CN110071570A - 一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统及控制方法 - Google Patents

一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统及控制方法，所述燃料电池堆的输出经接触器1与保险丝相连，所述保险丝后接二极管，所述二极管可以防止负载电流回流至燃料电池堆而损坏电堆。同时，所述燃料电池堆的输出接接触器7和负载电阻，在必要时接入所述负载电阻用来匹配电堆电压和超级电容电压。所述超级电容的输出接保险丝和电压表，再连接接触器2，然后与逆变器的母线经电流表和接触器3相连。所述逆变器的母线与充电器相连，所述充电器经接触器6连接至24V的蓄电池，所述蓄电池的输出经二极管，接触器5，电流表接至辅助系统，所述辅助系统经并联组成的二极管和接触器4相连至DC/DC变换器，与电流表和接触器3相连至逆变器的直流母线。使得电梯应急电源系统的集成度增加，减小了体积重量和成本，提高了燃料电池性能以及使用寿命。

Description

一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统及控制 方法
技术领域
本发明涉及应急电源领域，具体涉及一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统及控制方法。
背景技术
燃料电池是一种利用氢气和氧气反应产生电子移动，从而产生电能的电化学装置，其能量转换效率高且能量密度高，且不会产生污染环境的有害气体，被认为是一种环境友好的能量转换装置，广泛应用于电梯、电动汽车，航空航天，航海，风电等驱动系统中。然而由于燃料电池的功率密度低，动态响应特性慢等由自身的一些物理条件使单独由燃料电池驱动的系统体积和重量较大。可喜的是，超级电容和蓄电池具有较高功率密度和较好的动态响应特性，将燃料电池和另一种储能装置结合使得系统具有高能量密度和高功率密度的特点。
燃料电池的输出电压随着负载电流的增加变化很大。一般情况下，在交流电应用场合中，根据后级负载要求，采用DC/DC直流变换器将燃料电池的输出电压稳定在一个合适的范围内，再经过DC/AC逆变器将该直流电转换为交流电。该方法结构简单，易于控制，但是由于额外DC/DC变换器的引入不可避免的在变换器中存在功率和能量的损失，使得系统效率降低，同时还增加了系统体积，重量和成本。
发明内容
本发明为解决上述问题，公开了一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统及控制方法，将燃料电池和超级电容直接并联作为供电装置，将其直接连接至逆变器的直流母线上，使得系统的集成度增加，减小了体积重量和成本。
为达到上述目的，本发明提供了一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统及控制方法，电梯应急电源系统包括燃料电池堆、接触器1、保险丝、二极管、接触器7、负载电阻、超级电容、电压表、接触器2、逆变器、电流表、接触器3、充电器、接触器6、24V蓄电池、接触器5、辅助系统、接触器4以及DC/DC变换器等。所述燃料电池堆的输出经接触器1与保险丝相连，所述保险丝后接二极管，所述二极管可以防止负载电流回流至燃料电池堆而损坏电堆。同时，所述燃料电池堆的输出接接触器7和负载电阻，在必要时接入所述负载电阻用来匹配电堆电压和超级电容电压。所述超级电容的输出接保险丝和电压表，再连接接触器2，然后与逆变器的母线经电流表和接触器3相连。所述逆变器的母线与充电器相连，所述充电器经接触器6连接至24V的蓄电池，所述蓄电池的输出经二极管，接触器5，电流表接至辅助系统，所述辅助系统经并联组成的二极管和接触器4相连至DC/DC变换器，与电流表和接触器3相连至逆变器的直流母线。
一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统控制方法，包括启动过程的控制方法和关机过程的控制方法。在启动过程中，氢气和空气之间形成的边界导致催化剂腐蚀，并且降低燃料电池的寿命。并且，燃料电池长期处于空载闲置状态，其开路电压导致质子交换膜入口和出口之间形成很大的电位差，从而加速催化剂的腐蚀，极大的影响燃料电池性能。所述启动过程的控制方法是通过以下步骤实现的：
步骤1：通过闭合接触器5，打开接触器1、接触器7、接触器2、接触器3、接触器6和接触器4接通电梯应急电源系统，使用24V蓄电池开始给燃料电池堆的辅助系统供电。
步骤2：接通吹风机，并且接通氢气，使其工作在很高的流量状态下，以便将燃料电池堆内残余的空气排除。此后，燃料电池堆的电压将很快上升到它的开路电压。
步骤3：闭合接触器1，一旦辅助系统完全由燃料电池堆供电，辅助系统使得燃料电池堆的输出电压和超级电容的开路输出电压相等，然后闭合接触器2。
步骤4：闭合DC/DC变换器和辅助系统之间的接触器4，从而燃料电池堆和超级电容向辅助系统供电。
步骤5：打开接触器5，将24V蓄电池从电梯应急电源系统中断开。此时，辅助系统完全由燃料电池堆和超级电容供电。
步骤6：通过闭合接触器3和接触器6，逆变器将与电梯应急电源系统连接，从而使逆变器可以正常工作。此时，辅助电池可以通过逆变器进行充电。
在辅助系统被24V蓄电池启动之后，辅助系统由连接至系统直流母线上的DC/DC变换器供电。此时，系统可以正常运行。当系统负载为0时，燃料电池可以在系统负载为0时向辅助系统提供一定的电能，避免了燃料电池堆的空载闲置状态，减缓了燃料电池催化剂的腐蚀，延长了其寿命。所述关机过程的控制方法是通过以下步骤实现的：
步骤1：打开接触器3和接触器6，使得逆变器和24蓄电池的充电器与电梯应急电源系统断开，从而关闭逆变器。
步骤2：等待燃料电池堆尽可能的接近其开路电压，以便对超级电容进行充电。
步骤3：打开接触器4并且关闭接触器5，使得辅助系统仅由24V蓄电池供电。
步骤4：关闭接触器7，打开接触器1和接触器2，充好电的超级电容与燃料电池堆断开连接。此时燃料电池堆的负载仅为一个电阻负载。将燃料电池堆切换至恒压模式，逐步降低其输出电压，目的是消耗掉电堆内的残留氢气。
步骤5：关闭辅助系统。
本发明的有益效果在于：将燃料电池和超级电容直接并联作为供电装置，将其直接连接至逆变器的直流母线上，使得系统的集成度增加，减小了体积重量和成本，提高了燃料电池性能以及使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统及控制方法，电梯应急电源系统包括燃料电池堆、接触器1、保险丝、二极管、接触器7、负载电阻、超级电容、电压表、接触器2、逆变器、电流表、接触器3、充电器、接触器6、24V蓄电池、接触器5、辅助系统、接触器4以及DC/DC变换器等。所述燃料电池堆的输出经接触器1与保险丝相连，所述保险丝后接二极管，所述二极管可以防止负载电流回流至燃料电池堆而损坏电堆。同时，所述燃料电池堆的输出接接触器7和负载电阻，在必要时接入所述负载电阻用来匹配电堆电压和超级电容电压。所述超级电容的输出接保险丝和电压表，再连接接触器2，然后与逆变器的母线经电流表和接触器3相连。所述逆变器的母线与充电器相连，所述充电器经接触器6连接至24V的蓄电池，所述蓄电池的输出经二极管，接触器5，电流表接至辅助系统，所述辅助系统经并联组成的二极管和接触器4相连至DC/DC变换器，与电流表和接触器3相连至逆变器的直流母线。
一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统控制方法，包括启动过程的控制方法和关机过程的控制方法。在启动过程中，氢气和空气之间形成的边界导致催化剂腐蚀，并且降低燃料电池的寿命。并且，燃料电池长期处于空载闲置状态，其开路电压导致质子交换膜入口和出口之间形成很大的电位差，从而加速催化剂的腐蚀，极大的影响燃料电池性能。所述启动过程的控制方法是通过以下步骤实现的：
步骤1：通过闭合接触器5，打开接触器1、接触器7、接触器2、接触器3、接触器6和接触器4接通电梯应急电源系统，使用24V蓄电池开始给燃料电池堆的辅助系统供电。
步骤2：接通吹风机，并且接通氢气，使其工作在很高的流量状态下，以便将燃料电池堆内残余的空气排除。此后，燃料电池堆的电压将很快上升到它的开路电压。
步骤3：闭合接触器1，一旦辅助系统完全由燃料电池堆供电，辅助系统使得燃料电池堆的输出电压和超级电容的开路输出电压相等，然后闭合接触器2。
步骤4：闭合DC/DC变换器和辅助系统之间的接触器4，从而燃料电池堆和超级电容向辅助系统供电。
步骤5：打开接触器5，将24V蓄电池从电梯应急电源系统中断开。此时，辅助系统完全由燃料电池堆和超级电容供电。
步骤6：通过闭合接触器3和接触器6，逆变器将与电梯应急电源系统连接，从而使逆变器可以正常工作。此时，辅助电池可以通过逆变器进行充电。
在辅助系统被24V蓄电池启动之后，辅助系统由连接至系统直流母线上的DC/DC变换器供电。此时，系统可以正常运行。当系统负载为0时，燃料电池可以在系统负载为0时向辅助系统提供一定的电能，避免了燃料电池堆的空载闲置状态，减缓了燃料电池催化剂的腐蚀，延长了其寿命。所述关机过程的控制方法是通过以下步骤实现的：
步骤1：打开接触器3和接触器6，使得逆变器和24蓄电池的充电器与电梯应急电源系统断开，从而关闭逆变器。
步骤2：等待燃料电池堆尽可能的接近其开路电压，以便对超级电容进行充电。
步骤3：打开接触器4并且关闭接触器5，使得辅助系统仅由24V蓄电池供电。
步骤4：关闭接触器7，打开接触器1和接触器2，充好电的超级电容与燃料电池堆断开连接。此时燃料电池堆的负载仅为一个电阻负载。将燃料电池堆切换至恒压模式，逐步降低其输出电压，目的是消耗掉电堆内的残留氢气。
步骤5：关闭辅助系统。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统，其特征在于，包括燃料电池堆、接触器1、保险丝、二极管、接触器7、负载电阻、超级电容、电压表、接触器2、逆变器、电流表、接触器3、充电器、接触器6、24V蓄电池、接触器5、辅助系统、接触器4以及DC/DC变换器等，所述燃料电池堆的输出经接触器1与保险丝相连，所述保险丝后接二极管，所述二极管可以防止负载电流回流至燃料电池堆而损坏电堆，同时，所述燃料电池堆的输出接接触器7和负载电阻，在必要时接入所述负载电阻用来匹配电堆电压和超级电容电压，所述超级电容的输出接保险丝和电压表，再连接接触器2，然后与逆变器的母线经电流表和接触器3相连，所述逆变器的母线与充电器相连，所述充电器经接触器6连接至24V的蓄电池，所述蓄电池的输出经二极管，接触器5，电流表接至辅助系统，所述辅助系统经并联组成的二极管和接触器4相连至DC/DC变换器，与电流表和接触器3相连至逆变器的直流母线。
2.一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源系统控制方法，其特征在于，该电梯应急电源系统控制方法包括启动过程的控制方法和关机过程的控制方法，所述启动过程的控制方法是通过以下步骤实现的：
步骤1：通过闭合接触器5，打开接触器1、接触器2、接触器3、接触器4、接触器6和接触器7接通电梯应急电源系统，使用24V蓄电池开始给燃料电池堆的辅助系统供电；
步骤2：接通吹风机，并且接通氢气，使其工作在很高的流量状态下，以便将燃料电池堆内残余的空气排除，此后，燃料电池堆的电压将很快上升到它的开路电压；
步骤3：闭合接触器1，一旦辅助系统完全由燃料电池堆供电，辅助系统使得燃料电池堆的输出电压和超级电容的开路输出电压相等，然后闭合接触器2；
步骤4：闭合DC/DC变换器和辅助系统之间的接触器4，从而燃料电池堆和超级电容向辅助系统供电；
步骤5：打开接触器5，将24V蓄电池从电梯应急电源系统中断开，此时，辅助系统完全由燃料电池堆和超级电容供电；
步骤6：通过闭合接触器3和接触器6，逆变器将与电梯应急电源系统连接，从而使逆变器可以正常工作，此时，辅助电池可以通过逆变器进行充电；
所述关机过程的控制方法是通过以下步骤实现的：
步骤1：打开接触器3和接触器6，使得逆变器和24蓄电池的充电器与电梯应急电源系统断开，从而关闭逆变器；
步骤2：等待燃料电池堆尽可能的接近其开路电压，以便对超级电容进行充电；
步骤3：打开接触器4并且关闭接触器5，使得辅助系统仅由24V蓄电池供电；
步骤4：关闭接触器7，打开接触器1和接触器2，充好电的超级电容与燃料电池堆断开连接，此时燃料电池堆的负载仅为一个电阻负载，将燃料电池堆切换至恒压模式，逐步降低其输出电压，目的是消耗掉电堆内的残留氢气；
步骤5：关闭辅助系统。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111409508A (zh) * 2020-03-31 2020-07-14 潍柴动力股份有限公司 车载燃料电池系统及其控制方法
CN111952645A (zh) * 2020-07-02 2020-11-17 摩氢科技有限公司 一种燃料电池控制系统、方法及存储介质
CN113734076A (zh) * 2020-05-29 2021-12-03 未势能源科技有限公司 供电系统和具有它的车辆

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1785707A (zh) * 2005-12-09 2006-06-14 清华大学 超级电容作为辅助动力装置的燃料电池汽车混合动力系统
CN101161498A (zh) * 2006-10-11 2008-04-16 现代自动株式会社 混合燃料电池客车的电力系统及其控制方法
WO2009095528A1 (en) * 2008-01-30 2009-08-06 Kone Corporation Transport system
CN201378808Y (zh) * 2009-01-09 2010-01-06 陈志文 氢燃料电池轻便供电装置
CN102700427A (zh) * 2012-06-01 2012-10-03 武汉理工大学 带超级电容的车载燃料电池与蓄电池直接并联动力系统
CN104092280A (zh) * 2014-06-17 2014-10-08 昆山弗尔赛能源有限公司 一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统
CN104577165A (zh) * 2015-01-27 2015-04-29 西南交通大学 一种质子交换膜燃料电池停机控制装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1785707A (zh) * 2005-12-09 2006-06-14 清华大学 超级电容作为辅助动力装置的燃料电池汽车混合动力系统
CN101161498A (zh) * 2006-10-11 2008-04-16 现代自动株式会社 混合燃料电池客车的电力系统及其控制方法
WO2009095528A1 (en) * 2008-01-30 2009-08-06 Kone Corporation Transport system
CN201378808Y (zh) * 2009-01-09 2010-01-06 陈志文 氢燃料电池轻便供电装置
CN102700427A (zh) * 2012-06-01 2012-10-03 武汉理工大学 带超级电容的车载燃料电池与蓄电池直接并联动力系统
CN104092280A (zh) * 2014-06-17 2014-10-08 昆山弗尔赛能源有限公司 一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统
CN104577165A (zh) * 2015-01-27 2015-04-29 西南交通大学 一种质子交换膜燃料电池停机控制装置及方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111409508A (zh) * 2020-03-31 2020-07-14 潍柴动力股份有限公司 车载燃料电池系统及其控制方法
CN113734076A (zh) * 2020-05-29 2021-12-03 未势能源科技有限公司 供电系统和具有它的车辆
CN113734076B (zh) * 2020-05-29 2023-06-09 未势能源科技有限公司 供电系统和具有它的车辆
CN111952645A (zh) * 2020-07-02 2020-11-17 摩氢科技有限公司 一种燃料电池控制系统、方法及存储介质

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