前超出以上安全指标时，发出严重告警信号（例如可以为声光告警等），发送相关告警和燃料电池的情况给运维人员，此时燃料电池正在运行，但当前燃料已不能满足系统长时间运行，需要及时更换。

⑤ 0.01MPa≤气瓶阀后压力≤0.05MPa（默认）

当控制器200检测到气瓶阀后压力超出0.05MPa时，控制器200控制关闭总的电磁阀，断开进气回路，控制器200中的告警器202输出信号给四路开关控制1024，四路开关控制1024的相关定时开关（定时可调）闭合，关闭燃料电池，并发送严重告警信号给运维人员，通知相关人员及时检修。

当控制器200检测到气瓶阀后压力小于0.01MPa时，控制器发送严重告警信号给运维人员，通知相关人员及时需要需要及时增大气瓶阀后压力。

⑥   燃料电池在运行中，系统检测到某一个或某几个燃料电池输出功率减小，与其余的燃料电池输出功率差很多时，此时可判断该回路的燃料电池已经出现了问题。控制器200的相关回路定时开关（定时可调）闭合，从而关闭相应的燃料电池，并且发送相关警告和燃料电池的情况给运维人员。

⑦   四路输入电压、电流；输出电压、电流

当由无市电到有市电的瞬间，此时燃料电池处于预关闭状态，此时市电输入不稳定，所以在市电来电瞬间不能立即切断燃料电池。需要设定市电来电一段时间后（切断时间默认），控制器200的相关定时开关（定时可调，默认10分钟）闭合，从而关闭所有的燃料电池，此时发送相关燃料电池关闭情况。

①   燃料电池全部关闭，分别发送燃料电池1关闭、燃料电池2关闭、燃料电池3关闭、燃料电池4关闭，如果有其他告警信号一并传送；

②   但是如果其中某一个或几个燃料电池没有在第一次关闭中关闭，控制器200在规定之间内再次发出关闭信号，关闭相应的燃料电池，并通过GPRS模块发送燃料电池启动情况（一般告警）给相关维护人员，说明某些控制电路可能出现问题，需要相关人员去核实检查；

③   但是如果其中某一个或几个燃料电池仍然在第二次关闭中关闭，控制器200通过GPRS模块发送燃料电池关闭情况（严重告警）给相关维护人员，说明某些控制电路可能出现问题，需要相关人员立即去核实检查。

当市电接入运行状态后，市电为负载进行供电，此时燃料电池处在待机状态，控制器200时刻监测各相指标，以保证系统的安全，并且有告警时才发送系统状况给相关运维人员。相关参数如下：

①   氢气在环境中的浓度≤2000ppm（默认）

如果系统检测到氢气在环境中的浓度超出以上安全指标时，发出一般告警，并且发送相关告警和燃料电池的情况给运维人员。

②   -15℃≤4路工作温度≤55℃（默认）

如果系统检测到某一环境温度超出以上安.全指标时，发出一般告警，并且发送相关告警和燃料电池的情况给运维人员。

③   -15℃≤1路环境温度≤55℃（默认）

如果系统检测到环境温度超出以上安全指标时，发出一般告警，并且发送相关告警和燃料电池的情况给运维人员。

本发明的基于燃料电池的备用电源控制系统，在每个供电系统运行和供电时，能够将系统的各个运行状态记录下来，当有告警输出时，能够准确判断告警级别，并通过GPRS模块对告警信号进行相关的控制，同时，能够根据当前有无市电、燃料电池有无正常开启或正常关闭等信息来发出相应的开关指令来启动或关闭燃料电池，可以安全、高效地实现对基于燃料电池备用电源的控制。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于燃料电池的备用电源控制系统，其特征在于，包括输入端、与输入端连接的控制器、与所述控制器连接的输出端，所述输入端包括市电输入部和燃料电池输入部，所述控制器包括采集器和告警器，所述输出端包括交流输出部和直流输出部，当有市电输入时，所述控制器控制所述燃料电池输入部停止工作，当无市电输入时，所述控制器控制所述燃料电池输入部开始工作。

2.如权利要求1所述的基于燃料电池的备用电源控制系统，其特征在于，所述燃料电池输入部包括燃料发电单元、与燃料电池发电单元连接的燃料电池控制器，与燃料电池控制器连接的防反二极管。

3.如权利要求2所述的基于燃料电池的备用电源控制系统，其特征在于，所述燃料电池输入部中包括多组燃料电池发电单元，每组燃料电池发电单元分别具有与之对应的燃料电池控制器及防反二极管与其连接，所述燃料电池输入部还包括多路开关控制，由所述告警器发出的控制信号控制所述多个燃料电池控制器。

4.如权利要求2所述的基于燃料电池的备用电源控制系统，其特征在于，所述输出端还包括充放电控制单元、储能电池，所述充放电控制单元一端与所述直流输出部连接，另一端与所述储能电池连接以控制储能电池的充放电。

5.如权利要求4所述的基于燃料电池的备用电源控制系统，其特征在于，所述输出端还包括DC-DC变压电路，为所述燃料电池控制器提供直流电源。

6.如权利要求4所述的基于燃料电池的备用电源控制系统，其特征在于，所述DC-DC变压电路将直流电压48V转变为直流电压12V。

7.如权利要求1所述的基于燃料电池的备用电源控制系统，其特征在于，所述采集器可以对温度、可燃气体浓度、燃料瓶压力、输入电流、输入电压、输出电压、燃料电池发电电量、环境温度、环境湿度等中的一种或多种信息进行信息采集，并将异常信息信号发送给所述告警器进行告警。

8.如权利要求7所述的基于燃料电池的备用电源控制系统，其特征在于，所述采集器还包括：设置单元，用于对其采集的信息进行设置；显示器，用于对设置信息及所采集的信息进行显示；存储器，用于对信息进行存储。

9.如权利要求1所述的基于燃料电池的备用电源控制系统，其特征在于，所述输出端还包括与所述交流输出部连接的开关电源，所述开关电源用于控制所述交流输出部与基站负载的连接。

10.如权利要求1所述的基于燃料电池的备用电源控制系统，其特征在于，所述控制器还包括GPRS模块，用于将系统运行状况发送给相关运维人员。

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