CN111900443A - 一种氢燃料电池交直流混合输出装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池交直流混合输出装置和方法，装置包括氢罐、反应发电单元和功率分配单元；氢罐与反应发电单元电连接，功率分配单元与反应发电单元电连接；氢罐用于储存氢燃料；反应发电单元将氢燃料转换为电能；功率分配单元用于获取氢燃料电池的输出侧的直流负荷量和交流负荷量，基于氢燃料电池的工作模式以及获取到的直流负荷量、交流负荷量计算并输出氢燃料电池待输出的直流电压以及交流电压。本申请可在一组氢燃料电池中实现同时交直流双路输出，满足了不同类型负荷需求，且其具备自动功率分配功能，实现不同负荷共享输出功率，并确保氢燃料电池的稳定运行，充分利用氢燃料电池的容量资源，具备良好的经济性。

Description

一种氢燃料电池交直流混合输出装置和方法

技术领域

本发明实施例涉及电池技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池交直流混合输出装置和方法。

背景技术

现阶段，对同时需要交直流两种类型供电的场景，通常采取使用两套氢燃料电池的方式进行供电，即一组氢燃料电池进行直流输出、一组氢燃料电池进行交流输出，分别对各自所属的负荷进行供电。

由于氢燃料电池的反应发电需采用贵金属等昂贵的元器件或材料，且损耗较大，需定期更换，采用两套系统独立供电的配置方式，投资较大，经济性差，而且由于负荷的波动，造成某些时间段直流负荷较小、交流负荷较大，另一些时段则相反，会造成每组氢燃料电池均会在某个时段处于低负载状态，不能充分使用其输出的容量，设备冗余程度较高。

发明内容

本发明提供一种氢燃料电池交直流混合输出装置和方法，可在一组氢燃料电池中实现同时交直流双路输出，满足了不同类型负荷需求，且其具备自动功率分配功能，实现不同负荷共享输出功率，并确保氢燃料电池的稳定运行，充分利用氢燃料电池的容量资源，具备良好的经济性。

本发明实施例提供了一种氢燃料电池交直流混合输出装置，包括：氢罐、反应发电单元和功率分配单元；所述氢罐与所述反应发电单元电连接，所述功率分配单元与所述反应发电单元电连接；

所述氢罐用于储存氢燃料；

所述反应发电单元将所述氢燃料转换为电能；

所述功率分配单元用于获取所述氢燃料电池的输出侧的直流负荷量和交流负荷量，基于所述氢燃料电池的工作模式以及获取到的所述直流负荷量、所述交流负荷量计算并输出所述氢燃料电池待输出的直流电压以及交流电压，其中，所述工作模式包括优先保证模式和自动控制模式。

进一步地，所述工作模式为所述优先保证模式时，所述功率分配单元还用于在所述氢燃料电池的容量不能同时满足所述直流负荷量和所述交流负荷量时，优先保证所述氢燃料电池输出待输出的所述直流电压或所述交流电压；

所述工作模式为所述自动控制模式时，所述功率分配单元还用于在所述氢燃料电池的容量不能同时满足所述直流负荷量和所述交流负荷量时，按照预设次序切除与所述氢燃料电池相连接的部分负荷。

进一步地，所述功率分配单元包括负荷检测装置和控制器；所述负荷检测装置与所述控制器电连接；

所述负荷检测装置用于获取所述直流负荷量和所述交流负荷量，并将所述直流负荷量和所述交流负荷量传送至所述控制器；

所述控制器用于判断所述氢燃料电池的工作模式，并基于所述工作模式和所述直流负荷量、所述交流负荷量计算所述直流电压以及所述交流电压。

进一步地，所述功率分配单元还包括逆变装置；所述逆变装置与所述控制器电连接；

所述逆变装置基于所述控制器的指令将所述氢燃料电池输出的直流电转换为交流电。

进一步地，所述功率分配单元还包括直流输出装置；所述直流输出装置与所述控制器电连接；

所述直流输出装置基于所述控制器的指令向与所述氢燃料电池相连接的直流负荷输出所述直流电压。

进一步地，所述功率分配单元还包括交流输出装置；所述交流输出装置与所述逆变装置电连接；

所述交流输出装置用于向与所述氢燃料电池相连接的交流负荷输出所述交流电压，其中，所述交流电压由所述逆变装置转换得到。

进一步地，所述功率分配单元为单片机。

本发明还提供了一种氢燃料电池交直流混合输出方法，由上述任一实施例所述的氢燃料电池交直流混合输出装置中的功率分配单元执行，其特征在于，所述方法包括：

获取直流负荷量和交流负荷量，并确定氢燃料电池的工作模式，其中，所述工作模式包括优先保证模式和自动控制模式；

基于所述工作模式、所述直流负荷量和所述交流负荷量计算并输出所述氢燃料电池待输出的直流电压以及交流电压。

进一步地，在计算出所述直流电压和所述交流电压之后，所述方法还包括：

判断所述氢燃料电池的容量是否同时满足所述直流负荷量和所述交流负荷量；

若判断结果为不满足，则当所述工作模式为所述优先保证模式时，优先保证所述氢燃料电池输出待输出的所述直流电压或所述交流电压，当所述工作模式为所述自动控制模式时，按照预设次序切除与所述氢燃料电池相连接的部分负荷。

进一步地，在计算出所述交流电压之后，输出所述交流电压之前，所述方法还包括：

基于计算得到的所述交流电压，通过逆变装置将所述氢燃料电池输出的直流电转换为交流电。

本发明公开了一种氢燃料电池交直流混合输出装置和方法，装置包括氢罐、反应发电单元和功率分配单元；氢罐与反应发电单元电连接，功率分配单元与反应发电单元电连接；氢罐用于储存氢燃料；反应发电单元将氢燃料转换为电能；功率分配单元用于获取氢燃料电池的输出侧的直流负荷量和交流负荷量，基于氢燃料电池的工作模式以及获取到的直流负荷量、交流负荷量计算并输出氢燃料电池待输出的直流电压以及交流电压。本申请可在一组氢燃料电池中实现同时交直流双路输出，满足了不同类型负荷需求，且其具备自动功率分配功能，实现不同负荷共享输出功率，并确保氢燃料电池的稳定运行，充分利用氢燃料电池的容量资源，具备良好的经济性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种氢燃料电池交直流混合输出装置的结构图；

图2是本发明实施例提供的另一种氢燃料电池交直流混合输出装置的结构图；

图3是本发明实施例提供的一种氢燃料电池交直流混合输出方法的流程图。

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结构。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。本发明下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本发明实施例对此不作具体限制。

图1是本发明实施例提供的一种氢燃料电池交直流混合输出装置的结构图。

如图1所示，该氢燃料电池交直流混合输出装置包括氢罐10、反应发电单元20和功率分配单元30；氢罐10与反应发电单元20电连接，功率分配单元30与反应发电单元20电连接；氢罐10用于储存氢燃料；反应发电单元20将氢燃料转换为电能；功率分配单元30用于获取氢燃料电池的输出侧的直流负荷量和交流负荷量，基于氢燃料电池的工作模式以及获取到的直流负荷量、交流负荷量计算并输出氢燃料电池待输出的直流电压以及交流电压，其中，工作模式包括优先保证模式和自动控制模式。

具体地，氢罐10是用于储存氢燃料的装置，反应发电单元20将氢罐10中的氢燃料转换为电能，并通过功率分配单元30将转换得到的电能供给与氢燃料电池输出侧相连接的负荷使用。氢燃料电池的输出侧的负荷可以为直流负荷也可以为交流负荷，功率分配单元30首先判断氢燃料电池的工作模式，然后根据获取到的氢燃料电池输出侧的直流负荷量和交流负荷量，以及判断出的工作模式计算出氢燃料电池分别需要向直流负荷和交流负荷输出的电量。示例性地，功率分配单元30可以为单片机。

本申请通过功率分配单元30基于获取到的氢燃料电池输出侧的直流负荷量和交流负荷量，以及氢燃料电池的工作模式计算出需要向直流负荷和交流负荷输出的电量，实现了能够在一组氢燃料电池中同时输出交直流电压，满足了不同类型负荷需求，且其具备自动功率分配功能，实现不同负荷共享输出功率，并确保氢燃料电池的稳定运行，充分利用氢燃料电池的容量资源，具备良好的经济性。

可选地，工作模式为优先保证模式时，功率分配单元30还用于在氢燃料电池的容量不能同时满足直流负荷量和交流负荷量时，优先保证氢燃料电池输出待输出的直流电压或交流电压；工作模式为自动控制模式时，功率分配单元30还用于在氢燃料电池的容量不能同时满足直流负荷量和交流负荷量时，按照预设次序切除与氢燃料电池相连接的部分负荷。

具体地，氢燃料电池的工作模式可以包括优先保证模式以及自动控制模式两种，当工作模式为优先保证模式时，在氢燃料电池的容量不足以同时满足直流负荷量和交流负荷量的情况下，功率分配单元30优先保证直流负荷或交流负荷中的一侧的负荷量能够被满足，即可以根据需要设置优先满足直流负荷所需的电量，或满足交流负荷所需的电量。

当工作模式为自动控制模式时，在氢燃料电池的容量不能同时满足直流负荷量和交流负荷量时，功率分配单元30会根据预先设置的次序切除部分负荷，然后根据余下负荷分别所需的电量计算氢燃料电池需要对用输出的直流电压和交流电压分别为多少，并对应输出相应的电压。

图2是本发明实施例提供的另一种氢燃料电池交直流混合输出装置的结构图。

可选地，如图2所示，功率分配单元30包括负荷检测装置31和控制器32；负荷检测装置31与控制器32电连接；负荷检测装置31用于获取直流负荷量和交流负荷量，并将直流负荷量和交流负荷量传送至控制器32；控制器32用于判断氢燃料电池的工作模式，并基于工作模式和直流负荷量、交流负荷量计算直流电压以及交流电压。

具体地，功率分配单元30中设置有负荷检测装置31和控制器32，负荷检测装置31能够获取氢燃料电池输出侧的直流负荷量和交流负荷量，并将获取到的数据传送至控制器32中，控制器32先判断当前氢燃料电池的工作模式是优先保证模式还是自动控制模式，并根据确定出的工作模式以及直流负荷量、交流负荷量分别计算出氢燃料电池需要向直流负荷和交流负荷输出的电量大小，以使氢燃料电池根据计算出的结果输出相应的直流电压以及交流电压。

可选地，如图2所示，功率分配单元30还包括逆变装置33；逆变装置33与控制器32电连接；逆变装置33基于控制器32的指令将氢燃料电池输出的直流电转换为交流电。

具体地，由于氢燃料电池直接输出的是直流电，为了能够给交流负荷提供交流电，功率分配单元30中还设置有逆变装置33，逆变装置33可以将直流电转换为交流电，在本申请中，逆变装置33能够基于控制器32的指令转换出氢燃料电池所需要输出的电量。

可选地，如图2所示，功率分配单元30还包括直流输出装置34；直流输出装置34与控制器32电连接；直流输出装置34基于控制器32的指令向与氢燃料电池相连接的直流负荷输出直流电压。

可选地，如图2所示，功率分配单元30还包括交流输出装置35；交流输出装置35与逆变装置33电连接；交流输出装置35用于向与氢燃料电池相连接的交流负荷输出交流电压，其中，交流电压由逆变装33置转换得到。

具体地，功率分配单元30还包括直流输出装置34和交流输出装置35，直流输出装置34、交流输出装置35分别将需要输出的直流电压、交流电压对应输出至与之相连接的直流负荷、交流负荷。

使用本发明提供的氢燃料电池交直流混合输出装置，具有下述优点：(1)能够将氢燃料电池负荷侧的总负荷变化反馈至上游的氢罐10和反应发电单元20，控制氢燃料电池的发电功率；(2)能够根据交、直流负荷的需求情况，自动计算氢燃料电池交、直流两路输出所需分配的功率，满足各自的供电需求；(3)功率分配单元30作为中间级电源，能够提供稳压功能，不因下游负荷变化造成输出电压的波动，影响负荷运行；(4)当负荷超出氢燃料电池的最大输出，或负荷出现故障等情况时，能够自动按预设程序依次切除负荷，直至恢复正常运行，以保护设备；(5)提高了氢燃料电池的使用率，使氢燃料电池具备良好的经济性。

本发明实施例还提供了一种氢燃料电池交直流混合输出方法，该方法由上述任一实施例所述的氢燃料电池交直流混合输出装置中的功率分配单元30执行。

图3是本发明实施例提供的一种氢燃料电池交直流混合输出方法的流程图，如图3所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤S301，获取直流负荷量和交流负荷量，并确定氢燃料电池的工作模式，其中，工作模式包括优先保证模式和自动控制模式。

步骤S302，基于工作模式、直流负荷量和交流负荷量计算并输出氢燃料电池待输出的直流电压以及交流电压。

具体地，氢燃料电池中的功率分配单元首先获取氢燃料电池输出侧的直流负荷量和交流负荷量，然后判断氢燃料电池当前的工作模式，进而基于获取到的直流负荷量、交流负荷量以及判断出的工作模式计算出氢燃料电池分别需要向直流负荷和交流负荷输出的电量。示例性地，功率分配单元可以为单片机。

可选地，在计算出直流电压和交流电压之后，氢燃料电池交直流混合输出方法还包括如下步骤：

步骤S1，判断氢燃料电池的容量是否同时满足直流负荷量和交流负荷量。

步骤S2，若判断结果为不满足，则当工作模式为优先保证模式时，优先保证氢燃料电池输出待输出的直流电压或交流电压，当工作模式为自动控制模式时，按照预设次序切除与氢燃料电池相连接的部分负荷。

在计算得到需要输出的直流电压和交流电压之后，氢燃料电池中的功率分配单元还会判断氢燃料电池的容量是否能够同时满足与氢燃料电池相连接的直流负荷和交流负荷所需要的电量，如果判断结果为满足，则输出相应的直流电压及交流电压；若判断结果为不满足，则根据当前氢燃料电池的工作模式执行进一步的动作。

当工作模式为优先保证模式时，功率分配单元优先保证直流负荷或交流负荷中的一侧的负荷量能够被满足，即可以根据需要设置优先满足直流负荷所需的电量，或满足交流负荷所需的电量；当工作模式为自动控制模式时，功率分配单元会根据预先设置的次序切除部分负荷，然后根据余下负荷分别所需的电量计算氢燃料电池需要对用输出的直流电压和交流电压分别为多少，并对应输出相应的电压。

需要说明的是，功率分配单元还能够判断负荷是否发生故障，若判断结果为负荷出现故障，则功率分配单元能够按照预设程序依次切除负荷，直至恢复正常运行，以保护设备。

可选地，在计算出交流电压之后，输出交流电压之前，氢燃料电池交直流混合输出方法还包括：基于计算得到的交流电压，通过逆变装置将氢燃料电池输出的直流电转换为交流电。

具体地，由于氢燃料电池直接输出的是直流电，为了能够给交流负荷提供交流电，氢燃料电池中还设置有逆变装置，逆变装置可以将直流电转换为交流电，以实现在同一组氢燃料电池中同时输出交直流电压，满足不同类型负荷需求。

本发明实施例提供的氢燃料电池交直流混合输出方法由上述实施例中的氢燃料电池交直流混合输出装置中的功率分配单元所执行，因此本发明实施例提供的氢燃料电池交直流混合输出方法也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池交直流混合输出装置，其特征在于，包括：氢罐、反应发电单元和功率分配单元；所述氢罐与所述反应发电单元电连接，所述功率分配单元与所述反应发电单元电连接；

所述氢罐用于储存氢燃料；

所述反应发电单元将所述氢燃料转换为电能；

所述功率分配单元用于获取所述氢燃料电池的输出侧的直流负荷量和交流负荷量，基于所述氢燃料电池的工作模式以及获取到的所述直流负荷量、所述交流负荷量计算并输出所述氢燃料电池待输出的直流电压以及交流电压，其中，所述工作模式包括优先保证模式和自动控制模式。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工作模式为所述优先保证模式时，所述功率分配单元还用于在所述氢燃料电池的容量不能同时满足所述直流负荷量和所述交流负荷量时，优先保证所述氢燃料电池输出待输出的所述直流电压或所述交流电压；

所述工作模式为所述自动控制模式时，所述功率分配单元还用于在所述氢燃料电池的容量不能同时满足所述直流负荷量和所述交流负荷量时，按照预设次序切除与所述氢燃料电池相连接的部分负荷。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率分配单元包括负荷检测装置和控制器；所述负荷检测装置与所述控制器电连接；

所述负荷检测装置用于获取所述直流负荷量和所述交流负荷量，并将所述直流负荷量和所述交流负荷量传送至所述控制器；

所述控制器用于判断所述氢燃料电池的工作模式，并基于所述工作模式和所述直流负荷量、所述交流负荷量计算所述直流电压以及所述交流电压。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述功率分配单元还包括逆变装置；所述逆变装置与所述控制器电连接；

所述逆变装置基于所述控制器的指令将所述氢燃料电池输出的直流电转换为交流电。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述功率分配单元还包括直流输出装置；所述直流输出装置与所述控制器电连接；

所述直流输出装置基于所述控制器的指令向与所述氢燃料电池相连接的直流负荷输出所述直流电压。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述功率分配单元还包括交流输出装置；所述交流输出装置与所述逆变装置电连接；

所述交流输出装置用于向与所述氢燃料电池相连接的交流负荷输出所述交流电压，其中，所述交流电压由所述逆变装置转换得到。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率分配单元为单片机。

8.一种氢燃料电池交直流混合输出方法，由上述权利要求1-7任一所述的氢燃料电池交直流混合输出装置中的功率分配单元执行，其特征在于，所述方法包括：

获取直流负荷量和交流负荷量，并确定氢燃料电池的工作模式，其中，所述工作模式包括优先保证模式和自动控制模式；

基于所述工作模式、所述直流负荷量和所述交流负荷量计算并输出所述氢燃料电池待输出的直流电压以及交流电压。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在计算出所述直流电压和所述交流电压之后，所述方法还包括：

判断所述氢燃料电池的容量是否同时满足所述直流负荷量和所述交流负荷量；

若判断结果为不满足，则当所述工作模式为所述优先保证模式时，优先保证所述氢燃料电池输出待输出的所述直流电压或所述交流电压，当所述工作模式为所述自动控制模式时，按照预设次序切除与所述氢燃料电池相连接的部分负荷。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在计算出所述交流电压之后，输出所述交流电压之前，所述方法还包括：

基于计算得到的所述交流电压，通过逆变装置将所述氢燃料电池输出的直流电转换为交流电。

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