CN110676490A - 一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统 - Google Patents

一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110676490A
CN110676490A CN201910974797.8A CN201910974797A CN110676490A CN 110676490 A CN110676490 A CN 110676490A CN 201910974797 A CN201910974797 A CN 201910974797A CN 110676490 A CN110676490 A CN 110676490A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
hydrogen fuel
auxiliary battery
converter
load
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910974797.8A
Other languages
English (en)
Inventor
王天喜
贺萍
裴素朋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Hydrogen Run New Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Hydrogen Run New Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Hydrogen Run New Energy Technology Co Ltd filed Critical Shanghai Hydrogen Run New Energy Technology Co Ltd
Priority to CN201910974797.8A priority Critical patent/CN110676490A/zh
Publication of CN110676490A publication Critical patent/CN110676490A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明涉及一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统，包括氢燃料电池电堆、辅助电池、DC/DC变换器、电堆监控系统，氢燃料电池电堆用于氢气与空气反应发电，氢燃料电池电堆的电源输出端连接DC/DC变换器，DC/DC变换器与辅助电池并联后与外部负载连接，DC/DC变换器、辅助电池分别电连接电堆监控系统，DC/DC变换器用于电压变换和稳压，且具有自动电源切换和自动为辅助电池充电功能，辅助电池用于为氢燃料电池管理系统启动提供初始电源，电堆监控系统用于监测整个系统的工作状态，并根据监测状态控制各部分协调运行；本发明省去了辅助电池充电模块和电源切换模块，体积和成本都大幅下降，集成度高，组装简单，可靠性高。

Description

一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统
[技术领域]
本发明涉及燃料电池技术领域，具体地说是一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统。
[背景技术]
氢燃料电池管理系统一般由氢燃料电池电堆(简称电堆)、辅助电池、DC/DC(直流-直流)变换器、辅助电池充电模块、电源切换模块以及电堆监控系统组成。其中，电堆是氢燃料电池反应载体，辅助电池为氢燃料电池管理系统启动提供初始电源，DC/DC变换器起到电压变换及稳压作用，辅助电池充电模块在电堆发电时为辅助电池充电，电源切换模块切换电堆或辅助电池为负载供电，电堆监控系统的功能为测量电堆工作时的反应温度，空气和氢气的温度、流量和气压，冷却液的温度和流量，控制空气压缩机的转速、氢气的入口出口电磁阀、冷却液泵，保证电堆的正常运行。
传统的管理系统集成度低，DC/DC变换器、辅助电池充电模块、电源切换模块、电堆监控系统这几部分是分开的模块组装在管理系统中，该结构组装工序复杂费时费力，占用体积较大，可靠性低，会导致总成本高，特别是在小功率氢燃料电池管理系统中，这种缺点尤为显著。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统，省去了传统氢燃料电池管理系统中的辅助电池充电模块和电源切换模块，体积和成本都大幅下降，集成度高，组装简单，可靠性高。
为实现上述目的设计一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统，包括氢燃料电池电堆1、辅助电池2、DC/DC变换器3、电堆监控系统4，所述氢燃料电池电堆1用于氢气与空气反应发电，所述氢燃料电池电堆1通过管路控制部件5连接储氢罐6的输出端，所述管路控制部件5为氢燃料电池电堆1反应提供气体液体的管路控制，所述管路控制部件5与电堆监控系统4连接，所述氢燃料电池电堆1的电源输出端连接DC/DC变换器3，所述DC/DC变换器3与辅助电池2相连接，所述DC/DC变换器3与辅助电池2并联后与外部负载7连接，所述DC/DC变换器3、辅助电池2分别电连接电堆监控系统4，所述DC/DC变换器3用于电压变换和稳压，且具有自动电源切换和自动为辅助电池2充电功能，所述辅助电池2用于为氢燃料电池管理系统启动提供初始电源，所述电堆监控系统4用于监测整个系统的工作状态，并根据监测状态控制各部分协调运行。
进一步地，所述DC/DC变换器3与电堆监控系统4集成到一个控制板上。
进一步地，所述电堆监控系统4监测到负载7所需功率小于氢燃料电池电堆1的额定功率，则调整DC/DC变换器3的输出电压，使其范围介于辅助电池2当前电压与最高充电限制电压之间，此时氢燃料电池电堆1既给负载7供电，又为辅助电池2充电。
进一步地，所述电堆监控系统4监测到负载7所需功率等于氢燃料电池电堆1的额定功率，则调整DC/DC变换器3的输出电压，使其等于辅助电池2当前电压，此时负载7完全由氢燃料电池电堆1供电。
进一步地，所述电堆监控系统4监测到负载7所需功率大于氢燃料电池电堆1的额定功率，则调整DC/DC变换器3的输出电压，使其略低于辅助电池2当前电压，此时氢燃料电池电堆1和辅助电池2一起为负载7供电。
进一步地，所述负载7关掉后，首先测量辅助电池2是否充满，若未充满，则继续运行氢燃料电池电堆1为辅助电池2充电；若充满，则延时一定时间，在此时间内若未检测到负载7用电，则关机；若在此时间内检测到负载7用电，则在下次负载7关闭时重复上述流程。
本发明同现有技术相比，省去了传统氢燃料电池管理系统中的辅助电池充电模块和电源切换模块，同时优化了DC/DC变换器，使其具有自动电源切换和自动为辅助电池充电的功能，然后将优化后的DC/DC变换器与电堆监控系统集成到一个控制板上，该方案集成度高、组装简单、体积小、可靠性高、成本低，利于批量化生产；此外，本发明将电堆通过DC/DC变换器后，再与辅助电池并联，然后连接负载，从而使得其输出能力是DC/DC变换器的输出能力与辅助电池输出能力之和。
[附图说明]
图1是本发明的原理示意图；
图中：1、氢燃料电池电堆 2、辅助电池 3、DC/DC变换器 4、电堆监控系统 5、管路控制部件 6、储氢罐 7、负载。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
如附图1所示，本发明提供了一种高集成度的小功率氢燃料电池管理系统，包括氢燃料电池电堆1、辅助电池2、DC/DC变换器3、电堆监控系统4，氢燃料电池电堆1用于氢气与空气反应发电，氢燃料电池电堆1通过管路控制部件5连接储氢罐6的输出端，管路控制部件5为氢燃料电池电堆1反应提供气体液体的管路控制，管路控制部件5与电堆监控系统4连接，氢燃料电池电堆1的电源输出端连接DC/DC变换器3，DC/DC变换器3与辅助电池2相连接，DC/DC变换器3与辅助电池2并联后与外部负载7连接，DC/DC变换器3、辅助电池2分别电连接电堆监控系统4，DC/DC变换器3用于电压变换和稳压，且具有自动电源切换和自动为辅助电池2充电功能，辅助电池2用于为氢燃料电池管理系统启动提供初始电源，电堆监控系统4用于监测整个系统的工作状态，并根据监测状态控制各部分协调运行。其中，DC/DC变换器3与电堆监控系统4集成到一个控制板上，从而集成度高、组装简单、体积小、可靠性高、成本低，利于批量化生产。
本发明所述的高集成度小功率氢燃料电池管理系统，包括：用于氢气与空气反应发电的电堆；用于电压变换和稳压的DC/DC变换器，同时具有自动电源切换和自动充电功能；电堆监控系统是整个系统控制的核心，监测整个系统的工作状态，并根据状态进行判断运算，控制各个部分协调运行；辅助电池用于启动氢燃料电池管理系统；管路控制部件为常规必备部件，为电堆反应提供气体液体的管路控制；DC/DC变换器与辅助电池并联后，与外部负载连接，其他各个部分具体连接如图所示。
本发明与传统燃料电池系统的不同点为，(1)结构不同：传统系统中，电堆与辅助电池并联，然后通过DC/DC变换器进行电压变换，再连接负载。本发明的结构是电堆通过DC/DC变换器后，再与辅助电池并联，再连接负载。因此，传统系统的最大输出功率受限于DC/DC变换器的输出能力，而本发明的输出能力是DC/DC变换器的输出能力与辅助电池输出能力之和。(2)组成简化，集成度高：传统系统由电堆、辅助电池、DC/DC变换器、辅助电池充电模块、电源切换模块以及电堆监控系统组成，本发明由电堆、辅助电池、DC/DC变换器、电堆监控系统，省去了辅助电池充电模块、电源切换模块。因此，本发明集成度高，体积和成本都大幅下降。
本发明的控制方法如下：DC/DC变换器实现自动充电和自动电源切换的原理为，DC/DC变换器与辅助电池并联后，与负载相连；当电堆监控系统监测到负载所需功率小于电堆的额定功率，则调整DC/DC变换器的输出电压，使其范围介于辅助电池当前电压与最高充电限制电压之间，此时电堆既给负载供电，又可安全的为辅助电池充电；当电堆监控系统监测到负载所需功率等于电堆的额定功率，则调整DC/DC变换器的输出电压，使其等于辅助电池当前电压，此时负载完全由电堆为其供电；当电堆监控系统监测到负载所需功率大于电堆的额定功率，则调整DC/DC变换器的输出电压，使其略低于辅助电池当前电压，此时电堆和辅助电池一起为负载供电。此过程实现了充电和电源切换的功能，从而省去两个模块。
本发明中，电堆在频繁开启和关闭时，会影响使用寿命，为了延长使用寿命，其控制流程为：在关掉负载后，首先要测量辅助电池是否充满，若未充满，则继续运行电堆为辅助电池充电；若充满，则延时一定时间，在此时间内若未检测到负载用电，则进行关机程序；若在此时间内检测到负载用电，则在下次负载关闭时重复上述流程。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统，其特征在于：包括氢燃料电池电堆(1)、辅助电池(2)、DC/DC变换器(3)、电堆监控系统(4)，所述氢燃料电池电堆(1)用于氢气与空气反应发电，所述氢燃料电池电堆(1)通过管路控制部件(5)连接储氢罐(6)的输出端，所述管路控制部件(5)为氢燃料电池电堆(1)反应提供气体液体的管路控制，所述管路控制部件(5)与电堆监控系统(4)连接，所述氢燃料电池电堆(1)的电源输出端连接DC/DC变换器(3)，所述DC/DC变换器(3)与辅助电池(2)相连接，所述DC/DC变换器(3)与辅助电池(2)并联后与外部负载(7)连接，所述DC/DC变换器(3)、辅助电池(2)分别电连接电堆监控系统(4)，所述DC/DC变换器(3)用于电压变换和稳压，且具有自动电源切换和自动为辅助电池(2)充电功能，所述辅助电池(2)用于为氢燃料电池管理系统启动提供初始电源，所述电堆监控系统(4)用于监测整个系统的工作状态，并根据监测状态控制各部分协调运行。
2.如权利要求1所述的高集成度小功率氢燃料电池管理系统，其特征在于：所述DC/DC变换器(3)与电堆监控系统(4)集成到一个控制板上。
3.如权利要求1所述的高集成度小功率氢燃料电池管理系统，其特征在于：所述电堆监控系统(4)监测到负载(7)所需功率小于氢燃料电池电堆(1)的额定功率，则调整DC/DC变换器(3)的输出电压，使其范围介于辅助电池(2)当前电压与最高充电限制电压之间，此时氢燃料电池电堆(1)既给负载(7)供电，又为辅助电池(2)充电。
4.如权利要求3所述的高集成度小功率氢燃料电池管理系统，其特征在于：所述电堆监控系统(4)监测到负载(7)所需功率等于氢燃料电池电堆(1)的额定功率，则调整DC/DC变换器(3)的输出电压，使其等于辅助电池(2)当前电压，此时负载(7)完全由氢燃料电池电堆(1)供电。
5.如权利要求4所述的高集成度小功率氢燃料电池管理系统，其特征在于：所述电堆监控系统(4)监测到负载(7)所需功率大于氢燃料电池电堆(1)的额定功率，则调整DC/DC变换器(3)的输出电压，使其略低于辅助电池(2)当前电压，此时氢燃料电池电堆(1)和辅助电池(2)一起为负载(7)供电。
6.如权利要求1至5中任一项所述的高集成度小功率氢燃料电池管理系统，其特征在于：所述负载(7)关掉后，首先测量辅助电池(2)是否充满，若未充满，则继续运行氢燃料电池电堆(1)为辅助电池(2)充电；若充满，则延时一定时间，在此时间内若未检测到负载(7)用电，则关机；若在此时间内检测到负载(7)用电，则在下次负载(7)关闭时重复上述流程。
CN201910974797.8A 2019-10-14 2019-10-14 一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统 Pending CN110676490A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910974797.8A CN110676490A (zh) 2019-10-14 2019-10-14 一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910974797.8A CN110676490A (zh) 2019-10-14 2019-10-14 一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110676490A true CN110676490A (zh) 2020-01-10

Family

ID=69082162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910974797.8A Pending CN110676490A (zh) 2019-10-14 2019-10-14 一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110676490A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111546946A (zh) * 2020-05-13 2020-08-18 上海亿氢科技有限公司 一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法
CN113270618A (zh) * 2021-05-11 2021-08-17 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种氢燃料电池系统、方法和轨道车辆
CN113276729A (zh) * 2021-06-30 2021-08-20 北京氢沄新能源科技有限公司 燃料电池控制方法、系统和车辆
CN114695928A (zh) * 2020-12-30 2022-07-01 丰田自动车株式会社 控制fcv燃料电池输出功率的方法
CN114759541A (zh) * 2022-06-10 2022-07-15 沈阳微控新能源技术有限公司 混合供电系统及其控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104065281A (zh) * 2014-06-10 2014-09-24 华为技术有限公司 一种供电设备及基站
CN208069422U (zh) * 2018-01-31 2018-11-09 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池系统、车载供电系统及车辆
CN109212431A (zh) * 2018-09-19 2019-01-15 同济大学 一种燃料电池阻抗测量系统及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104065281A (zh) * 2014-06-10 2014-09-24 华为技术有限公司 一种供电设备及基站
CN208069422U (zh) * 2018-01-31 2018-11-09 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池系统、车载供电系统及车辆
CN109212431A (zh) * 2018-09-19 2019-01-15 同济大学 一种燃料电池阻抗测量系统及方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111546946A (zh) * 2020-05-13 2020-08-18 上海亿氢科技有限公司 一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法
CN111546946B (zh) * 2020-05-13 2023-09-22 上海亿氢科技有限公司 一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法
CN114695928A (zh) * 2020-12-30 2022-07-01 丰田自动车株式会社 控制fcv燃料电池输出功率的方法
CN113270618A (zh) * 2021-05-11 2021-08-17 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种氢燃料电池系统、方法和轨道车辆
CN113276729A (zh) * 2021-06-30 2021-08-20 北京氢沄新能源科技有限公司 燃料电池控制方法、系统和车辆
CN114759541A (zh) * 2022-06-10 2022-07-15 沈阳微控新能源技术有限公司 混合供电系统及其控制方法
CN114759541B (zh) * 2022-06-10 2023-01-13 沈阳微控新能源技术有限公司 混合供电系统及其控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110676490A (zh) 一种高集成度小功率氢燃料电池管理系统
US8364287B2 (en) Apparatus, system, and method to manage the generation and use of hybrid electric power
US7846568B2 (en) Power supply and control method therefor
CN100481595C (zh) 燃料电池系统以及残留燃料气体的去除方法
KR101285997B1 (ko) 연료 전지 시스템의 운전 방법 및 연료 전지 시스템
CN110957506B (zh) 一种燃料电池系统及其待机控制方法
CN109572487B (zh) 一种燃料电池混合动力系统的关机控制方法
CN102013503A (zh) 燃料电池备用电源控制系统及其控制方法
CN204497336U (zh) 千瓦级燃料电池锂离子电池混合动力装置
CN102569854A (zh) 一种便携式pemfc燃料电池电源系统
CN110957510A (zh) 一种燃料电池电堆台架测试开关机方法
CN205489554U (zh) 基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统
CN109004706B (zh) 一种兆瓦级液流电池长待机供电与soc测量集一体控制方法
CN105280990A (zh) 千瓦级燃料电池/锂离子电池混合动力装置及其能量管理方法
CN213425790U (zh) 一种可再生能源制氢系统
CN105811443A (zh) 基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统及方法
CN100468076C (zh) 具有自我支持与电力输出功能的燃料电池测试系统
CN100546079C (zh) 一种燃料电池系统
CN111261902B (zh) 一种便携式燃料电池系统其控制方法
CN205693422U (zh) 基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统
CN212461751U (zh) 一种燃料电池及其控制系统
CN114597454A (zh) 一种dcdc集成动力电池的断电后继续吹扫系统
CN111446769A (zh) 一种燃料电池备用电源控制系统及方法
CN210040416U (zh) 一种新型燃料电池系统发电装置
CN208368629U (zh) 燃料电池监测管理装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200110

RJ01 Rejection of invention patent application after publication