CN112952982A - 一种不间断铝燃料电源的控制方法、系统、终端及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于电源技术领域，公开了一种不间断铝燃料电源的控制方法、系统、终端及应用，市电检测与变换模块实时检测接入的市电通断情况，若检测到市电未中断，则转向向能源管理控制模块传递市电正常信号，并通过旁路进行市电输出步骤；若检测到市电中断或供电质量不满足用电要求，则启动铝燃料电源向负载设备供电。本发明具有能量密度高、输出动态响应好、人机交互友好、安全可靠等特点，可广泛用于通信、楼宇、人防、坑道等场景作为备用应急电源，或军事场景中静默电源。满足实际应用需求。可广泛用于通信、楼宇、人防、坑道等场景作为备用应急电源，或军事场景中静默电源。

Description

一种不间断铝燃料电源的控制方法、系统、终端及应用

技术领域

本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种不间断铝燃料电源的控制方法、系统、终端及应用。

背景技术

目前，能源结构中，煤和石油等化石燃料占了大部分，同时能源利用技术水平和效率较低，大量的消耗化学燃料，造成了严重的环境问题，传统能源结构及其利用方式愈来愈难以适应人类和谐、绿色发展需求，急需清洁高效环保的新能源技术。

铝空气燃料电池技术由于能量密度大、结构简单、污染小、可靠性高、寿命长、安全性高、战场隐秘性好等优点，应用领域越来越广泛。

但是目前，铝空气电池智能化水平和工程化程度低、应用化研究少和产业化推广案例少。究其原因，主要是：1)铝空气发电技术的可控性差、延迟大，特别是在负载变化的响应速度方面，单独作为能源输出，难以满足实际用电环境的动态性能要求；2)启动时间长；3)燃料(铝、电解液)更换时间长，且更换过程必须停止发电，难以满足长时间不间断供电要求；4)发电过程的能源管理与控制智能化程度低造成能源利用率不理想。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有铝燃料电池燃料铝燃料电池燃料更换期必须停止发电、且时间较长，启动时间长导致的传统铝燃料电源不能持续长期供电、启动等待时间长、无法按需立即投入使用；同时发电过程的能源管理与控制智能化程度低造成能源利用率不理想。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种不间断铝燃料电源的控制方法、系统、终端及应用。

本发明是这样实现的，一种不间断铝燃料电源的控制方法，包括：

步骤一，市电检测与变换模块实时检测接入的市电通断情况，若检测到市电未中断，则转向步骤二；若检测到市电中断或供电质量不满足用电要求，则转向步骤三；

步骤二，若检测到市电未中断，向能源管理控制模块传递市电正常信号，并通过旁路进行市电输出；

步骤三，若检测到市电中断或供电质量不满足用电要求，则启动铝燃料电源向负载设备供电。

进一步，所述步骤一市电检测与变换模块实时检测接入的市电通断情况包括：

1)利用市电通断检测模块检测市电电路通断状态；若检测市电电路处于联通状态，则将当前电压数、当前掉电数及掉电标志位的数值初始化为零；

2)利用采样模块采集市电电路的市电数据；根据接收到的所述市电数据更新所述当前电压数；

3)根据所述当前电压数和预先设置的周期电压数，判断所述市电数据是否属于当前市电周期；若属于当前市电周期，则对比所述市电数据与预先设置的掉电电压值；

若所述市电数据大于或等于所述掉电电压值，则确定所述市电电路正常联通且可以满足供电需求，将所述当前掉电数设置为零；

若所述市电数据小于所述掉电电压值，则判断更新所述当前掉电数；根据更新后的所述当前掉电数及预先设置的掉电数最大值，确定所述市电电路供电质量是否能够满足要求。

进一步，所述步骤二通过旁路进行市电输出时，同时向储能监测控制模块和能源管理控制模块供电，储能监测控制模块根据蓄电池荷电状态执行电池充电，能源管理模块根据输出等级变换输出；

所述储能监测控制模块根据蓄电池荷电状态执行电池充电包括：

(1)对蓄电池特性进行测试，获得蓄电池基本信息；并基于获得的蓄电池基本信息，建立蓄电池的数学模型；通过HPPC试验对蓄电池性能进行测试，获得蓄电池HPPC测试数据；

(2)基于获得的蓄电池HPPC测试数据，进行参数辨识，得到蓄电池模型参数；基于得到的蓄电池模型参数，通过AUKF算法，得到蓄电池荷电状态；

(3)基于得到的蓄电池荷电状态判断执行电池充电。

进一步，所述步骤三中启动铝燃料电源向负载设备供电包括：

第一步，市电检测模块检测接入市电供电正常时，向电源系统能源管理模块传递市电正常信号，并旁路市电输出AC；同时，变换后向储能电池发电控制单元和能源管理模块供电，发电控制单元根据蓄电池SOC执行电池充电，能源管理模块根据输出等级变换输出；

第二步，当市电检测模块检测所接入市电中断或供电质量不满足用电要求时，电源系统启动供电模式。

进一步，所述第二步包括：

1)能源管理模块将切换供电输出源，以储能电池组为供给源放电；同时，能源管理模块向铝空气电池发电模块发送启动指令；

2)铝空气电池发电模块接收到启动指令后，执行启动程序，控制模块根据环境条件和设定程序，按下步骤实施：启动电解液供给、回收泵，有条件启动/调节散热风扇，启动电堆发电，待发电子系统自检确定达到稳定、额定输出能力或当前平均负载时，向能源管理模块发送启动完成指令；

3)能源管理模块接收到发电子系统完成启动反馈后，输出供电源由储能电池切换至发电子系统，同时，根据时间负载和发电子系统额定能力差额，智能分配能源，负载输出同时向储能电池补充电能直至储能电池满电；

4)阶段1)～3)期间，能源管理模块依据负载变化率，智能调节三电能源的利用配比和模式；超级电容模块用于实现ms级的功率瞬态变化，储能蓄电池输出满足负载s级～3分钟以内的功率大幅变化，铝空气电池发电模块则m级的负载变化动态跟随；

5)铝空气电池发电系统燃料消耗殆尽时，供电逻辑返回至步骤1)，重复执行步骤1)～步骤4)；

6)重复执行步骤1)～步骤5)，实现长期不间断供电；

7)当市电检测模块检测接入市电供电正常时，供电模式返回至步骤1)；同时，能源管理模块向铝空气电池发电模块发送停止发电指令，按步骤2)设定程序执行。

进一步，所述不间断铝燃料电源的控制方法进一步包括：

(i)市电检测与变换模块中的检测器在受到外界刺激变化时，检测器内部的电圈会产生相应的电信号，电信号经由电流传输电路输出，检测器将内部产生的电信号进行收集，统一输出到放大器进行放大，使用高通滤波器对电信号进行滤波，放大滤波后的电信号被送到A/D转换为数字信号传送至控制模块和电源系统能源管理模块；

(ii)电源系统能源管理模块接收到数字信号，传送至服务器，服务器使用训练过的深度卷积神经网络对数字信号进行解析，得到当前市电的状态，并将此数字信号发送至人机交互模块的显示屏上，根据市电的状态下发相应的数字信号指令，数字信号指令被传送至控制模块，由控制器根据检测电信号和检测指令电信号的结合进行分析，得到合理调节方法，形成数字信号指令发送至市电检测与变换模块；

(iii)市电检测与变换模块的变换器接收到数字指令，使用D/A转换器转换为电信号，通过电路传输至控制电路芯片，完成调整；

(iv)当电源系统能源管理模块需要控制输出接口操纵装置时，发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至输出接口操纵装置的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至控制装置的电路芯片中，完成操纵；

当电源系统能源管理模块需要对发电控制单元进行操作时，发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至输出接口充放电装置的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至充放电装置的电路芯片中，完成充放电请求；

(v)电源系统能源管理模块和发电控制单元之间通过储能电池组和BMS单元进行能源电能的传输，市电检测与变换模块同时监测铝空气电池发电模块的发电控制单元和电源系统能源管理模块并进行能源电能的传输。

本发明的另一目的在于提供一种基于铝空气电池的不间断铝燃料电源系统，包括：

市电检测与变换模块，与能源管理控制模块连接；用于检测接入的市电通断情况，并基于检测的市电通断情况进行供能切换；当接入的市电通断状况有所改变时，外界的变化刺激市电检测器内部释放出相应的电信号，电信号由电路传输线进行传输，传送至放大器进行电信号的放大，以便对电信号进行细节处理，再由高通滤波器对放大后的电信号进行过滤，过滤出噪声等影响信号的波段，处理后的电信号经由A/D转换器转换为数字信号传送至能源管理控制模块，能源管理控制模块对信号进行分析，判断出当前市电的状态，根据当前市电状态下发供能切换的数字信号指令，数字信号指令传回至市电检测与变换模块，数字信号指令经由D/A转换器转换为电信号，电信号经由电路传输至供能切换器的电路芯片中，电路芯片调动控制器完成切换指令；

铝空气电池发电模块，与能源管理控制模块连接；用于进行铝空气发电，并通过控制供给泵、回收泵来调节电解液供给和回收速度，控制电池堆组的发电输出功率；同时用于提供稳态或缓慢变化负载输出；能源管理控制模块对铝空气电池发电模块发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至铝空气电池发电模块的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至控制装置的电路芯片中，完成对供给泵、回收泵的控制以及对电池堆组的控制；

储能监测控制模块，与能源管理控制模块连接；包括电池组、BMS单元、充放电控制单元、以及监测传感器和保护模块；用于进行负载大幅、快速变化的功率补偿；同时用于提供电能；当储能监测传感器检测到变化时改变时，储能监测器内部释会放出相应的电信号，电信号由电路传输线进行传输，传送至放大器进行电信号的放大，以便对电信号进行细节处理，再由高通滤波器及小波变换对放大后的电信号进行过滤，过滤出噪声等影响信号的波段，处理后的电信号经由A/D转换器转换为数字信号传送至能源管理控制模块，能源管理控制模块对信号进行分析，得到储能器的状态，根据当前状态下发充放电切换的数字信号指令，数字信号指令传回至储能监测控制模块，数字信号指令经由D/A转换器转换为电信号，电信号经由电路传输至充放电器的电路芯片中，电路芯片调动控制器完成切换指令；

动态响应模块，与能源管理控制模块连接；用于进行电源系统瞬态负载变化功率响应；动态响应模块对电源系统负载变化功率进行监测，监测器内会根据功率变化不断产生一组组的电信号，电信号经由电线传输至放大器进行电信号的放大，以便对电信号进行细节处理，再由高通滤波器对放大后的电信号进行过滤，过滤出噪声等影响信号的波段，处理后的电信号经由A/D转换器转换为数字信号传送至能源管理控制模块；

能源管理控制模块，与市电检测与变换模块、铝空气电池发电模块、储能监测制模块、动态响应模块、人机交互模块连接；用于调节铝空气发电输出、储能电池组的充放电、电容的动态响应、人机交互、以及整机的输出；控制器对外部信号进行采集，通过分析处理后输出给输出通道；当外部需要模拟量输出时，系统经过D/A转换器转换成标准电信号进行输出，到达各个模块无线传感接收器进行处理；

人机交互模块，与能源管理控制模块连接；用于进行人机交互；工作人员在控制台下达需要执行的指令，该指令以数字信号的形式发出，经由D/A转换器转换为电信号，经由电路传输至无线传感器发送端，无线传感器发送端利用无线传感技术将电信号发送至能源管理控制模块无线传感器端，能源管理控制模块将接受到的电信号由A/D转换器转换为数字信号，传输至服务器对数字信号进行分析，完成指令传输；能源管理控制模块负责将各个模块的数据打包以数字信号形式经过因特网传输至人机交互模块，人机交互模块对数据包进行解码后连接显示模块以供查看；

整机结构以及接口附件，与能源管理控制模块连接；用于调整整机结构的输出和调用各种接口附件；能源管理控制模块对整机结构以及接口附件发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至整机结构以及接口附件的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至整机结构和接口附件的电路芯片中完成调整。

进一步，所述铝空气电池发电模块包括：

铝空气电池堆、电解液供给箱、电解液回收箱与电解液供给和回收管路、电解液供给和回收电动泵、发电控制单元；

所述铝空气电池堆由多个铝空气电池单体串并联组成的特定输出特性的电池堆串并联组成；所述铝空气电池堆通过管路与电解液供给箱、回收箱连接；

所述发电控制单元利用铝空气电池发电控制器控制电池堆组的发电输出功率。

进一步，所述铝空气电池发电模块进一步包括：电堆散热装置、电解液散热装置；

所述电堆散热装置位于所述铝空气电池发电模块的上部；所述电解液散热装置位于所述铝空气电池发电模块的下部，用于电解液在重力作用下自然回流；所述铝空气电池堆为(1)～(n)个；电解液供给和回收电动泵为(1)～(n)个。

本发明的另一目的在于提供一种用于不间断铝燃料电源控制的信息数据处理终端，所述用于不间断铝燃料电源控制的信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～5任意一项所述的不间断铝燃料电源的控制方法。

本发明的另一目的在于提供一种铝空气电池组装装置，所述铝空气电池组装装置搭载所述基于铝空气电池的不间断铝燃料电源系统，并作为电源供电能源在通信、楼宇、人防、坑道场景作为备用应急电源，或军事场景中静默电源上应用。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明的基于铝空气电池、集成其他储能和智能化能源管理的不间断铝燃料电源系统，具有能量密度高、输出动态性能好、能源利用率高、安全可靠、环保性能好、广泛的负载适应能力等特点，并且，系统模块化程度高、扩展性好、使用简单。

本发明采用发电、储能、功率响应多种模块集成，智能化能源管理控制，系统具备快速负载响应、额定功率范围内供电能力，应用场景适应能力强，满足实际应用需求。可广泛用于通信、楼宇、人防、坑道等场景作为备用应急电源，或军事场景中静默电源。

本发明解决了由于铝燃料电池燃料更换期必须停止发电、且时间较长，启动时间长导致的传统铝燃料电源不能持续长期供电、启动等待时间长、无法按需立即投入使用的问题。

本发明具有能量密度高、输出动态响应好、人机交互友好、安全可靠等特点，系统模块化、维修性、扩展性好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的不间断铝燃料电源的控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的不间断铝燃料电源的控制方法原理图。

图3是本发明实施例提供的基于铝空气电池的不间断铝燃料电源系统架构图。

图3中：1、市电检测与变换模块；2、铝空气电池发电模块；3、储能监测制模块；4、动态响应模块；5、能源管理控制模块；6、人机交互模块；7、整机结构以及接口附件。

图4是本发明实施例提供的铝空气电池发电模块原理图。

图5是本发明实施例提供的铝空气电池发电模块实物图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种不间断铝燃料电源的控制方法、系统、终端及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的不间断铝燃料电源的控制方法包括以下步骤：

S101，市电检测与变换模块实时检测接入的市电通断情况，若检测到市电未中断，则转向步骤S102；若检测到市电中断或供电质量不满足用电要求，则转向步骤S103；

S102，若检测到市电未中断，向能源管理控制模块传递市电正常信号，并旁路市电输出；

S103，若检测到市电中断或供电质量不满足用电要求，则启动铝燃料电源向负载设备供电。

步骤S101中，本发明实施例提供的市电检测与变换模块实时检测接入的市电通断情况包括：

1)利用市电通断检测模块检测市电电路通断状态；若检测市电电路处于联通状态，则将当前电压数、当前掉电数及掉电标志位的数值初始化为零；

2)利用采样模块采集市电电路的市电数据；根据接收到的所述市电数据更新所述当前电压数；

3)根据所述当前电压数和预先设置的周期电压数，判断所述市电数据是否属于当前市电周期；若属于，则对比所述市电数据与预先设置的掉电电压值；

如果所述市电数据大于或等于所述掉电电压值，则确定所述市电电路正常联通且可以满足供电需求，将所述当前掉电数设置为零；

如果所述市电数据小于所述掉电电压值，则判断更新所述当前掉电数；根据更新后的所述当前掉电数及预先设置的掉电数最大值，确定所述市电电路供电质量是否能够满足要求。

步骤S102中，本发明实施例提供的向能源管理控制模块传递市电正常信号，并旁路市电输出还包括：

向能源管理控制模块传递市电正常信号，并旁路市电输出；同时向储能监测控制模块和能源管理控制模块供电，储能监测控制模块根据蓄电池荷电状态执行电池充电，能源管理模块根据输出等级变换输出。

步骤S102中对市旁路市电输出说明中，本发明实施例提供的储能监测控制模块根据蓄电池荷电状态执行电池充电包括：

首先，对蓄电池特性进行测试，获得蓄电池基本信息；并基于获得的蓄电池基本信息，建立蓄电池的数学模型；通过HPPC试验对蓄电池性能进行测试，获得蓄电池HPPC测试数据；

其次，基于获得的蓄电池HPPC测试数据，进行参数辨识，得到蓄电池模型参数；基于得到的蓄电池模型参数，通过AUKF算法，得到蓄电池荷电状态；

最后，基于得到的蓄电池荷电状态判断执行电池充电。

步骤S103中，本发明实施例提供的若检测到市电中断或供电质量不满足用电要求，则启动铝燃料电源向负载设备供电还包括：

市电检测与变换模块于铝燃料电源供电过程中实时检测市电供电情况，若市电供电正常，则向铝空气电池发电模块发送停电指令，并旁路市电输出。

步骤S103中，本发明实施例提供的启动铝燃料电源向负载设备供电包括：

(1)能源管理控制模块接收市电正常信号并切换供电输出源，利用储能电池组为供给源放电；同时向铝空气电池发电模块发送启动指令；

(2)铝空气电池发电模块接收启动指令，进行发电启动，并向能源管理控制模块反馈启动完成指令；

(3)能源管理控制模块接收启动完成指令后，将输出供电源由储能电池切换至铝空气电池发电模块；并根据时间负载和发电子系统额定能力差额，智能分配能源，负载输出同时向储能电池补充电能直至储能电池满电；

(4)判断铝空气电池发电系统燃料是否消耗完，若已消耗殆尽，则返回步骤(1)。

步骤(2)中，本发明实施例提供的进行发电启动，并向能源管理控制模块反馈启动完成指令包括：

启动电解液供给、回收泵，选择性启动/调节散热风扇，启动电堆发电，待发电子系统自检确定达到稳定、额定输出能力或当前平均负载时，向能源管理模块发送启动完成指令。

本发明实施例中的能源管理控制模块用来调节铝燃料电源的铝空气电池发电模块的发电输出、储能电池组的充放电、超级电容模块的动态响应、人机交互、以及整机的输出；所述超级电容模块用于电源系统瞬态负载变化功率响应；储能电池组用于负载大幅、快速变化的功率补偿，以及电堆暂停发电或稳态输出能力前作为电源系统输出的主要电能来源，铝空气电池发电模块则作为电源系统稳态或缓慢变化负载输出源。

本发明实施例中的铝空气电池发电模块包括铝空气电池堆、电解液供给和回收箱体与管路、电解液供给和回收电动泵、铝空气电池发电控制器和电力电子变换模块；

多个铝空气电池单体串并联组成特定输出特性的电池堆、多个电池堆串并联组成铝空气电池堆组，电池堆通过管路与电解液供给箱、回收箱连接；铝空气电池发电控制模块通过控制供给泵、回收泵转速调节电解液供给和回收速度，实现电池堆的发电输出功率控制。

本发明实施例提供的启动铝燃料电源向负载设备供电还包括：能源管理模块依据负载变化率，智能调节超级电容组、储能电池组、铝空气电池堆三个发电能源的利用配比和模式。

下面结合基于铝空气电池的不间断铝燃料电源系统对本发明的技术方案作进一步描述。

如图2所示，本发明提出了一种基于铝空气电池的不间断铝燃料电源系统，包括市电检测与变换模块、铝空气电池发电模块、储能电池组及监测控制子系统、超级电容为主的功率动态响应模块、电源系统能源管理控制模块、人机交互模块、整机结构及接口、操作附件。

铝空气电池发电模块包括，铝空气电池堆(组)、电解液供给和回收箱体与管路、电解液供给和回收电动泵、铝空气电池发电控制器、电力电子变换模块。多个铝空气电池单体串并联组成特定输出特性的电池堆、多个电池堆串并联组成本发明电源的铝空气电池堆组，电池堆(组)通过管路与电解液供给箱、回收箱连接(电解液循环利用时供给箱与回收箱可合二为一)；铝空气电池发电控制模块通过控制供给泵、回收泵转速调节电解液供给和回收速度，从而实现电池堆(组)的发电输出功率控制。

储能电池组及监测控制子系统包括，电池组、BMS模块、发电控制单元、以及监测传感器和保护模块。

超级电容为主的功率动态响应模块包括，按整机动态响应时间特性、功率特性设计的由多个(或一个)超级电容串并联构成的超级电容组，和辅助电路。

市电检测与变换模块用来检测接入电源系统的市电通断情况，自动模式下若市电中断，则启动铝燃料电源向负载设备供电，否则，直接利用市电、变换或旁路对外输出、对电源设备的储能单元充电。

电源系统能源管理控制模块是系统的中心单元，与结构之外的所有子系统/模块连接。用来调节铝空气电池发电模块的发电输出、储能电池组子系统的充放电、超级电容模块的动态响应、人机交互、以及整机的输出。

能源管理控制模块是系统的中心单元、输出变换单元，通过其上运行的控制软件，依据自身检测、传感数据和人为操纵，指令来控制其余各带电子系统的工作状态，实现整机的不间断供电输出(在设计的工作条件和要求下)。

本发明各电模块/子系统的连接关系，如图2所示，图中，细线表示信号、数据交互(通信)连接，粗线表示能源供给连接，箭头表示信号、数据、能源传输的方向。

市电检测与变换模块中的检测器在受到外界刺激变化时，检测器内部的电圈会产生相应的电信号，电信号经由电流传输电路输出，检测器内部会将产生的电信号进行收集，统一输出到放大器进行放大，使用高通滤波器对电信号进行滤波，放大滤波后的电信号被送到A/D转换为数字信号传送至控制模块和电源系统能源管理模块，电源系统能源管理模块接收到数字信号，将其传送至服务器，服务器使用训练过的深度卷积神经网络对数字信号进行解析，得到当前市电的状态，并将此数字信号发送至人机交互模块的显示屏上，工作人员根据市电的状态下发相应的数字信号指令，数字信号指令被传送至控制模块，由控制器根据检测电信号和检测指令电信号的结合进行分析，得到合理调节方法，形成数字信号指令发送至市电检测与变换模块，变换器接收到数字指令，使用D/A转换器将其转换为电信号，通过电路传输至控制电路芯片，完成调整。当电源系统能源管理模块需要控制输出接口操纵装置时，会发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至输出接口操纵装置的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至控制装置的电路芯片中，完成操纵。当电源系统能源管理模块需要对发电控制单元进行操作时，发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至输出接口充放电装置的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至充放电装置的电路芯片中，完成充放电请求。电源系统能源管理模块和发电控制单元之间通过储能电池组和BMS单元进行能源电能的传输，市电检测与变换模块同时监测发电控制单元和电源系统能源管理模块并进行能源电能的传输。控制模块通过铝空气电池堆与电源系统能源管理模块进行能源电量的传输，动态响应模块与电源系统能源管理模块之间通过超级电容组进行能源电能的传输。电源系统能源管理模块对输出接口操纵装置进行能量电能的供给维持活动。

铝燃料电源系统的具体工作原理和逻辑如下：

1)市电检测模块检测接入市电供电正常时，向电源系统能源管理模块传递市电正常信号，并旁路市电输出(AC)；同时，变换后向储能电池发电控制单元和能源管理模块供电，发电控制单元根据蓄电池SOC(荷电状态)执行电池充电，能源管理模块根据输出等级变换输出。

2)当市电检测模块检测所接入市电中断或供电质量不满足用电要求时，电源系统启动供电模式，具体如下：

(1)能源管理模块将切换供电输出源，以储能电池组为供给源放电；同时，能源管理模块向铝空气电池发电模块发送启动指令；

(2)铝空气电池发电模块接收到启动指令后，执行启动程序，控制模块根据环境条件和设定程序，按步骤实施。优选的，包括：启动电解液供给、回收泵，有条件启动/调节散热风扇，启动电堆发电，待发电子系统自检确定达到稳定、额定输出能力或当前平均负载时，向能源管理模块发送启动完成指令。

(3)能源管理模块接收到发电子系统完成启动反馈后，输出供电源由储能电池切换至发电子系统，同时，根据时间负载和发电子系统额定能力差额，智能分配能源，负载输出同时向储能电池补充电能直至储能电池满电。

(4)阶段(1)～(3)期间，能源管理模块依据负载变化率，智能调节三电能源的利用配比和模式。典型的，超级电容模块用来实现ms级的功率瞬态变化，储能蓄电池输出满足负载s级～3分钟以内的功率大幅变化，铝空气电池发电模块则m级的负载变化动态跟随。

(5)铝空气电池发电系统燃料消耗殆尽时，供电逻辑返回至(1)，重复执行(1)～(4)。

(6)重复执行(1)～(5)，实现长期不间断供电。

(7)当市电检测模块检测接入市电供电正常时，供电模式返回至1)。同时，能源管理模块向铝空气电池发电模块发送停止发电指令，由其按预定程序执行。

超级电容组件主要实现电源系统瞬态负载变化功率响应、储能电池组主要实现负载大幅、快速变化的功率补偿，以及电堆暂停发电或稳态输出能力前作为电源系统输出的主要电能来源，铝空气电池堆发电系统则作为电源系统稳态或缓慢变化负载输出源，能源管理控制模块为所述三部分的调节控制中心。

下面结合具体实施例对本发明的方案作进一步描述。

实施例

如图3所示，本发明实施例中的不间断铝燃料电源的控制方法应用于基于铝空气电池的不间断铝燃料电源，所述基于铝空气电池的不间断铝燃料电源包括：

市电检测与变换模块1、铝空气电池发电模块2、储能监测制模块3、动态响应模块4、能源管理控制模块、人机交互模块6、整机结构以及接口附件7；

市电检测与变换模块1，与能源管理控制模块5连接；用于检测接入的市电通断情况，并基于检测的市电通断情况进行供能切换；当接入的市电通断状况有所改变时，外界的变化会刺激市电检测器内部释放出相应的电信号，电信号由电路传输线进行传输，传送至放大器进行电信号的放大，以便对电信号进行细节处理，再由高通滤波器对放大后的电信号进行过滤，过滤出噪声等影响信号的波段，处理后的电信号经由A/D转换器转换为数字信号传送至能源管理控制模块5，能源管理控制模块5对信号进行分析，判断出当前市电的状态，根据当前市电状态下发供能切换的数字信号指令，数字信号指令传回至市电检测与变换模块1，数字信号指令经由D/A转换器转换为电信号，电信号经由电路传输至供能切换器的电路芯片中，电路芯片调动控制器完成切换指令。

铝空气电池发电模块2，与能源管理控制模块5连接；用于进行铝空气发电，并通过控制供给泵、回收泵来调节电解液供给和回收速度，控制电池堆组的发电输出功率；同时用于提供稳态或缓慢变化负载输出；能源管理控制模块5对铝空气电池发电模块2发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至铝空气电池发电模块2的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至控制装置的电路芯片中，完成对供给泵、回收泵的控制以及对电池堆组的控制。

储能监测控制模块3，与能源管理控制模块5连接；包括电池组、BMS单元、充放电控制单元、以及监测传感器和保护模块；用于进行负载大幅、快速变化的功率补偿；同时用于提供电能；当储能监测传感器检测到变化时改变时，储能监测器内部释会放出相应的电信号，电信号由电路传输线进行传输，传送至放大器进行电信号的放大，以便对电信号进行细节处理，再由高通滤波器及小波变换对放大后的电信号进行过滤，过滤出噪声等影响信号的波段，处理后的电信号经由A/D转换器转换为数字信号传送至能源管理控制模块5，能源管理控制模块5对信号进行分析，得到储能器的状态，根据当前状态下发充放电切换的数字信号指令，数字信号指令传回至储能监测控制模块3，数字信号指令经由D/A转换器转换为电信号，电信号经由电路传输至充放电器的电路芯片中，电路芯片调动控制器完成切换指令。

动态响应模块4，与能源管理控制模块5连接；用于进行电源系统瞬态负载变化功率响应；动态响应模块对电源系统负载变化功率进行监测，监测器内会根据功率变化不断产生一组组的电信号，电信号经由电线传输至放大器进行电信号的放大，以便对电信号进行细节处理，再由高通滤波器对放大后的电信号进行过滤，过滤出噪声等影响信号的波段，处理后的电信号经由A/D转换器转换为数字信号传送至能源管理控制模块5。

能源管理控制模块5，与市电检测与变换模块1、铝空气电池发电模块2、储能监测制模块3、动态响应模块4、人机交互模块6连接；用于调节铝空气发电输出、储能电池组的充放电、电容的动态响应、人机交互、以及整机的输出；控制器对外部信号(各模块传输的数据以及请求)进行采集，通过分析处理后输出给输出通道。当外部需要模拟量输出时，系统经过D/A转换器转换成标准电信号进行输出，到达各个模块无线传感接收器进行处理。

人机交互模块6，与能源管理控制模块5连接；用于进行人机交互；工作人员在控制台下达需要执行的指令，该指令以数字信号的形式发出，经由D/A转换器转换为电信号，经由电路传输至无线传感器发送端，无线传感器发送端利用无线传感技术将电信号发送至能源管理控制模块5无线传感器端，能源管理控制模块5将接受到的电信号由A/D转换器转换为数字信号，传输至服务器对数字信号进行分析，完成指令传输。能源管理控制模块5负责将各个模块的数据打包以数字信号形式经过因特网传输至人机交互模块6，人机交互模块6对数据包进行解码后连接显示模块以供工作人员查看。

整机结构以及接口附件7,与能源管理控制模块5连接；用于调整整机结构的输出和调用各种接口附件。能源管理控制模块5对整机结构以及接口附件7发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至整机结构以及接口附件7的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至整机结构和接口附件的电路芯片中完成调整。

如图4所示，所述铝空气电池发电模块2包括：

铝空气电池堆2-1、电解液供给箱2-2、电解液回收箱2-3与电解液供给和回收管路(图中粗线标识)2-4、电解液供给和回收电动泵2-5、发电控制单元2-6；

铝空气电池堆2-1，由多个铝空气电池单体串并联组成的特定输出特性的电池堆串并联组成；所述铝空气电池堆通过管路与电解液供给箱、回收箱连接；

发电控制单元，用于利用铝空气电池发电控制器控制电池堆组的发电输出功率。

本发明实施例提供的动态响应模块由超级电容组和辅助电路组成；

所述超级电容组由一个或多个按整机动态响应时间特性、功率特性设计的超级电容串并联构成。

所述铝空气电池发电模块2进一步包括：电堆散热装置2-7、电解液散热装置2-8；

所述电解液供给箱、回收箱可合二为一、电解液循环使用；

所述铝空气电池堆为(1)～(n)个；

电解液供给和回收电动泵2-5为供给泵，包括(1)～(n)个。

优选地，铝空气电池堆串并联连接(依据输出电压、电流要求设计)。优选地，供给泵数量与铝空气电池数量相同、对应供给，也可以了使用单个供给泵，泵后通过分流器箱所有铝空气电池堆供给电解液。本实施例电池堆4个、2串2并，供给泵4个，分别向4个电池堆供液。

如图5所示，所述铝空气电池发电模块2采用上下布局(空间高度位置)，铝空气电池堆及其电堆散热装置2-7在上，电解液供给箱2-2、电解液回收箱2-3及其电解液散热装置2-8在下。该方式的优点是电解液可在重力作用下自然回流，无需增加泵抽回流。控制模块优选安装在较高、有利于散热的位置。

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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不间断铝燃料电源的控制方法，其特征在于，所述不间断铝燃料电源的控制方法包括：

步骤一，市电检测与变换模块实时检测接入的市电通断情况，若检测到市电未中断，则转向步骤二；若检测到市电中断或供电质量不满足用电要求，则转向步骤三；

步骤二，若检测到市电未中断，向能源管理控制模块传递市电正常信号，并通过旁路进行市电输出；

步骤三，若检测到市电中断或供电质量不满足用电要求，则启动铝燃料电源向负载设备供电。

2.如权利要求1所述的不间断铝燃料电源的控制方法，其特征在于，所述步骤一市电检测与变换模块实时检测接入的市电通断情况包括：

1)利用市电通断检测模块检测市电电路通断状态；若检测市电电路处于联通状态，则将当前电压数、当前掉电数及掉电标志位的数值初始化为零；

2)利用采样模块采集市电电路的市电数据；根据接收到的所述市电数据更新所述当前电压数；

3)根据所述当前电压数和预先设置的周期电压数，判断所述市电数据是否属于当前市电周期；若属于当前市电周期，则对比所述市电数据与预先设置的掉电电压值；

若所述市电数据大于或等于所述掉电电压值，则确定所述市电电路正常联通且可以满足供电需求，将所述当前掉电数设置为零；

若所述市电数据小于所述掉电电压值，则判断更新所述当前掉电数；根据更新后的所述当前掉电数及预先设置的掉电数最大值，确定所述市电电路供电质量是否能够满足要求。

3.如权利要求1所述的不间断铝燃料电源的控制方法，其特征在于，所述步骤二通过旁路进行市电输出时，同时向储能监测控制模块和能源管理控制模块供电，储能监测控制模块根据蓄电池荷电状态执行电池充电，能源管理模块根据输出等级变换输出；

所述储能监测控制模块根据蓄电池荷电状态执行电池充电包括：

(1)对蓄电池特性进行测试，获得蓄电池基本信息；并基于获得的蓄电池基本信息，建立蓄电池的数学模型；通过HPPC试验对蓄电池性能进行测试，获得蓄电池HPPC测试数据；

(2)基于获得的蓄电池HPPC测试数据，进行参数辨识，得到蓄电池模型参数；基于得到的蓄电池模型参数，通过AUKF算法，得到蓄电池荷电状态；

(3)基于得到的蓄电池荷电状态判断执行电池充电；

所述步骤三中启动铝燃料电源向负载设备供电包括：

第一步，市电检测模块检测接入市电供电正常时，向电源系统能源管理模块传递市电正常信号，并旁路市电输出AC；同时，变换后向储能电池发电控制单元和能源管理模块供电，发电控制单元根据蓄电池SOC执行电池充电，能源管理模块根据输出等级变换输出；

第二步，当市电检测模块检测所接入市电中断或供电质量不满足用电要求时，电源系统启动供电模式。

4.如权利要求3所述的不间断铝燃料电源的控制方法，其特征在于，所述第二步包括：

1)能源管理模块将切换供电输出源，以储能电池组为供给源放电；同时，能源管理模块向铝空气电池发电模块发送启动指令；

2)铝空气电池发电模块接收到启动指令后，执行启动程序，控制模块根据环境条件和设定程序，按下步骤实施：启动电解液供给、回收泵，有条件启动/调节散热风扇，启动电堆发电，待发电子系统自检确定达到稳定、额定输出能力或当前平均负载时，向能源管理模块发送启动完成指令；

3)能源管理模块接收到发电子系统完成启动反馈后，输出供电源由储能电池切换至发电子系统，同时，根据时间负载和发电子系统额定能力差额，智能分配能源，负载输出同时向储能电池补充电能直至储能电池满电；

4)阶段1)～3)期间，能源管理模块依据负载变化率，智能调节三电能源的利用配比和模式；超级电容模块用于实现ms级的功率瞬态变化，储能蓄电池输出满足负载s级～3分钟以内的功率大幅变化，铝空气电池发电模块则m级的负载变化动态跟随；

5)铝空气电池发电系统燃料消耗殆尽时，供电逻辑返回至步骤1)，重复执行步骤1)～步骤4)；

6)重复执行步骤1)～步骤5)，实现长期不间断供电；

7)当市电检测模块检测接入市电供电正常时，供电模式返回至步骤1)；同时，能源管理模块向铝空气电池发电模块发送停止发电指令，按步骤2)设定程序执行。

5.如权利要求1所述的不间断铝燃料电源的控制方法，其特征在于，所述不间断铝燃料电源的控制方法进一步包括：

(i)市电检测与变换模块中的检测器在受到外界刺激变化时，检测器内部的电圈会产生相应的电信号，电信号经由电流传输电路输出，检测器将内部产生的电信号进行收集，统一输出到放大器进行放大，使用高通滤波器对电信号进行滤波，放大滤波后的电信号被送到A/D转换为数字信号传送至控制模块和电源系统能源管理模块；

(ii)电源系统能源管理模块接收到数字信号，传送至服务器，服务器使用训练过的深度卷积神经网络对数字信号进行解析，得到当前市电的状态，并将此数字信号发送至人机交互模块的显示屏上，根据市电的状态下发相应的数字信号指令，数字信号指令被传送至控制模块，由控制器根据检测电信号和检测指令电信号的结合进行分析，得到合理调节方法，形成数字信号指令发送至市电检测与变换模块；

(iii)市电检测与变换模块的变换器接收到数字指令，使用D/A转换器转换为电信号，通过电路传输至控制电路芯片，完成调整；

(iv)当电源系统能源管理模块需要控制输出接口操纵装置时，发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至输出接口操纵装置的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至控制装置的电路芯片中，完成操纵；

当电源系统能源管理模块需要对发电控制单元进行操作时，发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至输出接口充放电装置的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至充放电装置的电路芯片中，完成充放电请求；

(v)电源系统能源管理模块和发电控制单元之间通过储能电池组和BMS单元进行能源电能的传输，市电检测与变换模块同时监测铝空气电池发电模块的发电控制单元和电源系统能源管理模块并进行能源电能的传输。

6.一种基于铝空气电池的不间断铝燃料电源系统，其特征在于，所述基于铝空气电池的不间断铝燃料电源系统包括：

市电检测与变换模块，与能源管理控制模块连接；用于检测接入的市电通断情况，并基于检测的市电通断情况进行供能切换；当接入的市电通断状况有所改变时，外界的变化刺激市电检测器内部释放出相应的电信号，电信号由电路传输线进行传输，传送至放大器进行电信号的放大，以便对电信号进行细节处理，再由高通滤波器对放大后的电信号进行过滤，过滤出噪声等影响信号的波段，处理后的电信号经由A/D转换器转换为数字信号传送至能源管理控制模块，能源管理控制模块对信号进行分析，判断出当前市电的状态，根据当前市电状态下发供能切换的数字信号指令，数字信号指令传回至市电检测与变换模块，数字信号指令经由D/A转换器转换为电信号，电信号经由电路传输至供能切换器的电路芯片中，电路芯片调动控制器完成切换指令；

铝空气电池发电模块，与能源管理控制模块连接；用于进行铝空气发电，并通过控制供给泵、回收泵来调节电解液供给和回收速度，控制电池堆组的发电输出功率；同时用于提供稳态或缓慢变化负载输出；能源管理控制模块对铝空气电池发电模块发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至铝空气电池发电模块的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至控制装置的电路芯片中，完成对供给泵、回收泵的控制以及对电池堆组的控制；

储能监测控制模块，与能源管理控制模块连接；包括电池组、BMS单元、充放电控制单元、以及监测传感器和保护模块；用于进行负载大幅、快速变化的功率补偿；同时用于提供电能；当储能监测传感器检测到变化时改变时，储能监测器内部释会放出相应的电信号，电信号由电路传输线进行传输，传送至放大器进行电信号的放大，以便对电信号进行细节处理，再由高通滤波器及小波变换对放大后的电信号进行过滤，过滤出噪声等影响信号的波段，处理后的电信号经由A/D转换器转换为数字信号传送至能源管理控制模块，能源管理控制模块对信号进行分析，得到储能器的状态，根据当前状态下发充放电切换的数字信号指令，数字信号指令传回至储能监测控制模块，数字信号指令经由D/A转换器转换为电信号，电信号经由电路传输至充放电器的电路芯片中，电路芯片调动控制器完成切换指令；

动态响应模块，与能源管理控制模块连接；用于进行电源系统瞬态负载变化功率响应；动态响应模块对电源系统负载变化功率进行监测，监测器内会根据功率变化不断产生一组组的电信号，电信号经由电线传输至放大器进行电信号的放大，以便对电信号进行细节处理，再由高通滤波器对放大后的电信号进行过滤，过滤出噪声等影响信号的波段，处理后的电信号经由A/D转换器转换为数字信号传送至能源管理控制模块；

能源管理控制模块，与市电检测与变换模块、铝空气电池发电模块、储能监测制模块、动态响应模块、人机交互模块连接；用于调节铝空气发电输出、储能电池组的充放电、电容的动态响应、人机交互、以及整机的输出；控制器对外部信号进行采集，通过分析处理后输出给输出通道；当外部需要模拟量输出时，系统经过D/A转换器转换成标准电信号进行输出，到达各个模块无线传感接收器进行处理；

人机交互模块，与能源管理控制模块连接；用于进行人机交互；工作人员在控制台下达需要执行的指令，该指令以数字信号的形式发出，经由D/A转换器转换为电信号，经由电路传输至无线传感器发送端，无线传感器发送端利用无线传感技术将电信号发送至能源管理控制模块无线传感器端，能源管理控制模块将接受到的电信号由A/D转换器转换为数字信号，传输至服务器对数字信号进行分析，完成指令传输；能源管理控制模块负责将各个模块的数据打包以数字信号形式经过因特网传输至人机交互模块，人机交互模块对数据包进行解码后连接显示模块以供查看；

整机结构以及接口附件，与能源管理控制模块连接；用于调整整机结构的输出和调用各种接口附件；能源管理控制模块对整机结构以及接口附件发出相应的数字信号请求，数字信号请求由D/A转换器转换为电信号，由无线传感器发送至整机结构以及接口附件的无线传感器中，无线传感器将电信号请求发送至整机结构和接口附件的电路芯片中完成调整。

7.如权利要求6所述的基于铝空气电池的不间断铝燃料电源系统，其特征在于，所述铝空气电池发电模块包括：

铝空气电池堆、电解液供给箱、电解液回收箱与电解液供给和回收管路、电解液供给和回收电动泵、发电控制单元；

所述铝空气电池堆由多个铝空气电池单体串并联组成的特定输出特性的电池堆串并联组成；所述铝空气电池堆通过管路与电解液供给箱、回收箱连接；

所述发电控制单元利用铝空气电池发电控制器控制电池堆组的发电输出功率。

8.如权利要求6所述的基于铝空气电池的不间断铝燃料电源系统，其特征在于，所述铝空气电池发电模块进一步包括：电堆散热装置、电解液散热装置；

所述电堆散热装置位于所述铝空气电池发电模块的上部；所述电解液散热装置位于所述铝空气电池发电模块的下部，用于电解液在重力作用下自然回流；所述铝空气电池堆为(1)～(n)个；电解液供给和回收电动泵为(1)～(n)个。

9.一种用于不间断铝燃料电源控制的信息数据处理终端，其特征在于，所述用于不间断铝燃料电源控制的信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～5任意一项所述的不间断铝燃料电源的控制方法。

10.一种铝空气电池组装装置，其特征在于，所述铝空气电池组装装置搭载权利要求6～8任意一项所述基于铝空气电池的不间断铝燃料电源系统，并作为电源供电能源在通信、楼宇、人防、坑道场景作为备用应急电源，或军事场景中静默电源上应用。

Images