CN109617446A - 移动式并行水氢发电逆变系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了移动式并行水氢发电逆变系统，包括逆变器、PWM控制器和功率优化模块，逆变器与燃料电池以及负载连接，用于将燃料电池产生的电能进行逆变后供给负载使用，PWM控制器用于向逆变器发出调节信号，逆变器根据调节信号调节燃料电池输出电压的大小，以使燃料电池的输出功率最大，功率优化模块用于采集燃料电池的状态参数，依据状态参数确定出与燃料电池的最大功率对应的输出电压，并依据确定出的输出电压控制PWM控制器发出调节信号，以使燃料电池的输出功率在PWM控制器的控制下达到最大。该逆变系统能够调节燃料电池的输出电压，以使燃料电池在发电过程中保持输出功率最大，以最大化发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及水氢发电技术领域，特别涉及移动式并行水氢发电逆变系统。
背景技术
水氢发电机是一种以甲醇的水溶液作为原料通入制氢系统，制得的高纯氢气通入燃料电池进行电化学反应进而把化学能直接转化为电能的设备，其能量转换效率高，没有噪声污染，并且只排放水和少量二氧化碳，实现了真正的节能环保，因此被认为是新能源动力发展的主流。
水氢发电机中负责发电的是燃料电池，通过燃料电池将原料的化学能转化为电能并输出给用电设备。如图1所示，燃料电池的输出电压Vpv与输出功率P之间具有能够用特征曲线描述的特定关系，随着输出电压的增大，输出功率先随之增大，然后随之减小，由此可知输出功率P存在最大输出功率Pmax。
目前，在燃料电池发电的过程中，无法将燃料电池的输出电压控制在能使输出功率最大的大小上，同时燃料电池的输出电压的大小可能受到一些因素的影响而随时产生变化，以上两点原因导致无法保持燃料电池的输出功率最大化，因此无法使燃料电池的发电效率保持最大化。
发明内容
(一)发明目的
为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，使燃料电池的输出功率最大化，本发明提供了以下技术方案。
(二)技术方案
本发明公开了一种移动式并行水氢发电逆变系统，包括逆变器、PWM控制器和功率优化模块；
所述逆变器包括DC-DC转换器以及与所述DC-DC转换器连接的逆变电路，所述DC-DC转换器与的燃料电池连接，所述逆变电路与负载连接；
所述PWM控制器与所述DC-DC转换器连接，用于向所述DC-DC转换器发出调节信号，所述DC-DC转换器根据所述调节信号调节所述燃料电池输出电压的大小，以使所述燃料电池的输出功率最大；以及
所述功率优化模块包括数据采集单元和电压确定单元，所述数据采集单元用于采集所述燃料电池的状态参数，所述电压确定单元用于依据所述状态参数确定出与所述燃料电池的最大功率对应的输出电压，并依据所述确定出的输出电压控制所述PWM控制器发出所述调节信号，以使所述燃料电池的输出功率在所述PWM控制器的控制下达到最大；其中，
所述燃料电池的状态参数包括以下至少一项：阴极温度，阳极温度，出水量，阴极进气量，阳极进气量。
一种可能的实施方式中，所述电压确定单元存储有所述燃料电池的状态参数与对应的最大输出功率的输出电压之间关系的数据；所述电压确定单元依据存储的关系数据确定出与所述燃料电池的最大功率对应的输出电压。
一种可能的实施方式中，所述电压确定单元还用于：在依据确定出的输出电压控制所述PWM控制器改变所述燃料电池的输出电压后，定量地增加所述确定出的输出电压的大小，并判断所述燃料电池输出功率是否相应增加，在输出功率相应增加的情况下，继续定量地增加输出电压的大小，直到输出功率减小，然后将上一个输出电压的大小定为最终确定出的输出电压大小。
一种可能的实施方式中，所述DC-DC转换器包括Buck电路，所述PWM控制器与所述Buck电路的开关器件连接，并将所述调节信号发送至所述开关器件以调节所述开关器件的占空比，进而调节所述燃料电池输出电压的大小。
一种可能的实施方式中，所述Buck电路的开关器件为MOS管，所述PWM控制器与所述MOS管的栅极连接，所述Buck电路还包括：
第一二极管，其正极与所述燃料电池的正极连接；
第一电解电容，其正极与所述第一二极管的负极以及所述MOS管的漏极连接，负极与所述燃料电池的负极连接；
第二二极管，其正极与所述燃料电池的负极连接，负极与所述MOS管的源极连接；
第一电感，其一端与所述MOS管的源极连接；
第一电源，其正极与所述第一电感的另一端连接，负极与所述燃料电池的负极连接；
第二电解电容，其正极与所述第一电感的另一端连接，负极与所述燃料电池的负极连接。
一种可能的实施方式中，所述逆变电路包括全桥逆变电路以及交流滤波电路，所述交流滤波电路与所述全桥逆变电路以及负载连接。
一种可能的实施方式中，所述全桥逆变电路包括：
第一晶体管组，其包括第一双极晶体管和第二双极晶体管，所述第一双极晶体管的集电极以及所述第二双极晶体管的发射极均与所述DC-DC转换器连接，所述第二双极晶体管的集电极与所述第一双极晶体管的发射极连接，所述第一双极晶体管的发射极与所述交流滤波电路连接；
第二晶体管组，其包括第三双极晶体管和第四双极晶体管，所述第三双极晶体管的集电极与所述第一双极晶体管的集电极连接，所述第四双极晶体管的发射极与所述第二双极晶体管的发射极连接，所述第三双极晶体管的发射极与所述交流滤波电路连接。
一种可能的实施方式中，所述交流滤波电路包括：
第二电感，其一端与所述第一晶体管组的第一双极晶体管发射极连接；
第三电容，其一端与所述第二电感的另一端连接，所述第三电容的另一端与所述第二晶体管组的第三双极晶体管发射极连接，并且，所述第三电容并联于所述负载的两端。
一种可能的实施方式中，该逆变系统还包括：
至少一个制氢模块，用于以甲醇水溶液为原料制成氢；以及
至少一个燃料电池，其与所述逆变器连接，用于通入所述制氢模块制得的氢，将氢的化学能转换为电能，并输出到所述逆变器，以为负载供电。
一种可能的实施方式中，该逆变系统安装于车辆交通工具上。
(三)有益效果
本发明提供的移动式并行水氢发电逆变系统，能够调节燃料电池的输出电压，以使燃料电池在发电过程中保持输出功率最大，以最大化发电效率，同时无污染物排放，运行过程零噪声，节能环保，并且能够实现移动式供电。
附图说明
以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。
图1是燃料电池的输出电压Vpv与输出功率P的曲线图。
图2是本发明提供的移动式并行水氢发电逆变系统第一实施例的结构示意图。
图3是燃料电池状态变化前后输出电压与输出功率的曲线对比图。
图4是本发明提供的移动式并行水氢发电逆变系统第二实施例的结构示意图。
图5是本发明提供的移动式并行水氢发电逆变系统第三实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。
下面参考图2-图3详细描述本发明提供的移动式并行水氢发电逆变系统第一实施例。本实施例提供的逆变系统，能够调节燃料电池的输出电压，以使燃料电池在发电过程中保持输出功率最大，以最大化发电效率。
如图2所示，本实施例提供的逆变系统主要包括：逆变器、PWM控制器和功率优化模块。
逆变器包括DC-DC转换器以及与DC-DC转换器连接的逆变电路，DC-DC转换器与的燃料电池连接，逆变电路与负载连接。
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。本实施例中的燃料电池可以为氢燃料电池。氢燃料电池用氢气和氧气作为反应物进行电解水的逆反应，排放出的有害气体极少，发电效率较高，并且不包含机械传动部件，因此没有噪声污染。DC-DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。逆变器是把直流电转变成交流电的变压器，通常将低压直流电(例如12VDC或24VDC或48VDC)转变为市电(例如220VAC、50Hz)。
在制氢系统将制得的高纯氢通入燃料电池后，燃料电池将氢气中的化学能转化为电能，DC-DC转换器对燃料电池的输出直流电压Vpv进行调节，以得到特定数值的直流电，逆变电路再对经DC-DC转换器调节后的直流电压Vpv进行逆变以将直流电转换为交流电，得到的交流电能够被用于给设施、设备等供电。
PWM控制器与DC-DC转换器连接，用于向DC-DC转换器发出调节信号，DC-DC转换器根据调节信号调节燃料电池输出电压的大小，以使燃料电池的输出功率最大。
PWM(PulseWidthModulation)，即脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
在DC-DC转换器将燃料电池的输出直流电压Vpv转换为特定数值直流电的过程中，PWM控制器向DC-DC转换器输出PWM调节信号，DC-DC转换器根据PWM调节信号将直流电压Vpv的大小调节到某一值Vpvn，在电压Vpvn下燃料电池的输出功率P为最大Pmax。通过PWM控制器调节DC-DC转换器来实现燃料电池输出功率最大化，以使燃料电池的输出功率达到最佳，提高燃料电池的工作效率。
功率优化模块包括数据采集单元和电压确定单元，数据采集单元用于采集燃料电池的状态参数，电压确定单元用于依据状态参数确定出与燃料电池的最大功率对应的输出电压，并依据确定出的输出电压控制PWM控制器发出调节信号，以使燃料电池的输出功率在PWM控制器的控制下达到最大。
如图3所示，在PWM控制器向DC-DC转换器输出PWM调节信号以改变燃料电池输出直流电压Vpv的大小时，由于燃料电池本身是一个性能不够稳定的发电系统，因此受一些例如环境条件变化等因素的影响，燃料电池的输出电压与输出功率的关系不是永恒不变的，也就是说，与最大输出功率对应的输出电压Vpv是变化的，例如图3中从变化前的曲线变成变化后的曲线，此时最大输出功率从Pmax1变为Pmax2，并且与最大输出功率对应的输出电压从Vpv1变为Vpv2。因此就需要根据上述影响因素对PWM控制器发出的调节信号进行适应性改变，以使DC-DC转换器转换后的燃料电池输出直流电压Vpv能够与受到影响因素影响后的燃料电池最大输出功率对应，以尽量使燃料电池的输出功率保持最大。
具体的，在逆变系统中设置有功率优化模块，功率优化模块与燃料电池连接，包括数据采集单元和电压确定单元。数据采集单元在燃料电池工作时采集燃料电池的状态参数，例如电池阴极的温度、电池阴极的进气量、电池阳极的温度、电池阳极的进气量以及电池的出水量等，这些状态参数能够反映燃料电池的工作状态。得到状态参数后，数据采集单元将状态参数发送给电压确定单元。可以理解的是，数据采集单元可以是实时采集燃料电池的状态参数并发送给电压确定单元，或者定期采集燃料电池的状态参数并发送给电压确定单元。
电压确定单元依据上述状态参数确定出燃料电池在与该状态参数对应的工作状态下当前最大输出功率Pmax2所对应的输出电压Vpv2(变化后)，如果燃料电池的与当前最大输出功率Pmax2对应的输出电压有所变化，则能够通过电压确定单元确定出与当前最大输出功率Pmax2对应的输出电压Vpv2。然后电压确定单元依据新确定出的输出电压Vpv2控制PWM控制器，以使PWM控制器根据电压确定单元确定的输出电压Vpv2发出相应的调节信号给DC-DC转换器，DC-DC转换器就会将燃料电池的输出电压调节成与当前最大输出功率Pmax2对应的输出电压Vpv2，实现燃料电池的输出功率Pmax2在PWM控制器的控制下保持最大。
在一种实施方式中，DC-DC转换器包括Buck电路，PWM控制器与Buck电路的开关器件连接，并将调节信号发送至开关器件以调节开关器件的占空比，进而调节燃料电池输出电压的大小。其中，占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。
DC-DC转换器有Boost(升压型)DC-DC转换器、Buck(降压型)DC-DC转换器以及Boost-Buck(升降压型)DC-DC转换器。本实施例中采用降压型DC-DC转换器，DC-DC转换器中包括Buck电路，Buck电路中的开关器件可以是三极管或场效应管。PWM控制器与开关器件连接，通过向开关器件发送调节信号，控制开关器件导通、关闭时段的占空比，从而实现DC-DC转换器对燃料电池输出直流电压Vpv大小的调节。
在一种实施方式中，如图2中左侧虚线框中所示，Buck电路的开关器件为MOS管，PWM控制器与MOS管的栅极连接。Buck电路还包括：第一二极管D1、第一电解电容C1、第二二极管D2、第一电感L1、第一电源Ub和第二电解电容C2。
第一二极管D1的正极与燃料电池的正极连接，第一二极管D1处的电流为ipv。
第一电解电容C1的正极与第一二极管的负极以及MOS管u的漏极连接，第一电解电容C1的负极与燃料电池的负极连接。
第二二极管D2的正极与燃料电池的负极连接，第二二极管D2的负极与MOS管u的源极连接。
第一电感L1的一端与MOS管u的源极连接，第一电感L1处的电流为iL。
第一电源Ub的正极与第一电感的另一端连接，第一电源Ub的负极与燃料电池的负极连接。
第二电解电容C2并联于第一电源Ub的两端，第二电解电容C2的正极与第一电感的另一端连接，第二电解电容C2的负极与燃料电池的负极连接。
MOS管，即金属-氧化物-半导体场效应晶体管，能够把输入电压的变化转化为输出电流的变化。可以理解的是，MOS管可以采用P沟道MOS管，MOS管u具有栅极G、漏极D和源极S，电流从漏极D进入，从源极S流出。MOS管u可以采用绝缘栅双极晶体管。
PWM控制器与作为开关器件的MOS管u的栅极连接，燃料电池输出电能后，MOS管u接收PWM控制器发来的调节信号，并依据调节信号来调节自身的导通、关闭时段的占空比，从而实现DC-DC转换器对燃料电池输出直流电压Vpv大小的调节。第一电感L1和第二电解电容C2组成低通滤波器，用于阻止高于截止频率的信号通过。然后经过DC-DC转换器转换的电压输出到逆变电路。
在一种实施方式中，如图2中右侧虚线框中所示，逆变电路包括全桥逆变电路以及交流滤波电路，交流滤波电路与全桥逆变电路以及负载连接。相对半桥逆变器而言，全桥逆变器的开关电流减小了一半，因而在大功率场合得到了广泛应用。
在一种实施方式中，全桥逆变电路主要包括：第一晶体管组和第二晶体管组。
第一晶体管组包括：第一双极晶体管S1和第二双极晶体管S2，第一双极晶体管S1的集电极以及第二双极晶体管S2的发射极均与DC-DC转换器连接，第二双极晶体管S2的集电极与第一双极晶体管S1的发射极连接，第一双极晶体管S1的发射极与交流滤波电路连接。
第二晶体管组包括：第三双极晶体管S3和第四双极晶体管S4，第三双极晶体管S3的集电极与第一双极晶体管S1的集电极连接，第四双极晶体管S4的发射极与第二双极晶体管S2的发射极连接，第三双极晶体管S3的发射极与交流滤波电路连接。
可以理解的是，双极晶体管可以采用绝缘栅双极晶体管。
具体的，第一双极晶体管S1的集电极以及第三双极晶体管S3的集电极均与DC-DC转换器的第二电解电容C2的正极连接，第二双极晶体管S2的发射极以及第四双极晶体管S4的发射极均与DC-DC转换器的第二电解电容C2的负极连接。
在晶体管S1和S4与晶体管S2、S3以某一频率交替闭合/断开，则在负载上获得交变电压波形，即正负交替的方波，以此将直流电压变成交流电压。
在一种实施方式中，交流滤波电路主要包括：第二电感L2和第三电容C3。第二电感L2的一端与第一晶体管组的第一双极晶体管S1的发射极连接。第三电容C3的一端与第二电感L2的另一端连接，第三电容C3的另一端与第二晶体管组的第三双极晶体管S3的发射极连接，并且，第三电容C3并联于负载的两端。交流滤波电路用于滤除全桥逆变电路产生的谐波，以避免逆变系统以及负载带来不良影响。
在一种实施方式中，电压确定单元存储有燃料电池的状态参数与对应的最大输出功率的输出电压之间关系的数据。电压确定单元依据存储的关系数据确定出与燃料电池的最大功率对应的输出电压。
电压确定单元内部存储有燃料电池的各种不同状态参数，以及预先经过试验得到的与上述各种不同状态参数对应的最大输出功率的输出电压，状态参数与相应的输出电压形成一个对应关系数据表。电压确定单元在得到数据采集单元采集的状态参数之后，查询对应关系数据表，得到与当前状态参数相应的能使输出功率最大的输出电压。
在一种实施方式中，电压确定单元还用于：在依据确定出的输出电压控制PWM控制器改变燃料电池的输出电压后，定量地增加确定出的输出电压的大小，并判断燃料电池输出功率是否相应增加，在输出功率相应增加的情况下，继续定量地增加输出电压的大小，直到输出功率减小，然后将上一个输出电压的大小定为最终确定出的输出电压大小。
在数据采集单元采集到燃料电池的状态参数并发送给电压确定单元后，电压确定单元立即确定出与当前最大功率Pmax1对应的输出电压Vpv1，然后驱使PWM控制器生成与输出电压Vpv1相应的PWM调节信号，PWM控制器将该PWM调节信号发送至DC-DC转换器的MOS管u的栅极，以调节MOS管u的导通、关闭时段的占空比，从而将输出电压调节为Vpv1大小，以使燃料电池输出功率处于最大功率Pmax1峰值。在燃料电池工作的过程中，数据采集单元会定期或按需地采集状态参数，上述调节过程也会定期或按需地进行。
但由于燃料电池自身情况不断变化，例如设备老化等因素的影响，与最大输出功率Pmax1对应的输出电压Vpv1有所变化，即电压确定单元确定出的输出电压Vpv1和实际与最大输出功率Pmax1对应的输出电压Vpv1′存在较小的偏差，因此每次电压确定单元根据数据采集单元采集的数据确定出的输出电压Vpv1不是真正的能够使输出功率最大化的输出电压，在DC-DC转换器根据PWM控制器发出的调节信号调节占空比后得到的输出功率也会与最大输出功率Pmax1有较小偏差。
因此在每次电压确定单元根据数据采集单元采集的数据确定出输出电压Vpv1后(即一阶调节)，还会进行二次微调，即，当DC-DC转换器的MOS管根据PWM控制器发出的调节信号调节占空比并改变输出电压后，电压确定单元还会以较小的增幅增大输出电压Vpv1，即将输出电压定为(Vpv1+x)，PWM控制器会根据增大后的输出电压生成相应的调节信号，DC-DC转换器会根据相应的调节信号调节燃料电池的输出电压，然后判断此时燃料电池的输出功率是增加还是减小，若是增加，则根据图3所示的曲线，可知当前的输出功率可能还不是峰值，即还可能有上升空间，因此电压确定单元会重复执行上述增加-控制-检测的步骤，直到在某一次增加输出电压后，检测发现燃料电池的输出功率减小，说明上一个输出电压对应的输出功率为输出功率的峰值，即最大输出功率，因此将上一个输出电压(Vpv1+n*x)定为最终确定出的输出电压，并使PWM控制器发出与输出电压(Vpv1+n*x)相应的调节信号给DC-DC转换器，实现燃料电池输出功率经过二次微调实现真正最大化。
可以理解的是，经过上述一阶调节和二次微调得到的最大输出功率为燃料电池在数据采集单元本次采集的状况参数下的最大输出功率。在数据采集单元采集的状态参数变化后，可能会需要重新确定输出电压以得到最大输出功率。
需要说明的是，数据采集单元可以是实时采集燃料电池的状态参数，此时功率优化模块、PWM控制器的优化速度可能不及数据采集单元采集数据的速度，因此可以设置一个判断单元，若数据采集单元采集的状态参数中的一项或多项超过相应的变化阈值，说明燃料电池产生了足以影响到自身发电效率的变化，则数据采集单元将采集的数据发送给电压确定模块，以进行后续的电压调节。若数据采集单元采集的状态参数的所有项均没有超过相应的变化阈值，说明燃料电池未产生足以影响到自身发电效率的变化，则可以选择性的不用进行后续的电压调节。
下面参考图4详细描述本发明提供的移动式并行水氢发电逆变系统第二实施例。本实施例提供的逆变系统，能够调节燃料电池的输出电压，以使燃料电池在发电过程中保持输出功率最大，以最大化发电效率，同时无污染物排放，运行过程零噪声，节能环保，并且能够实现车载式供电。
如图4所示，本实施例提供的逆变系统主要包括：逆变器、PWM控制器、功率优化模块、一个制氢模块以及一个燃料电池。其中，逆变器、PWM控制器和功率优化模块与上述第一实施例中的相同，在此不作赘述。
制氢模块用于以甲醇水溶液为原料制成氢。
燃料电池与上述逆变系统第一实施例中公开的逆变器连接，用于通入制氢模块制得的氢，将氢的化学能转换为电能，并输出到逆变器，以使逆变器为负载供电。本实施例中的燃料电池可以为氢燃料电池。
制氢模块以甲醇水溶液(甲醇与水的摩尔比为1:1)为原料，通过催化汽化——催化重整——原子纯化为高纯氢，燃料电池通入制氢模块制得的高纯氢以及空气，将氢中的化学能转化为电能，输出直流电，并通过逆变器将直流电转换成交流电，以给负载供电。在此过程中，功率优化模块采集燃料电池的状态参数并据此确定出与燃料电池最大输出功率相应的输出电压的大小，然后发送信号给PWM控制器，PWM控制器受控生成与上述输出电压对应的调节信号，并将调节信号发送给逆变器，以在逆变器在对燃料电池输出的直流电进行DC-DC转换时调节燃料电池输出电压的大小，使燃料电池的输出电压变为与与燃料电池最大输出功率相应的输出电压，以使燃料电池的输出功率最大，进而最大化燃料电池的发电效率。
由于水氢发电逆变系统安装于交通工具上，例如汽车、船舶等，因此水氢发电逆变系统可被载到需要供电的场所进行供电，例如，该水氢发电逆变系统能够在5G通信基站停电时为其供电。水氢发电逆变系统还可以直接用于交通工具的供电，例如给新能源汽车的蓄电池供电或直接给新能源汽车供电。
本实施例的逆变器、DC-DC转换器、逆变电路、PWM控制器、功率优化模块、数据采集单元和电压确定单元等部件的功能实现和连接关系均可参照前述第一实施例所描述的功能和连接关系设置，不再一一赘述。
下面参考图5详细描述本发明提供的移动式并行水氢发电逆变系统第三实施例。本实施例提供的逆变系统，能够调节燃料电池的输出电压，以使燃料电池在发电过程中保持输出功率最大，以最大化发电效率，同时无污染物排放，运行过程零噪声，节能环保，并且能够实现移动式供电。
如图5所示，本实施例提供的逆变系统主要包括：逆变器、PWM控制器、功率优化模块、多个制氢模块以及多个燃料电池。其中，逆变器、PWM控制器和功率优化模块与上述第一实施例中的相同，在此不作赘述。
图5中虚线左侧示出了三个制氢模块和三个燃料电池，每个制氢模块以甲醇水溶液(甲醇与水的摩尔比为1:1)为原料，通过催化汽化——催化重整——原子纯化为高纯氢，与制氢模块对应的燃料电池通入相应制氢模块制得的高纯氢以及空气，将氢中的化学能转化为电能，输出直流电，每个制氢模块和燃料电池共用同一个图5中虚线右侧示出的逆变器、PWM控制器和功率优化模块，以实现并行发电。
可以理解的是，制氢模块和燃料电池的数量并不限于三个，制氢模块的数量和燃料电池的数量也可以不同，例如多个制氢模块对应同一个燃料电池并给该燃料电池供氢。
逆变系统通过逆变器将直流电转换成交流电，以给负载供电。在此过程中，功率优化模块采集燃料电池的状态参数并据此确定出与燃料电池最大输出功率相应的输出电压的大小，然后发送信号给PWM控制器，PWM控制器受控生成与上述输出电压对应的调节信号，并将调节信号发送给逆变器，以在逆变器在对燃料电池输出的直流电进行DC-DC转换时调节燃料电池输出电压的大小，使燃料电池的输出电压变为与与燃料电池最大输出功率相应的输出电压，以使燃料电池的输出功率最大，进而最大化燃料电池的发电效率。
由于水氢发电逆变系统安装于交通工具上，例如汽车、船舶等，因此水氢发电逆变系统可被载到需要供电的场所进行供电，例如，该水氢发电逆变系统能够在5G通信基站停电时为其供电。水氢发电逆变系统还可以直接用于交通工具的供电，例如给新能源汽车的蓄电池供电或直接给新能源汽车供电。
本实施例的逆变器、DC-DC转换器、逆变电路、PWM控制器、功率优化模块、数据采集单元和电压确定单元等部件的功能实现和连接关系均可参照前述第一实施例所描述的功能和连接关系设置，本实施例的制氢模块和燃料电池的功能实现和连接关系均可参照前述第二实施例所描述的功能和连接关系设置，不再一一赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种移动式并行水氢发电逆变系统，其特征在于，包括逆变器、PWM控制器和功率优化模块；
所述逆变器包括DC-DC转换器以及与所述DC-DC转换器连接的逆变电路，所述DC-DC转换器与燃料电池连接，所述逆变电路与负载连接；
所述PWM控制器与所述DC-DC转换器连接，用于向所述DC-DC转换器发出调节信号，所述DC-DC转换器根据所述调节信号调节所述燃料电池输出电压的大小，以使所述燃料电池的输出功率最大；以及
所述功率优化模块包括数据采集单元和电压确定单元，所述数据采集单元用于采集所述燃料电池的状态参数，所述电压确定单元用于依据所述状态参数确定出与所述燃料电池的最大功率对应的输出电压，并依据所述确定出的输出电压控制所述PWM控制器发出所述调节信号，以使所述燃料电池的输出功率在所述PWM控制器的控制下达到最大；其中，
所述燃料电池的状态参数包括以下至少一项：阴极温度，阳极温度，出水量，阴极进气量，阳极进气量。
2.如权利要求1所述的逆变系统，其特征在于，所述电压确定单元存储有所述燃料电池的状态参数与对应的最大输出功率的输出电压之间关系的数据；所述电压确定单元依据存储的关系数据确定出与所述燃料电池的最大功率对应的输出电压。
3.如权利要求1所述的逆变系统，其特征在于，所述电压确定单元还用于：在依据确定出的输出电压控制所述PWM控制器改变所述燃料电池的输出电压后，定量地增加所述确定出的输出电压的大小，并判断所述燃料电池输出功率是否相应增加，在输出功率相应增加的情况下，继续定量地增加输出电压的大小，直到输出功率减小，然后将上一个输出电压的大小定为最终确定出的输出电压大小。
4.如权利要求1所述的逆变系统，其特征在于，所述DC-DC转换器包括Buck电路，所述PWM控制器与所述Buck电路的开关器件连接，并将所述调节信号发送至所述开关器件以调节所述开关器件的占空比，进而调节所述燃料电池输出电压的大小。
5.如权利要求4所述的逆变系统，其特征在于，所述Buck电路的开关器件为MOS管，所述PWM控制器与所述MOS管的栅极连接，所述Buck电路还包括：
第一二极管，其正极与所述燃料电池的正极连接；
第一电解电容，其正极与所述第一二极管的负极以及所述MOS管的漏极连接，负极与所述燃料电池的负极连接；
第二二极管，其正极与所述燃料电池的负极连接，负极与所述MOS管的源极连接；
第一电感，其一端与所述MOS管的源极连接；
第一电源，其正极与所述第一电感的另一端连接，负极与所述燃料电池的负极连接；
第二电解电容，其正极与所述第一电感的另一端连接，负极与所述燃料电池的负极连接。
6.如权利要求1所述的逆变系统，其特征在于，所述逆变电路包括全桥逆变电路以及交流滤波电路，所述交流滤波电路与所述全桥逆变电路以及负载连接。
7.如权利要求6所述的逆变系统，其特征在于，所述全桥逆变电路包括：
第一晶体管组，其包括第一双极晶体管和第二双极晶体管，所述第一双极晶体管的集电极以及所述第二双极晶体管的发射极均与所述DC-DC转换器连接，所述第二双极晶体管的集电极与所述第一双极晶体管的发射极连接，所述第一双极晶体管的发射极与所述交流滤波电路连接；
第二晶体管组，其包括第三双极晶体管和第四双极晶体管，所述第三双极晶体管的集电极与所述第一双极晶体管的集电极连接，所述第四双极晶体管的发射极与所述第二双极晶体管的发射极连接，所述第三双极晶体管的发射极与所述交流滤波电路连接。
8.如权利要求7所述的逆变系统，其特征在于，所述交流滤波电路包括：
第二电感，其一端与所述第一晶体管组的第一双极晶体管发射极连接；
第三电容，其一端与所述第二电感的另一端连接，所述第三电容的另一端与所述第二晶体管组的第三双极晶体管发射极连接，并且，所述第三电容并联于所述负载的两端。
9.如权利要求1-8中任一权利要求所述的逆变系统，其特征在于，该逆变系统还包括：
至少一个制氢模块，用于以甲醇水溶液为原料制成氢；以及
至少一个燃料电池，其与所述逆变器连接，用于通入所述制氢模块制得的氢，将氢的化学能转换为电能，并输出到所述逆变器，以为负载供电。
10.如权利要求1所述的逆变系统，其特征在于，该逆变系统为车载式逆变系统。
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