CN104786861A - 燃料电池控制系统及其包含燃料电池控制系统的有轨电车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池控制系统，包括多组燃料电池串，所述多组燃料电池串相互并联连接在输出电流母线上，所述每组燃料电池串包括多个相互串联的燃料电池单元和单向DC/DC斩波器，所述多个燃料电池单元的每一个单元均包括燃料电池电堆和桥式开关组，所述桥式开关组包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关与所述燃料电池电堆的阳极相连，所述第二开关与所述燃料电池电堆的阴极相连，所述第三开关与包含所述第一开关、所述燃料电池电堆和所述第二开关的电路并联；所述燃料电池控制系统还包括电堆能量管理控制器。

Description

燃料电池控制系统及其包含燃料电池控制系统的有轨电车
技术领域
本发明涉及电池领域，具体涉及一种燃料电池控制系统及其包含燃料电池控制系统的有轨电车。
背景技术
燃料电池是高效、环保的新型发电装置，在各个领域都有广泛地应用。对于小功率应用场所，单套燃料电池系统能够满足需求，控制简单、可靠性较高，但对于大功率应用场所（例如：有轨电车），不仅单套燃料电池产生的功率不能满足系统整体需求，而且随着功率等级的增大，其控制也相对复杂，一旦发生故障，系统可靠性得不到保证。现有技术中将多套燃料电池进行串联或者并联，但是其中单套燃料电池发生故障会对系统造成严重影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种燃料电池控制系统及其包含燃料电池控制系统的有轨电车，以避免在多套燃料电池的共同工作过程中由于单套燃料电池发生故障而对整体系统造成的损坏。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种燃料电池控制系统，其特征在于，包括多组燃料电池串，所述多组燃料电池串相互并联连接在输出电流母线上，所述每组燃料电池串包括多个相互串联的燃料电池单元和单向DC/DC斩波器，所述多个燃料电池单元的每一个单元均包括燃料电池电堆和桥式开关组，所述桥式开关组包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关与所述燃料电池电堆的阳极相连，所述第二开关与所述燃料电池电堆的阴极相连，所述第三开关与包含所述第一开关、所述燃料电池电堆和所述第二开关的电路并联；所述燃料电池控制系统还包括电堆能量管理控制器，所述电堆能量管理控制器与所述每一个燃料电池单元中的桥式开关组和所述单向DC/DC斩波器相连；当所述每个燃料电池单元均处于正常状态时，所述燃料电池控制系统闭合每个燃料电池单元中的所述第一开关和所述第二开关，并断开所述第三开关；当所述多个燃料电池单元中的第一单元处于异常状态时，所述燃料电池控制系统断开所述第一单元中的第一开关和第二开关，并闭合所述第一单元中的第三开关，此外，所述燃料电池控制系统调节所述第一单元所在的燃料电池串所连接的单向DC/DC斩波器，以保持所述输出电流母线上的电压恒定。
在一个实施例中，所述多组燃料电池串的每一组燃料电池串具有相同电池单元数目，且每一个电池单元内部的燃料电池电堆具有相同的输出电流。
在一个实施例中，所述多组燃料电池串包括第一燃料电池串和第二燃料电池串，其中，所述第一燃料电池串和第二燃料电池串具有相同电池单元数目， 
在一个实施例中，所述多组燃料电池串包括第一燃料电池串和第二燃料电池串，其中，所述第一燃料电池串和第二燃料电池串具有不同电池单元数目， 
本发明还提供了一种有轨电车，所述有轨电车包括至少三节车厢，所述至少三节车厢的其中一个车厢包括上述实施例讲述的燃料电池控制系统。
与现有技术相比，当某个燃料电池电堆发生故障时，电堆能量管理控制器102通过调节开关组合单向DC/DC斩波器，可以使得输出电流母线上的电压保持稳定。发生故障的燃料电池电堆停止工作以后，输出功率减小，但能够维持燃料电池控制系统100的正常工作，直至该发生故障的燃料电池得到更换。
附图说明          
图1所示为根据本发明的实施例的燃料电池控制系统。
图2所示为根据本发明的实施例的包含燃料电池控制系统的有轨电车。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图1所示为根据本发明的实施例的燃料电池控制系统100。燃料电池控制系统100包括多组燃料电池串104和106。在图1的实施例中，仅仅列出了两个燃料电池串。在其他实施例中，燃料电池控制系统100可以包括其他数目的燃料电池串。燃料电池串104和106相互并联连接在输出电流母线140和142上。每组燃料电池串包括多个相互串联的燃料电池单元和单向DC/DC斩波器，所述多个燃料电池单元的每一个单元均包括燃料电池电堆和桥式开关组，所述桥式开关组包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关与所述燃料电池电堆的阳极相连，所述第二开关与所述燃料电池电堆的阴极相连，所述第三开关与包含所述第一开关、所述燃料电池电堆和所述第二开关的电路并联。例如，燃料电池串104包括三个燃料电池单元和单向DC/DC斩波器118；其中，燃料电池电堆112、第一开关K1-1、第二开关K1-2和第三开关K1-3构成一个电池单元；燃料电池电堆114、第一开关K2-1、第二开关K2-2和第三开关K2-3构成另一个电池单元；燃料电池电堆116、第一开关K3-1、第二开关K3-2和第三开关K3-3构成另一个电池单元。此外，燃料电池串106包括三个燃料电池单元和单向DC/DC斩波器128；其中，燃料电池电堆122、第一开关K4-1、第二开关K4-2和第三开关K4-3构成一个电池单元；燃料电池电堆124、第一开关K5-1、第二开关K5-2和第三开关K5-3构成另一个电池单元；燃料电池电堆126、第一开关K6-1、第二开关K6-2和第三开关K6-3构成另一个电池单元。在其他实施例中，燃料电池串可以包括其他数目的电池单元。
燃料电池控制系统100还包括电堆能量管理控制器102。电堆能量管理控制器102与所述每一个燃料电池单元中的桥式开关组和单向DC/DC斩波器相连。当所述每个燃料电池单元均处于正常状态时，所述燃料电池控制系统闭合每个燃料电池单元中的第一开关和第二开关，并断开第三开关。此时，燃料电池串104和106中所有的电池单元均工作。输出母线140和142上的电压等于单向DC/DC斩波器118和燃料电池电堆112、114和116电压总和；同时也等于单向DC/DC斩波器128和燃料电池电堆122、124和126电压总和。
当所述多个燃料电池单元中的其中一个单元处于异常状态时，所述燃料电池控制系统断开该异常单元中的第一开关和第二开关，并闭合异常单元中的第三开关。此外，电堆能量管理控制器102调节异常单元所在的燃料电池串所连接的单向DC/DC斩波器，以保持所述输出电流母线上的电压恒定。例如：根据图1的实施例举例说明，正常工作时，所有的第一开关和第二开关均闭合，第三开关断开，则所有电池单元均正常工作。如果燃料电池电堆112出现故障，此时电堆能量管理控制器102断开开关K1-1和开关K1-2，并且闭合开关K1-3，同时，电堆能量管理控制器102调节单向DC/DC斩波器118的输出功率，从而保证输出电流母线140和142上的电压恒定。
在一个实施例中，所述多组燃料电池串的每一组燃料电池串具有相同电池单元数目，且每一个电池单元内部的燃料电池电堆具有相同的额定电压和额定电流。在另一个实施例中，燃料电池串104和燃料电池串106具有相同电池单元数目，。在一个实施例中，燃料电池串104和燃料电池串106具有不同电池单元数目，。在这几个实施例中，多个燃料电池串的经单向DCDC斩波器调整后的输出电压相同，从而保持输出电流母线140和142上的电压恒定。
优点在于，当某个燃料电池电堆发生故障时，电堆能量管理控制器102通过调节开关组合单向DC/DC斩波器，可以使得输出电流母线上的电压保持稳定。发生故障的燃料电池电堆停止工作以后，输出功率减小，但能够维持燃料电池控制系统100的正常工作，直至该发生故障的燃料电池得到更换。
图2所示为根据本发明的实施例的包含燃料电池控制系统的有轨电车200。有轨电车200包括至少三节车厢。在图2的实施例中，有轨电车200包括三节车厢。在其他的实施例中，有轨电车200可以包括其他数目的车厢。其中一个车厢包括燃料电池控制系统100。
优点在于，车厢数目多（例如：大于等于3节）的有轨电车200负载相对较重，需要的动力相对高。因此，一节能满足如此高功率的燃料电池单元需要成本高，而且一旦出现故障难以检修。其中给一个车厢中的燃料电池控制系统100采用多节燃料电池，并且可以在某一节燃料电池出现故障的时候保证正常工作，直达抵达检修站对故障电池进行更换。由此，提高了有轨电车的运行稳定性和安全性。
上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (5)

1.一种燃料电池控制系统，其特征在于，包括多组燃料电池串，所述多组燃料电池串相互并联连接在输出电流母线上，所述每组燃料电池串包括多个相互串联的燃料电池单元和单向DC/DC斩波器，所述多个燃料电池单元的每一个单元均包括燃料电池电堆和桥式开关组，所述桥式开关组包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关与所述燃料电池电堆的阳极相连，所述第二开关与所述燃料电池电堆的阴极相连，所述第三开关与包含所述第一开关、所述燃料电池电堆和所述第二开关的电路并联；所述燃料电池控制系统还包括电堆能量管理控制器，所述电堆能量管理控制器与所述每一个燃料电池单元中的桥式开关组和所述单向DC/DC斩波器相连；当所述每个燃料电池单元均处于正常状态时，所述燃料电池控制系统闭合每个燃料电池单元中的所述第一开关和所述第二开关，并断开所述第三开关；当所述多个燃料电池单元中的第一单元处于异常状态时，所述燃料电池控制系统断开所述第一单元中的第一开关和第二开关，并闭合所述第一单元中的第三开关，此外，所述燃料电池控制系统调节所述第一单元所在的燃料电池串所连接的单向DC/DC斩波器，以保持所述输出电流母线上的电压恒定。
2.根据权利要求1所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述多组燃料电池串的每一组燃料电池串具有相同电池单元数目，且每一个电池单元内部的燃料电池电堆具有相同的输出电流。
3.根据权利要求1所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述多组燃料电池串包括第一燃料电池串和第二燃料电池串，其中，所述第一燃料电池串和第二燃料电池串具有相同电池单元数目。
4.根据权利要求1所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述多组燃料电池串包括第一燃料电池串和第二燃料电池串，其中，所述第一燃料电池串和第二燃料电池串具有不同电池单元数目。
5.一种有轨电车，所述有轨电车包括至少三节车厢，所述至少三节车厢的其中一个车厢包括权利要求1或2或3或4所述的燃料电池控制系统。
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