CN105047968B - 一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置 - Google Patents

一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置，包括,电池控制模块、电池辅助模块、电堆、直流‑直流电源模块、碳纤维高压储氢瓶、锂离子电池组和逆变器；其中，所述锂离子电池组分别与电池控制模块及电池辅助模块电连接，所述电池控制模块与所述电池辅助模块、碳纤维高压储氢瓶、电堆、直流‑直流电源模块、锂离子电池组及逆变器电连接，所述电堆与所述直流‑直流电源模块电连接，所述直流‑直流电源模块分别与所述锂离子电池组及逆变器电连接，所述逆变器用于接收稳定直流电能并转化为交流电并输出。本发明采用锂离子电池组代替现有技术中铅酸蓄电池作为本发明燃料电池装置中辅助储能模块，改善了放电性能，提高了使用寿命，减小了体积。

Description

一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置
技术领域
本发明涉及备用电源领域，具体的说，涉及一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置。
背景技术
随着工业技术的不断发展，燃料电池已经应用在人类生产活动各个领域。在燃料电池装置初始状态，需要采用额外储能元件为装置提供电能。并且，额外储能单元应至少持续供电30秒才能够满足燃料电池启动的需要。因此，现有技术中通常采用低电压、大电流和高倍率放电性能的储能元件作为燃料电池装置的辅助储能元件。
但现有技术也存在一定程度的不足。现有技术中采用铅酸蓄电池作为燃料电池装置的辅助储能元件，但该类蓄电池高倍率放电性能较差、循环使用寿命较短、体积较大，不但影响燃料电池装置的使用寿命，而且增大的装置的维护成本，同时不利于燃料电池装置的结构布局。
发明内容
针对以上不足，本发明提出了一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置，该装置采用磷酸铁锂离子电池组作为燃料电池装置的辅助储能元件，该辅助储能元件与传统铅酸蓄电池储能元件相较，具有更好的高倍率放电性能，循环使用使用寿命更长，体积更小的优点。
为实现以上技术方案，本发明提供了一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置，包括：电池控制模块、电池辅助模块、电堆、直流-直流电源模块、碳纤维高压储氢瓶、锂离子电池组和逆变器；
其中，所述锂离子电池组分别与所述电池控制模块及电池辅助模块电连接，用于在初始状态对所述电池控制模块及电池辅助模块供电；
所述电池控制模块还与所述电池辅助模块、碳纤维高压储氢瓶、电堆、直流-直流电源模块、锂离子电池组及所述逆变器电连接，用于接收电池辅助模块、碳纤维高压储氢瓶、电堆、直流-直流电源模块、锂离子电池组及逆变器的检测信息，以及向所述电池辅助模块、碳纤维高压储氢瓶和直流-直流电源模块发送控制信号；
所述电池辅助模块用于根据所述电池控制模块发送的控制信号向所述电堆注入空气；
所述碳纤维高压储氢瓶用于根据所述电池控制模块发送的控制信号，向所述电堆注入氢气；
所述电堆与所述直流-直流电源模块电连接，用于根据接收的空气和氢气，产生电能并输出给至所述直流-直流电源模块；
所述直流-直流电源模块分别与所述锂离子电池组及逆变器电连接，用于根据所述电池控制模块发送的控制信号，将所述电堆产生的电能，产生稳定直流电能并输出至所述锂离子电池组及逆变器；
所述逆变器用于接收稳定直流电能并转化为交流电并输出。
进一步的，所述直流-直流电源模块包括开关，该开关用于控制所述直流-直流电源模块与电堆之间输电线路的断开与闭合。
进一步的，所述电池辅助模块包括有启风机及冷却部件；
其中，所述启风机用于向所述电堆注入空气，所述冷却部件用于对所述辅助储能装置进行降温。
进一步的，所述电堆用于接收碳纤维高压储氢瓶注入的氢气以及所述启风机注入的空气，产生化学反应生成电能及水；
其中，所述电能为电压及电流均不稳定的电能，水则为化学反应废物被排出装置。
进一步的，所述直流-直流电源模块接收所述电堆产生的不稳定电能，输出为电压恒定、电流可变的直流电能。
进一步的，所述逆变器输出为380伏或220伏交流电压。
进一步的，所述逆变器接有外接负载，该负载用于控制所述逆变器停止。
本发明采用锂离子电池组代替现有技术中铅酸蓄电池作为本发明燃料电池装置中辅助储能模块，改善了辅助储能模块的高倍率放电性能，提高了装置的使用寿命，减小了辅助储能模块所占体积。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置结构图。
图2是本发明实施例提供的一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置开始工作步骤流程图。
图3是本发明实施例提供的一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置停止工作步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
图1是本发明实施例提供的一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置结构图。如图1所示，一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置包括电池控制模块110、电池辅助模块120、碳纤维高压储氢瓶130、电堆140、直流-直流电源模块150、锂离子电池组160和逆变器170；
其中，锂离子电池组160分别与电池控制模块110及电池辅助模块120电连接，用于在初始状态对电池控制模块110及电池辅助模块120供电；
电池控制模块110还与电池辅助模块120、碳纤维高压储氢瓶130、电堆140、直流-直流电源模块150、锂离子电池组160及逆变器170电连接，用于接收电池辅助模块120、碳纤维高压储氢瓶、电堆140、直流-直流电源模块150、锂离子电池组160及逆变器170的检测信息，以及向电池辅助模块120、碳纤维高压储氢瓶130和直流-直流电源模块150发送控制信号；
电池辅助模块120用于根据电池控制模块110发送的控制信号向电堆140注入空气；
碳纤维高压储氢瓶130用于根据电池控制模块110发送的控制信号，向电堆140注入氢气；
电堆140与直流-直流电源模块150电连接，用于根据接收的空气和氢气，产生电能并输出给至直流-直流电源模块150；
直流-直流电源模块150分别与锂离子电池组160及逆变器170电连接，用于根据电池控制模块110发送的控制信号，将电堆140产生的电能，产生稳定直流电能并输出至锂离子电池组160及逆变器170；
逆变器170用于接收稳定直流电能并转化为交流电并输出。
当辅助储能装置处于初始状态并开始工作，锂离子电池组160分别向电池控制模块110及电池辅助模块120供电，供电大约30秒左右。
电池控制模块110检测包括电池辅助模块120的初始状态，值得注意的是，电池辅助模块120包括有一个启风机及冷却部件，启风机用于向电堆140注入空气，冷却部件用于对整个辅助储能装置进行降温，锂离子电池组160初始向电池辅助模块120供电30秒作用就在于启动冷却部件。因此，电池辅助模块的初始状态主要指启风机及冷却部件的初始状态。
进一步的，电池控制模块110还检测碳纤维高压储氢瓶130中氢气含量；电堆140的设备状态参数；直流-直流电源模块150的设备状态参数及初始电量；锂离子电池组160初始电量及逆变器170的设备状态参数。
当电池控制模块110检测以上数据为正常值，便发送控制信号分别至碳纤维高压储氢瓶130以及电池辅助模块120。
碳纤维高压储氢瓶130接收控制信号后向电堆140注入氢气；电池辅助模块120接收控制信号后通过启风机向电堆140注入空气。
当电堆140同时接收到氢气及空气便自动开始产生化学反应，生成不稳定的电能和水。电能作为反应产物被发送至直流-直流电源模块150，这里产生的电能电压和电流均不稳定，而水作为反应所产生的废物被排出装置。
值得注意的是，电堆140内氢气与空气之间的化学反应为持续性的反应，并且直流-直流电源模块150包括有一个反应开关。当电堆140工作达到500伏至550伏的工作点(针对不同环境工作点会略有不同)，电池控制模块110检测到该工作点信号，会发出控制信号至直流-直流电源模块150，直流-直流电源模块150打开反应开关，电能通过开关被送入直流-直流电源模块150。
直流-直流电源模块150是通过开关电源的思想实现，通过内部振荡器和斩波器，并且采用大电容进行滤波，输出结果等于将脉冲波形进行积分，输出一个直流方波。因此，直流-直流电源模块150可以将不稳定的电能转化为稳定的直流电能。
直流-直流电源模块150转化电能后将电能输出至逆变器170及锂离子电池组160。
锂离子电池组160接收稳定的直流电能后进行储能，而逆变器170接收稳定的直流电能后将其转化为交流电进行输出。
值得注意的是，转化后的交流电的电压值为380伏或220伏。并且，输出的交流电外接有负载。
当辅助储能装置停止工作时，首先断开逆变器170外接负载，则逆变器170停止工作；逆变器170停止工作进而导致直流-直流电源模块150停止工作，电池控制模块110检测到直流-直流电源模块150工作状态停止，进而通过控制信号关闭反应开关，并同时发送控制信号至碳纤维高压储氢瓶130，停止其向电堆140注入氢气。
值得注意的是，电池控制模块110内部程序设有优先级判断程序，若同时检测到电堆140工作点信号及直流-直流电源模块150工作状态停止信号，会根据优先级判断程序进行判断。
电堆140由于氢气的缺失而停止工作。此时，电池控制模块110对辅助储能装置所有部件进行自检，并相应关闭电池辅助模块120以及锂离子电池组160，进而整个辅助储能装置关闭。
图2是本发明实施例提供的一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置开始工作步骤流程图。如图2所示，辅助储能装置的工作步骤如下：
步骤201、锂离子电池组160分别向电池控制模块110及电池辅助模块120供电，电池辅助模块120启动冷却部件。
步骤202、电池控制模块110检测包括电池辅助模块120在内的辅助储能装置所有部件初始状态及参数。
步骤203、状态及参数检测正常后，电池控制模块110分别向碳纤维高压储氢瓶130以及电池辅助模块120发出控制命令，分别向电堆140注入氢气及空气。
步骤204、电堆140开始发生化学反应，当达到工作点时，电池控制模块110根据电堆140检测信息发出控制信号至直流-直流电源模块150，打开反应开关，电能流入直流-直流电源模块150。
步骤205、直流-直流电源模块150将电能转换为稳定的直流电能并发送至锂离子电池组160及逆变器170。
步骤206、锂离子电池组160用于对直流电能进行储能，逆变器170用于将直流电能转化为交流电进行输出。
图3是本发明实施例提供的一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置停止工作步骤流程图。如图3所示，辅助储能装置的停止工作步骤如下：
步骤301、断开逆变器170外接负载，逆变器170停止工作。
步骤302、直流-直流电源模块150根据逆变器170停止工作进而停止进行输出。
步骤303、电池控制模块110检测直流-直流电源模块150停止输出检测信息，进而发出控制信号断开反应开关，并且发出控制信号至碳纤维高压储氢瓶130停止输出氢气。
步骤304、电池控制模块110对辅助储能装置所有部件进行自检，并发出控制信号关闭电池辅助模块120，切断锂离子电池组160。
本发明上述实施例提供的技术方案，其中采用锂离子电池组代替现有技术中铅酸蓄电池作为本发明辅助储能装置中辅助储能模块，改善了辅助储能模块的高倍率放电性能，提高了装置的使用寿命，减小了辅助储能模块所占体积。同时，由于采用锂离子电池组进而提高了装置的安全性及对不同环境的适应能力，并且降低了设备的维护费用。
值得注意的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的构思和原则的前提下所做的等同变化、修改与结合，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种燃料电池应急发电车的辅助储能装置，其特征在于，包括：电池控制模块、电池辅助模块、电堆、直流-直流电源模块、碳纤维高压储氢瓶、锂离子电池组和逆变器；
其中，所述锂离子电池组分别与所述电池控制模块及电池辅助模块电连接，用于在初始状态对所述电池控制模块及电池辅助模块供电；
所述电池控制模块还与所述电池辅助模块、碳纤维高压储氢瓶、电堆、直流-直流电源模块、锂离子电池组及所述逆变器电连接，用于接收电池辅助模块、碳纤维高压储氢瓶、电堆、直流-直流电源模块、锂离子电池组及逆变器的检测信息，以及向所述电池辅助模块、碳纤维高压储氢瓶和直流-直流电源模块发送控制信号；
所述电池辅助模块用于根据所述电池控制模块发送的控制信号向所述电堆注入空气；
所述碳纤维高压储氢瓶用于根据所述电池控制模块发送的控制信号，向所述电堆注入氢气；
所述直流-直流电源模块包括开关，该开关用于控制所述直流-直流电源模块与电堆之间输电线路的断开与闭合；
所述电堆与所述直流-直流电源模块电连接，用于根据接收的空气和氢气，产生电能并输出给至所述直流-直流电源模块，具体包括：所述电池控制模块检测到所述电堆工作达到工作点后，发出控制信号至所述直流-直流电源模块打开所述开关，电能通过所述开关被输送到所述直流-直流电源模块；
所述直流-直流电源模块分别与所述锂离子电池组及逆变器电连接，用于根据所述电池控制模块发送的控制信号，将所述电堆产生的电能，产生稳定直流电能并输出至所述锂离子电池组及逆变器；
所述逆变器用于接收稳定直流电能并转化为交流电并输出；
所述逆变器接有外接负载，该负载用于控制所述逆变器停止。
2.根据权利要求1所述的辅助储能装置，其特征在于，所述电池辅助模块包括有启风机及冷却部件；
其中，所述启风机用于向所述电堆注入空气，所述冷却部件用于对所述辅助储能装置进行降温。
3.根据权利要求2所述的辅助储能装置，其特征在于，所述电堆用于接收碳纤维高压储氢瓶注入的氢气以及所述启风机注入的空气，产生化学反应生成电能及水；
其中，所述电能为电压及电流均不稳定的电能，水则为化学反应废物被排出装置。
4.根据权利要求3所述的辅助储能装置，其特征在于，所述直流-直流电源模块接收所述电堆产生的不稳定电能，输出为电压恒定、电流可变的直流电能。
5.根据权利要求1所述的辅助储能装置，其特征在于，所述逆变器输出为380伏或220伏交流电压。
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