CN117134476A - 风冷燃料电池备用电源系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种风冷燃料电池备用电源系统及其控制方法，DC/DC变换器的输入侧连接燃料电池，DC/DC变换器的输出侧连接双向AC/DC转换器的直流侧形成高压直流母线，并将燃料电池输出的直流电压转换为稳定直流电压，双向AC/DC转换器的交流侧通过常闭急停继电器KM1和断路器连接到交流220Vac电网或用电端；锂电池通过常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3与高压直流母线连接，常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3，用于根据风冷燃料电池备用电源系统的启用时间是否超过预设启用时间时来控制锂电池与高压直流母线之间连接或者断开。本发明实施例系统结构简单，可以通过锂电池和双向AC/DC转换器实现风冷燃料电池备用电源系统的并离网启动、发电馈网。
Description
技术领域
本发明实施例涉及发电机技术领域，特别是涉及一种风冷燃料电池备用电源系统，以及一种风冷燃料电池备用电源系统的控制方法。
背景技术
柴油发电机、铅酸蓄电池和燃料电池等作为电源，可以提供电能供应给各种设备或系统。具体地，柴油发电机通过燃烧柴油燃料产生动力并转化为电能，铅酸蓄电池可以将电能储存起来，并在需要时释放出来以供应电能，燃料电池利用化学反应将燃料直接转化为电能，可以利用氢气、甲醇等不同燃料来产生电能，无污染且高效率。
柴油发电机和铅酸蓄电池等作为常规备用电源存在噪音大、污染环境、能量利用率低等缺点。燃料电池作为一种高效的电化学能量转换装置，可以直接将燃料的化学能转化为电能，不受卡诺循环限制，具有清洁、无污染、噪声低、能量密度高。随着能源危机和人们环保意识的提高，使用燃料电池作为备用电源，逐渐受到业界广泛关注，其中，以风冷燃料电池作为通讯基站备用电源最为应用广泛。然而，目前针对风冷燃料电池的系统结构复杂，系统实现困难。
发明内容
本发明实施例提供了一种风冷燃料电池备用电源系统，以解决现有技术中风冷燃料电池备用电源系统的结构复杂，系统实现困难的问题。
相应的，本发明实施例还提供了一种风冷燃料电池备用电源系统的控制方法，用以保证上述风冷燃料电池备用电源系统的实现及应用。
为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种风冷燃料电池备用电源系统，包括燃料电池(1)、DC/DC变换器(2)、双向AC/DC转换器(3)、常闭急停继电器KM1(4)、断路器(5)、交流220Vac电网或用电端(6)、常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)和锂电池(8)，其中：
所述DC/DC变换器(2)的输入侧连接所述燃料电池(1)，所述DC/DC变换器(2)的输出侧连接所述双向AC/DC转换器(3)的直流侧形成高压直流母线，并将所述燃料电池(1)输出的直流电压转换为稳定直流电压，所述双向AC/DC转换器(3)的交流侧通过所述常闭急停继电器KM1(4)和所述断路器(5)连接到所述交流220Vac电网或用电端(6)；
所述锂电池(8)通过所述常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)与所述高压直流母线连接，所述常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)，用于根据所述风冷燃料电池备用电源系统的启用时间是否超过预设启用时间时来控制所述锂电池(8)与高压直流母线之间连接或者断开。
可选地，还包括开关电源(9)、燃料电池控制器FCU(10)、继电器KM4(11)、风机(12)、电压巡检仪(13)、温度巡检仪(14)、氢气浓度传感器(15)，其中：
所述双向AC/DC转换器(3)的交流侧通过所述常闭急停继电器KM1(4)连接所述开关电源(9)，所述开关电源(9)连接以为所述燃料电池控制器FCU(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)以及所述氢气浓度传感器(15)提供电源，其中，所述开关电源(9)通过所述继电器KM4(11)连接所述风机(12)，所述KM4(11)用于控制所述风机(12)的启用或者停止。
可选地，所述风冷燃料电池备用电源系统包括若干工作模式，所述工作模式至少包括充放电模式、并网启动模式和离网启动模式：
在处于所述充放电模式时，所述锂电池(8)依次通过所述交流220Vac电网或用电端(6)、所述断路器(5)、所述常闭急停继电器KM1(4)、所述双向AC/DC转换器(3)、所述常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)进行充放电；
在处于所述并网启动模式时，所述风冷燃料电池备用电源系统输出端并网，所述燃料电池(1)启动时，所述燃料电池控制器FCU(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)和所述氢气浓度传感器(15)的电能均通过所述交流220Vac电网或用电端(6)和所述开关电源(9)提供；
在处于所述离网启动模式时，所述风冷燃料电池备用电源系统输出端离网，所述燃料电池(1)启动时，所述燃料电池控制器FCU(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)和所述氢气浓度传感器(15)的电能均通过所述锂电池(8)、所述双向AC/DC转换器(3)和所述开关电源(9)提供。
可选地，在处于所述并网启动模式和所述离网启动模式时，在所述燃料电池(1)启动完成后，所述燃料电池控制器FCU(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)和所述氢气浓度传感器(15)的电能由所述燃料电池(1)提供并将多余电能供给所述交流220Vac电网或用电端(6)。
可选地，所述风冷燃料电池备用电源系统的通过燃气供应系统为提供燃气，其中，所述燃气供应系统包括第一过滤器(16)、第一单向阀(17)、电子三通阀(18)、第二过滤器(19)、第二单向阀(20)、压力传感器(21)、减压阀(22)、安全阀(23)、第一手阀(24)、阻火器(25)和第二手阀(26)，其中：
氢气气瓶通过通过所述第一过滤器(16)和所述第一单向阀(17)与所述电子三通阀(18)的进气侧的一端连接，氮气气瓶通过所述第二过滤器(19)和所述第二单向阀(20)与所述电子三通阀(18)的进气侧的另一端连接，所述电子三通阀(18)的出气侧通过所述压力传感器(21)连接所述减压阀(22)的一端，所述减压阀(22)的另一端连所述第二手阀(26)，所述减压阀(22)的另一端与所述手阀(26)之间设有安全泄压出口，所述安全泄压出口包括所述安全阀(23)、所述手阀(24)和所述阻火器(25)。
可选地，所述所述电子三通阀(18)包括若干工作状态，所述工作状态至少包括第一工作状态、第二工作状态和第三工作状态：
在所述电子三通阀(18)处于第一工作状态下，所述电子三通阀(18)的阀芯全关闭，使氢气的进气侧和氮气的进气侧均截止；
在所述电子三通阀(18)处于第二工作状态下，所述电子三通阀(18)开启氢气的进气侧，并截止氮气的进气侧，以使氢气通过所述电子三通阀(18)进入所述风冷燃料电池备用电源系统；
在所述电子三通阀(18)处于第三工作状态下，所述电子三通阀(18)开启氮气的进气侧，并截止氢气的进气侧，以使氮气通过所述电子三通阀(18)进入所述风冷燃料电池备用电源系统。
本发明实施例还公开了一种风冷燃料电池备用电源系统的控制方法，应用于上述的风冷燃料电池备用电源系统，所述方法包括：
获取所述风冷燃料电池备用电源系统的状态标志的数值；
根据所述状态标志的数值确定所述风冷燃料电池备用电源系统的系统控制状态；
按照所述系统控制状态控制所述风冷燃料电池备用电源系统进行工作。
可选地，所述系统控制状态至少包括系统初始化状态、供电就绪状态、启动状态、运行状态、关机状态和急停状态，所述按照所述系统控制状态控制所述风冷燃料电池备用电源系统进行工作，包括：
进入所述启动状态时，对所述风冷燃料电池备用电源系统的部件进行检测，并在检测到所述部件存在异常时进入所述急停状态；若未检查到所述部件存在异常，则进行系统气密性检测，若系统气密性检测失败，则进行所述急停状态，若系统气密性检测成功，则开启风机(12)执行氢气吹扫；
进入所述运行状态时，执行氢气压力检测，若氢气压力检测失败，则进入所述急停状态，若氢气压力检测成功，则执行氢气泄漏检测，若氢气泄漏检测失败，则进入急停状态，若氢气泄漏检测成功，则执行燃料电池单片电压巡检；若燃料电池单片电压巡检失败，则进入所述急停状态，若燃料电池单片电压巡检成功，则执行燃料电池温度巡检，若燃料电池温度巡检失败，则进入急停状态，若燃料电池温度巡检成功，则进入系统运行功率设定；
在进入所述关机状态时，将所述DC/DC变换器(2)输入端设定电流值降为DC/DC变换器(2)输入端实际电流值的指定百分值，并在所述DC/DC变换器(2)输入端电流小于指定电流时关闭所述DC/DC变换器(2)，关闭所述双向AC/DC转换器(3)，关闭电子三通阀(18)并开启风机(12)，在关闭电子三通阀(18)达到指定指定延时时间后，打开电子三通阀(18)对氮气的进气侧进行吹扫，并在吹扫完成后关闭风机(12)；
进入所述急停状态时，关闭DC/DC变换器(2)，关闭所述双向AC/DC转换器(3)，所述风机(12)开启，并打开电子三通阀(18)对氮气的进气侧按照指定吹扫时间进行吹扫。
本发明实施例包括以下优点：
在本发明实施例中，风冷燃料电池备用电源系统可以包括燃料电池(1)、DC/DC变换器(2)、双向AC/DC转换器(3)、常闭急停继电器KM1(4)、断路器(5)、交流220Vac电网或用电端(6)、常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)和锂电池(8)，其中，DC/DC变换器(2)的输入侧连接燃料电池(1)，DC/DC变换器(2)的输出侧连接双向AC/DC转换器(3)的直流侧形成高压直流母线，并将燃料电池(1)输出的直流电压转换为稳定直流电压，双向AC/DC转换器(3)的交流侧通过常闭急停继电器KM1(4)和断路器(5)连接到交流220Vac电网或用电端(6)，锂电池(8)通过常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)与高压直流母线连接，常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)，用于根据风冷燃料电池备用电源系统的启用时间是否超过预设启用时间时来控制所述锂电池(8)与高压直流母线之间连接或者断开。本发明实施例的风冷燃料电池备用电源系统结构简单，可以通过锂电池(8)和双向AC/DC转换器(3)实现风冷燃料电池备用电源系统的并离网启动、发电馈网。
并且，本发明实施例的风冷燃料电池备用电源系统是采用燃料电池(1)作为能源，整个燃料电池(1)的反应过程清洁无污染，实现稳定可靠的供电。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统供气示意图；
图3是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统步骤的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统的系统控制状态流转示意图；
图5是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统启动状态控制流程图；
图6是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统运行状态控制流程图；
图7是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统关机状态控制流程图；
图8是提供的一种风冷燃料电池备用电源系统急停状态控制流程图.
附图标记说明：燃料电池(1)；DC/DC变换器(2)；双向AC/DC转换器(3)；常闭急停继电器KM1(4)；断路器(5)；交流220Vac电网或用电端(6)；常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)；锂电池(8)；开关电源(9)；燃料电池控制器FCU(10)；继电器KM4(11)；风机(12)；电压巡检仪(13)；温度巡检仪(14)；氢气浓度传感器(15)；第一过滤器(16)；第一单向阀(17)；电子三通阀(18)；第二过滤器(19)；第二单向阀(20)；压力传感器(21)；减压阀(22)；安全阀(23)；第一手阀(24)；阻火器(25)和第二手阀(26)。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，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。
参照图1，示出了本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统结构示意图，风冷燃料电池备用电源系统可以包括燃料电池(1)、DC/DC变换器(2)、双向AC/DC转换器(3)、常闭急停继电器KM1(4)、断路器(5)、交流220Vac电网或用电端(6)、常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)和锂电池(8)，其中，双向AC/DC转换器(3)包括直流侧和交流侧，燃料电池(1)由可以多个燃料电池单元组成，具体地：
DC/DC变换器(2)的输入侧连接燃料电池(1)输出，DC/DC变换器(2)的输出侧连接双向AC/DC转换器(3)的直流侧形成高压直流母线。燃料电池(1)产生的直流电压稳压特性差，且电压不可调，因此，本发明实施例的风冷燃料电池备用电源系统设置了DC/DC变换器(2)，通过DC/DC变换器(2)可以将燃料电池(1)输出的直流电源转换为稳定、可调的直流电压，解决燃料电池(1)输出特性软、动态响应慢等问题。
高压直流母线下挂带BMS(Battery Management System，电池管理系统)的锂电池(8)，锂电池(8)和高压直流母线之间通过常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)控制锂电池(8)投切高压直流母线，当风冷燃料电池备用电源系统长期启用(即启用时间超过预设启用时间)时，可以断开常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)，防止锂电池(8)因为过放导致损坏。
双向AC/DC转换器(3)的交流侧连接常闭急停继电器KM1(4)和断路器(5)后接入交流220Vac电网或用电端(6)，其中，常闭急停继电器KM1(4)用于风冷燃料电池备用电源系统在突发紧急状况时可以通过人为手动急停。双向AC/DC转换器(3)的交流侧与常闭急停继电器KM1(4)之间下挂开关电源(9)。开关电源(9)主要用于燃料电池控制器FCU(10)、风机(12)、电压巡检仪(13)、温度巡检仪(14)、氢气浓度传感器(15)等低压零部件进行低压供电。
燃料电池控制器FCU(10)用于实现整个风冷燃料电池备用电源系统的控制逻辑实现、通讯功能实现，风机(12)、电压巡检仪(13)、温度巡检仪(14)、氢气浓度传感器(15)、DC/DC变换器(2)、双向AC/DC转换器(3)和锂电池(8)均通过RS485(Recommended Standard485，推荐标准485)或CAN(Controller Area Network，控制器局域网)与燃料电池控制器FCU(10)实现通讯。继电器KM4(11)串联在风机(10)电源正端，用于控制风机(10)启停。风机(10)用于实现燃料电池(1)换热，为燃料电池(1)电化学反应提供足够的氧气的同时将燃料电池(1)电化学反应产生的热量放散到空气中，防止燃料电池(1)过温保护影响燃料电池可靠性。电压巡检仪(13)用于检测燃料电池(1)每片单电池电压，通过每片单电池电压判断燃料电池(1)工作状态和性能。温度巡检仪(14)用于检测燃料电池(1)电堆内部温度，通过测点温度判断燃料电池(1)工作状态和性能。氢气浓度传感器(15)用于检测燃料电池(1)氢气泄漏值。
在一示例性实施例中，本发明实施例的风冷燃料电池备用电源系统设置了若干工作模式，例如可以包括充放电模式、并网启动模式和离网启动模式。具体地：
充放电模式：充放电模式也称为燃料电池不启动，锂电池电网侧充放电模式。具体地，锂电池(8)依次交流220Vac电网或用电端(6)、断路器(5)、常闭急停继电器KM1(4)、双向AC/DC转换器(3)、常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)进行充放电。
并网启动模式：并网启动模式也称为燃料电池并网启动模式。具体地，该模式下风冷燃料电池备用电源系统输出端并网，燃料电池(1)启动时，燃料电池控制器FCU(10)、风机(12)、电压巡检仪(13)、温度巡检仪(14)和氢气浓度传感器(15)等低压零部件的电能均通过电网端市电和开关电源(9)提供，即，电网为燃料电池(1)启动所需要的低压零部件供能。
离网启动模式：离网启动模式也称为燃料电池离网启动模式。具体地，该模式下风冷燃料电池备用电源系统输出端离网，燃料电池(1)启动时燃料电池控制器FCU(10)、风机(12)、电压巡检仪(13)、温度巡检仪(14)和氢气浓度传感器(15)等低压零部件的电能均通过锂电池(8)、双向AC/DC转换器(3)和开关电源(9)提供，即，锂电池(8)为燃料电池(1)启动所需要的低压零部件供能。其中，在并网启动模式和离网启动模式下，燃料电池(1)启动完成后，低压零部件的供电由燃料电池(1)提供并将多余电能供给交流220Vac电网或用电端(6)。锂电池(8)在并网启动模式和离网启动模式下充放电方式为采用BMS通过RS485/CAN通讯进行控制，当风冷燃料电池备用电源系统负荷波动时，由锂电池(8)充当电能缓冲，避免负荷波动导致燃料电池(1)频繁终止和启动循环(燃料电池(1)频繁终止和启动循环会导致阴极电压较高，产生反向电流反应，Pt氧化，催化剂衰减等问题，衰减和恶化会导致燃料电池性能下降或失效)。因此，锂电池(8)可以保证燃料电池(1)运行在的高效区，增加燃料电池(1)耐久性，从而延长本发明实施例的风冷燃料电池备用电源系统使用寿命，在保证负载功率需求的基础上提高使用的经济性和可靠性。
参照图2，是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统供气示意图，风冷燃料电池备用电源系统的通过燃气供应系统为提供燃气(氢气)，其中，燃气供应系统可以包括第一过滤器(16)、第一单向阀(17)、电子三通阀(18)、第二过滤器(19)、第二单向阀(20)、压力传感器(21)、减压阀(22)、安全阀(23)、第一手阀(24)、阻火器(25)和第二手阀(26)。
具体地，在氢气气瓶通过第一过滤器(16)、第一单向阀(17)接入电子三通阀(18)进气侧一端，氮气气瓶通过第二过滤器(19)、第二单向阀(20)接入电子三通阀(18)进气侧另一端。
在本发明实施例中，电子三通阀(18)设置有若干工作状态，例如可以第一工作状态、第二工作状态和第三工作状态，具体地：在电子三通阀(18)处于第一工作状态下，电子三通阀(18)的阀芯全关闭，使氢气的进气侧和氮气的进气侧均截止；在电子三通阀(18)处于第二工作状态下，电子三通阀(18)开启氢气的进气侧，并截止氮气的进气侧，以使氢气通过电子三通阀(18)进入风冷燃料电池备用电源系统；在电子三通阀(18)处于第三工作状态下，电子三通阀(18)开启氮气的进气侧，并截止氢气的进气侧，以使氮气通过电子三通阀(18)进入风冷燃料电池备用电源系统。
在本发明实施例中，电子三通阀(18)出气侧连接减压阀(22)一端，且管路内配有压力传感器(21)，通过压力传感器(21)可检测氢气气瓶和氮气气瓶的压力，从而判断氢气气瓶和氮气气瓶内的氢气量和氮气量；减压阀(22)可以将氢气气瓶和氮气气瓶内高压气体降低压力至50KPa-80KPa(千帕斯卡)，该压力是燃料电池(1)电化学反应稳定工作压力点。减压阀(22)另一端连接手阀(26)，通过第二手阀(26)手动开启和关闭燃料电池(1)低压供气。
减压阀(22)另一端与第二手阀(26)之间设置有安全泄压出口，安全泄压出口可以包括安全阀(23)、手阀(24)和阻火器(25)，其中，安全阀(23)主要作用是在减压阀(22)失效时，管道内气体压力升高超过设定值后，可向外排放气体泄压来防止管道压力超过燃料电池(1)允许压力值。手阀(24)一般处于常闭状态，当风冷燃料电池备用电源系统需要维护保养时，开启手阀(24)可将管道内和燃料电池内残余气体放散掉。阻火器(25)主要就是为了阻止安全泄压出口着火而引起管路回火。
本发明实施例的风冷燃料电池备用电源系统结构简单，可以通过锂电池(8)和双向AC/DC转换器(3)实现风冷燃料电池备用电源系统的并离网启动、发电馈网。并且，本发明实施例的风冷燃料电池备用电源系统是采用燃料电池(1)作为能源，整个燃料电池(1)的反应过程清洁无污染，实现稳定可靠的供电。
参照图3，示出了本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统控制方法的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：
步骤301、获取所述风冷燃料电池备用电源系统的状态标志的数值；
步骤302、根据所述状态标志的数值确定所述风冷燃料电池备用电源系统的工作状态；
步骤303、按照所述工作状态控制所述风冷燃料电池备用电源系统进行工作。
作为一个具体示例，风冷燃料电池备用电源系统的系统控制状态至少包括系统初始化状态、供电就绪状态、启动状态、运行状态、关机状态和急停状态。
在本发明实施例中，风冷燃料电池备用电源系统控制上采用状态标志(FCSStatus)的数值来实现系统控制状态流转，控制逻辑简单，能够实现燃料电池高效可靠发电、延长风冷燃料电池备用电源系统寿命的同时稳定供电。
参照图4，是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统的系统控制状态流转示意图，风冷燃料电池备用电源系统的系统控制状态主要可以包括6种，即系统初始化状态、供电就绪状态、启动状态、运行状态、关机状态和急停状态，软件上通过状态标志FCS Status值来区别不同的系统控制状态，分别是：系统初始化状态(FCS Status＝0)、供电就绪状态(FCS Status＝1)、启动状态(FCS Status＝2)、运行状态(FCS Status＝3)、关机状态(FCS Status＝4)、急停状态(FCS Status＝5)。本发明实施例为通过FCS Status值来控制风冷燃料电池备用电源系统完成各个系统控制状态的跳转，具体地，当FCS Enable＝0时，系统控制状态跳转到关机状态；当FCS Enable＝1时，系统控制状态跳转到启动状态或运行状态；当FCS Enable＝2时，系统控制状态跳转到急停状态。
当然，上述的FCS Status值和系统控制状态仅仅是作为示例，在具体实施过程中可以根据其他方式来确定风冷燃料电池备用电源系统的系统控制状态，以及设置其他的系统控制状态和系统控制状态对应的控制流程，本发明实施例对此无需加以限制。
作为本发明的一个具体示例，在系统初始状态下FCS Status默认赋值为0，当燃料电池(1)检测到高压直流母线HDC和低压零部件低压供电母线LDC电压值在正常工作电压范围内后，FCS Status值跳转至1等待用户下发启动指令；当用户手动下发启动指令后，赋值FCS Enable＝1，随后FCS Status值跳转至2，执行启动状态对应的控制流程；若启动完成(启动状态对应的控制流程执行完毕)则FCS Status值跳转至3，若启动状态流程执行过程跳转到急停状态则赋值FCS Enable＝2，随后FCS Status值跳转至5；运行状态下若系统收到用户下发关机指令，则赋值FCS Enable＝0，随后FCS Status值跳转至4，同时关机状态下若用户重新下发启动指令则赋值FCS Enable＝1，随后FCS Status值跳转至3；若关机完成(关机状态对应的控制流程执行完毕)则FCS Status值跳转至1等待用户下发启动指令；若运行状态和关机状态流程执行过程跳转到急停状态则赋值FCS Enable＝2，随后FCSStatus值跳转至5，此时需要风冷燃料电池备用电源系统下电复位才能恢复。
在一示例性实施例中，所述步骤303、按照所述系统控制状态控制所述风冷燃料电池备用电源系统进行工作，可以包括：
进入所述启动状态时，对所述风冷燃料电池备用电源系统的部件进行检测，并在检测到所述部件存在异常时进入所述急停状态；若未检查到所述部件存在异常，则进行系统气密性检测，若系统气密性检测失败，则进行所述急停状态，若系统气密性检测成功，则开启风机(12)执行氢气吹扫；
进入所述运行状态时，执行氢气压力检测，若氢气压力检测失败，则进入所述急停状态，若氢气压力检测成功，则执行氢气泄漏检测，若氢气泄漏检测失败，则进入急停状态，若氢气泄漏检测成功，则执行燃料电池单片电压巡检；若燃料电池单片电压巡检失败，则进入所述急停状态，若燃料电池单片电压巡检成功，则执行燃料电池温度巡检，若燃料电池温度巡检失败，则进入急停状态，若燃料电池温度巡检成功，则进入系统运行功率设定；
在进入所述关机状态时，将所述DC/DC变换器(2)输入端设定电流值降为DC/DC变换器(2)输入端实际电流值的指定百分值，并在所述DC/DC变换器(2)输入端电流小于指定电流时关闭所述DC/DC变换器(2)，关闭所述双向AC/DC转换器(3)，关闭电子三通阀(18)并开启风机(12)，在关闭电子三通阀(18)达到指定指定延时时间后，打开电子三通阀(18)对氮气的进气侧进行吹扫，并在吹扫完成后关闭风机(12)；
进入所述急停状态时，关闭DC/DC变换器(2)，关闭所述双向AC/DC转换器(3)，所述风机(12)开启，并打开电子三通阀(18)对氮气的进气侧按照指定吹扫时间进行吹扫。
参照图5，是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统启动状态控制流程图，风冷燃料电池备用电源系统进入启动状态时，开始执行系统自检，系统自检主要作用是确定风冷燃料电池备用电源系统的器件有无损坏，各零部件通讯是否正常。系统自检过程主要包括风机(12)、压力传感器(21)、氢气浓度传感器(15)、温度巡检仪(14)、电压巡检仪(13)、锂电池(8)、DC/DC变换器(2)和双向AC/DC转换器(3)。随后判断系统自检是否合格，否则进入急停状态，是则进一步执行气密性检测，系统气密性检测主要包括打开电子三通阀(18)氮气的进气侧使氮气吹扫管路和燃料电池(1)30s(秒)(氮气直吹，清除系统内的混杂气体)，然后关闭燃料电池(尾排阀，10s后关闭电子三通阀(18)，记录初始的压力值P0，60s后记录此时的压力值P1，若P0-P1大于5kpa则气密性自检失败，转入急停状态，否则气密性自检成功，进一步执行开启风机(12)。开启风机(12)后进一步执行氢气吹扫，氢气吹扫执行过程包括：打开燃料电池尾排阀，打开电子三通阀(18)使氢气吹扫管路和燃料电池(1)，吹扫10s后关闭燃料电池尾排阀。其中，氢气吹扫完成后即系统启动完成。
参照图6，是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统运行状态控制流程图，风冷燃料电池备用电源系统进入运行状态时，开始执行氢气压力检测，打开电子三通阀(18)氢气的进气侧使氢气通入系统，记录压力传感器值，当氢气压力低于500KPa时，系统进入急停状态，否则进入氢气泄漏检测。通过氢气浓度传感器进行氢气泄漏检测，当氢气浓度大于15000ppm时，系统进入急停状态，否则进入燃料电池单片电压巡检，通过电压巡检仪对燃料电池(1)单片电压进行巡检。若燃料电池(1)单片电压异常(燃料电池(1)单片电压值与燃料电池(1)单片电压平均值之差的绝对值大于等于0.2V则报燃料电池(1)单片电压异常)，系统进入急停状态，否则进入燃料电池温度巡检。通过温度巡检仪对燃料电池(1)温度进行检测，若燃料电池(1)温度异常(测点温度最高值超过60℃则报燃料电池(1)温度异常)，系统进入急停状态，否则进入系统运行功率设定，此时用户可自行根据负荷情况设定系统输出功率，随后运行逻辑返回到氢气压力检测，重复执行上述步骤。
参照图7，是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统关机状态控制流程图，风冷燃料电池备用电源系统进入关机状态时，延时500ms，将DC/DC变换器(2)输入端设定电流值降为DC/DC变换器(2)输入端实际电流值的90％，随后判断DC/DC变换器(2)输入端电流是否小于10A，否则返回执行上一步，是则关闭DC/DC变换器(2)，关闭双向AC/DC转换器(3)，关闭电子三通阀(18)并开启风机(12)。随后延时5s，打开电子三通阀(18)氮气的进气侧进行吹扫2s，将系统管道和燃料电池(1)内残余氢气吹扫干净，进一步的延时15s后，关闭风机(12)，至此关机状态完成。
参照图8，是本发明实施例提供的一种风冷燃料电池备用电源系统急停状态控制流程图，风冷燃料电池备用电源系统进入急停状态时，随即关闭DC/DC变换器(2)，关闭双向AC/DC转换器(2)，风机(12)常开。进一步打开电子三通阀(18)氮气的进气侧进行吹扫2s，急停状态完成。
在本发明实施例的风冷燃料电池备用电源系统在控制上采用状态标志实现系统的系统控制状态流转，控制逻辑简单，能够实现燃料电池高效可靠发电、延长风冷燃料电池备用电源系统寿命的同时稳定供电。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；和
其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备执行本发明实施例所述的方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行本发明实施例所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器、EEPROM、Flash以及eMMC等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种风冷燃料电池备用电源系统和一种风冷燃料电池备用电源系统控制方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，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，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种风冷燃料电池备用电源系统，其特征在于，包括燃料电池(1)、DC/DC变换器(2)、双向AC/DC转换器(3)、常闭急停继电器KM1(4)、断路器(5)、交流220Vac电网或用电端(6)、常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)和锂电池(8)，其中：
所述DC/DC变换器(2)的输入侧连接所述燃料电池(1)，所述DC/DC变换器(2)的输出侧连接所述双向AC/DC转换器(3)的直流侧形成高压直流母线，并将所述燃料电池(1)输出的直流电压转换为稳定直流电压，所述双向AC/DC转换器(3)的交流侧通过所述常闭急停继电器KM1(4)和所述断路器(5)连接到所述交流220Vac电网或用电端(6)；
所述锂电池(8)通过所述常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)与所述高压直流母线连接，所述常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)，用于根据所述风冷燃料电池备用电源系统的启用时间是否超过预设启用时间时来控制所述锂电池(8)与高压直流母线之间连接或者断开。
2.根据权利要求1所述的风冷燃料电池备用电源系统，其特征在于，还包括开关电源(9)、燃料电池控制器FCU(10)、继电器KM4(11)、风机(12)、电压巡检仪(13)、温度巡检仪(14)、氢气浓度传感器(15)，其中：
所述双向AC/DC转换器(3)的交流侧通过所述常闭急停继电器KM1(4)连接所述开关电源(9)，所述开关电源(9)连接以为所述燃料电池控制器FCU(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)以及所述氢气浓度传感器(15)提供电源，其中，所述开关电源(9)通过所述继电器KM4(11)连接所述风机(12)，所述KM4(11)用于控制所述风机(12)的启用或者停止。
3.根据权利要求2所述的风冷燃料电池备用电源系统，其特征在于，所述风冷燃料电池备用电源系统包括若干工作模式，所述工作模式至少包括充放电模式、并网启动模式和离网启动模式：
在处于所述充放电模式时，所述锂电池(8)依次通过所述交流220Vac电网或用电端(6)、所述断路器(5)、所述常闭急停继电器KM1(4)、所述双向AC/DC转换器(3)、所述常闭主正继电器KM2和常闭主负继电器KM3(7)进行充放电；
在处于所述并网启动模式时，所述风冷燃料电池备用电源系统输出端并网，所述燃料电池(1)启动时，所述燃料电池控制器FCU(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)和所述氢气浓度传感器(15)的电能均通过所述交流220Vac电网或用电端(6)和所述开关电源(9)提供；
在处于所述离网启动模式时，所述风冷燃料电池备用电源系统输出端离网，所述燃料电池(1)启动时，所述燃料电池控制器FCU(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)和所述氢气浓度传感器(15)的电能均通过所述锂电池(8)、所述双向AC/DC转换器(3)和所述开关电源(9)提供。
4.根据权利要求3所述的风冷燃料电池备用电源系统，其特征在于，在处于所述并网启动模式和所述离网启动模式时，在所述燃料电池(1)启动完成后，所述燃料电池控制器FCU(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)和所述氢气浓度传感器(15)的电能由所述燃料电池(1)提供并将多余电能供给所述交流220Vac电网或用电端(6)。
5.根据权利要求1所述的风冷燃料电池备用电源系统，其特征在于，所述风冷燃料电池备用电源系统的通过燃气供应系统为提供燃气，其中，所述燃气供应系统包括第一过滤器(16)、第一单向阀(17)、电子三通阀(18)、第二过滤器(19)、第二单向阀(20)、压力传感器(21)、减压阀(22)、安全阀(23)、第一手阀(24)、阻火器(25)和第二手阀(26)，其中：
氢气气瓶通过通过所述第一过滤器(16)和所述第一单向阀(17)与所述电子三通阀(18)的进气侧的一端连接，氮气气瓶通过所述第二过滤器(19)和所述第二单向阀(20)与所述电子三通阀(18)的进气侧的另一端连接，所述电子三通阀(18)的出气侧通过所述压力传感器(21)连接所述减压阀(22)的一端，所述减压阀(22)的另一端连所述第二手阀(26)，所述减压阀(22)的另一端与所述手阀(26)之间设有安全泄压出口，所述安全泄压出口包括所述安全阀(23)、所述手阀(24)和所述阻火器(25)。
6.根据权利要求5所述的风冷燃料电池备用电源系统，其特征在于，所述所述电子三通阀(18)包括若干工作状态，所述工作状态至少包括第一工作状态、第二工作状态和第三工作状态：
在所述电子三通阀(18)处于第一工作状态下，所述电子三通阀(18)的阀芯全关闭，使氢气的进气侧和氮气的进气侧均截止；
在所述电子三通阀(18)处于第二工作状态下，所述电子三通阀(18)开启氢气的进气侧，并截止氮气的进气侧，以使氢气通过所述电子三通阀(18)进入所述风冷燃料电池备用电源系统；
在所述电子三通阀(18)处于第三工作状态下，所述电子三通阀(18)开启氮气的进气侧，并截止氢气的进气侧，以使氮气通过所述电子三通阀(18)进入所述风冷燃料电池备用电源系统。
7.一种风冷燃料电池备用电源系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6所述的风冷燃料电池备用电源系统，所述方法包括：
获取所述风冷燃料电池备用电源系统的状态标志的数值；
根据所述状态标志的数值确定所述风冷燃料电池备用电源系统的系统控制状态；
按照所述系统控制状态控制所述风冷燃料电池备用电源系统进行工作。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述系统控制状态至少包括系统初始化状态、供电就绪状态、启动状态、运行状态、关机状态和急停状态，所述按照所述系统控制状态控制所述风冷燃料电池备用电源系统进行工作，包括：
进入所述启动状态时，对所述风冷燃料电池备用电源系统的部件进行检测，并在检测到所述部件存在异常时进入所述急停状态；若未检查到所述部件存在异常，则进行系统气密性检测，若系统气密性检测失败，则进行所述急停状态，若系统气密性检测成功，则开启风机(12)执行氢气吹扫；
进入所述运行状态时，执行氢气压力检测，若氢气压力检测失败，则进入所述急停状态，若氢气压力检测成功，则执行氢气泄漏检测，若氢气泄漏检测失败，则进入急停状态，若氢气泄漏检测成功，则执行燃料电池单片电压巡检；若燃料电池单片电压巡检失败，则进入所述急停状态，若燃料电池单片电压巡检成功，则执行燃料电池温度巡检，若燃料电池温度巡检失败，则进入急停状态，若燃料电池温度巡检成功，则进入系统运行功率设定；
在进入所述关机状态时，将所述DC/DC变换器(2)输入端设定电流值降为DC/DC变换器(2)输入端实际电流值的指定百分值，并在所述DC/DC变换器(2)输入端电流小于指定电流时关闭所述DC/DC变换器(2)，关闭所述双向AC/DC转换器(3)，关闭电子三通阀(18)并开启风机(12)，在关闭电子三通阀(18)达到指定指定延时时间后，打开电子三通阀(18)对氮气的进气侧进行吹扫，并在吹扫完成后关闭风机(12)；
进入所述急停状态时，关闭DC/DC变换器(2)，关闭所述双向AC/DC转换器(3)，所述风机(12)开启，并打开电子三通阀(18)对氮气的进气侧按照指定吹扫时间进行吹扫。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；和
其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备执行如权利要求7-8任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求7-8任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
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| CN202311044677.0A CN117134476A (zh) | 2023-08-17 | 2023-08-17 | 风冷燃料电池备用电源系统及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311044677.0A CN117134476A (zh) | 2023-08-17 | 2023-08-17 | 风冷燃料电池备用电源系统及其控制方法 |
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Family
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-08-17 CN CN202311044677.0A patent/CN117134476A/zh active Pending
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