CN208522031U - 一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，属于燃料电池技术领域。该基于燃料电池混合电源能量流控制装置包括燃料电池模块和储蓄电池模块，燃料电池模块设有功率控制件，储蓄电池模块设有电池容量件。本实用新型中的功率控制件在实时容量大于第一容量时降低输出功率，功率控制件在实时容量小于第二容量时增大输出功率同时为负载供电和为储蓄电池模块充电以使电池容量件检测的实时容量为预设容量，保证燃料电池模块趋于稳定运行，提高燃料电池模块的寿命，优化储蓄电池模块的状态，使其避免过冲过放，处于较优的状态下工作，结合燃料电池模块和储蓄电池模块各自的优点，提高系统的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池技术领域，涉及一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置。
背景技术
燃料电池作为供电系统具有诸多优点，但其动态响应具有一定的时滞性。当负载功率波动时，燃料电池的输出功率需经过一段时间的调整才能适应负载的变化。因此，需要能量密度和功率密度都较大的辅助供电装置与燃料电池互补，共同为负载供电，在保证运行性能的前提下，提高能源利用率。燃料电池发挥供电时间长，效率高等优势；辅助供电装置发挥其响应快、能量回馈容易等特点，以弥补燃料电池动态响应速度慢的缺陷。
燃料电池在实际应用环境中，存在加载、降载、稳定等多种工况，导致混合电源功率的波动不可控。燃料电池使一个典型的多输入/多输出、强耦合非线性系统，其输出电压与负载、氢气流量、空气流量、温度、湿度等参数呈严重的非线性关系。当负载频繁波动时，燃料电池的性能、寿命会大大下降。辅助供电装置的输入特性比较复杂，其荷电状态（SOC）与电压、电流、温度等参数也呈非线性关系，导致SOC难以测量与控制。另外，为了减小体积和重量，辅助供电装置应尽可能小，这又增加了系统控制的困难。因此，设计控制器提高燃料电池的动态响应能力，并合理控制燃料电池，辅助供电装置及负载间的能量流，保证电源系统连续、平稳运行，并提高燃料电池的耐久性是一个关键问题。
在应用中，一般选择储能电池与燃料电池一同构成混合电源，综合利用燃料电池供电时间长、储能电池功率突变特性强、能量密度大的优势，满足负载需求。这两种能量源具有不同的功率变化梯度、连续充放电时间特性和约束条件，而且因输出功率波动剧烈，致使电源系统中的DC/DC等电力装置长期工作在非平稳状态，系统工作点处于动态变化中，保证混合电源系统在恶劣的工作环境中仍然能高品质稳定运行将面临挑战。
实用新型内容
本实用新型针对现有的技术存在的上述问题，提供一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种可以保证燃料电池稳定运行的控制装置。
本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：
一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，用以给负载供电，包括燃料电池模块和储蓄电池模块，所述燃料电池模块设有用以在预设时间内控制燃料电池模块输出功率的功率控制件，所述储蓄电池模块设有用以检测储蓄电池模块实时容量的电池容量件，所述功率控制件在电池容量件检测的实时容量大于第一容量时降低燃料电池模块的输出功率、在电池容量件检测的实时容量小于第二容量时增大燃料电池模块的输出功率为负载供电和为储蓄电池模块充电以使电池容量件检测的实时容量为预设容量。
优选的，所述燃料电池模块设有用以在功率控制件控制燃料电池模块输出功率时限定输出功率在在第一功率和第二功率内的功率限定件。
优选的，还包括用以在储蓄电池模块充电时检测充电电流的电流检测件。
优选的，还包括用以在储蓄电池模块充电时稳定充电电流的稳流件。
优选的，所述稳流件为稳流器。
优选的，还包括用以在电池容量件检测的实时容量为预设容量时报警的报警器。
优选的，还包括用以断开燃料电池模块和储蓄电池模块之间的电路的断电件和用以在电池容量件检测的实时容量为预设容量时控制断电件的控制器。
优选的，所述断电件为电磁继电器。
优选的，所述断电件为干簧继电器。
优选的，所述控制器为单片机。
本实用新型中的功率控制件在电池容量件检测的实时容量大于第一容量时降低燃料电池模块的输出功率，功率控制件在电池容量件检测的实时容量小于第二容量时增大燃料电池模块的输出功率同时为负载供电和为储蓄电池模块充电以使电池容量件检测的实时容量为预设容量，保证燃料电池模块趋于稳定运行，提高燃料电池模块的寿命，优化储蓄电池模块的状态，使其避免过冲过放，处于较优的状态下工作，结合燃料电池模块和储蓄电池模块各自的优点，并对缺点进行互补，提高系统的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图中：1-储蓄电池模块，11-电池容量件，2-燃料电池模块，21-功率控制件，22-功率限定件，3-电流检测件，4-稳流件，51-断电件，52-控制器，6-报警器。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
请参阅图1，本实施例中的基于燃料电池混合电源能量流控制装置，用以给负载供电，包括燃料电池模块2和储蓄电池模块1，燃料电池模块2设有用以在预设时间内控制燃料电池模块2输出功率的功率控制件21，储蓄电池模块1设有用以检测储蓄电池模块1实时容量的电池容量件11，功率控制件21在电池容量件11检测的实时容量大于第一容量时降低燃料电池模块2的输出功率、在电池容量件11检测的实时容量小于第二容量时增大燃料电池模块2的输出功率为负载供电和为储蓄电池模块1充电以使电池容量件11检测的实时容量为预设容量。
此处，功率控制件21可以在电池容量件11检测的实时容量大于第一容量时降低燃料电池模块2的输出功率，功率控制件21可以在电池容量件11检测的实时容量小于第二容量时增大燃料电池模块2的输出功率，燃料电池模块2同时为负载供电和为储蓄电池模块1充电以使电池容量件11检测的实时容量为预设容量，燃料电池模块2在满足负载功率需求的前提下为储蓄电池模块1充电，可以选择恒流快充的模式，以最快的速度使得电池容量达到期望值。保证燃料电池模块2趋于稳定运行，保证燃料电池模块2内部化学反应稳定，提高燃料电池模块2的寿命，优化储蓄电池模块1的状态，使其避免过冲过放，处于较优的状态下工作，结合燃料电池模块2和储蓄电池模块1各自的优点，并对缺点进行互补，提高系统的可靠性。功率控制件21可以为晶闸管调功器、可控硅调整器或者可控硅调压器。
燃料电池模块2可以设有用以在功率控制件21控制燃料电池模块2输出功率时限定输出功率在在第一功率和第二功率内的功率限定件22。功率限定件22可以为功率限制器，第一功率可以大于第二功率，且第一功率的绝对值可以等于第二功率的绝对值，这样就可以保证燃料电池模块2在额定功率内运行，避免燃料电池模块2的输出功率大幅波动，保证燃料电池模块2稳定运行，提高燃料电池模块2的寿命。
作为本实施例中的基于燃料电池混合电源能量流控制装置还可以包括用以在储蓄电池模块1充电时检测充电电流的电流检测件3，电流检测件3可以为电流表，这样就可以实时检测储蓄电池模块1的充电电流，保证储蓄电池模块1安全充电。
作为本实施例中的基于燃料电池混合电源能量流控制装置还可以包括用以在储蓄电池模块1充电时稳定充电电流的稳流件4，这样就可以在储蓄电池模块1充电时保证充电电流维持稳定，避免储蓄电池模块1过充过放，保证储蓄电池模块1安全运行，提高储蓄电池模块1的寿命。
稳流件4可以为稳流器。稳流器可以用来稳定电路电流，在输入电压和负载阻抗变化的情况下，能够保持负载电流不变。
作为本实施例中的基于燃料电池混合电源能量流控制装置还可以包括用以在电池容量件11检测的实时容量为预设容量时报警的报警器6，报警器6可以为声光报警器6，这样就可以方便提醒用户充电完成，断开充电电路，避免储蓄电池模块1过充，提高储蓄电池模块1的寿命。
作为本实施例中的基于燃料电池混合电源能量流控制装置还可以包括用以断开燃料电池模块2和储蓄电池模块1之间的电路的断电件51和用以在电池容量件11检测的实时容量为预设容量时控制断电件51的控制器52。
断电件51可以为电磁继电器。电磁继电器可以包括电磁铁、衔铁、弹簧、动触点和静触点，闭合低压控制电路中的开关，电流通过电磁铁的线圈产生磁场，从而对衔铁产生引力，使动、静触点接触，使燃料电池模块2和储蓄电池模块1之间的电路闭合，当断开低压开关时，线圈中的电流消失，衔铁在弹簧的作用下，使动、静触点脱开，使燃料电池模块2和储蓄电池模块1之间的电路断开。
断电件51可以为干簧继电器。干簧继电器可以包括干式舌簧片与励磁线圈组成。干式舌簧片(触点)是密封的，由铁镍合金做成，舌片的接触部分通常镀有贵重金属(如金、铑、钯等)，接触良好，具有优良的导电性能。当线圈通电后，管中两占簧片的自由端分别被磁化成N极和S极而相互吸引，因而接通燃料电池模块2和储蓄电池模块1之间的电路。线圈断电后，干簧片在本身的弹力作用下分开，将切断燃料电池模块2和储蓄电池模块1之间的电路。
控制器52可以为单片机。单片机可以为STM32单片机，这样就可以在电池容量件11检测的实时容量为预设容量时控制器52准确地控制断电件51断开燃料电池模块2和储蓄电池模块1之间的电路。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，用以给负载供电，其特征在于：包括燃料电池模块（2）和储蓄电池模块（1），所述燃料电池模块（2）设有用以在预设时间内控制燃料电池模块（2）输出功率的功率控制件（21），所述储蓄电池模块（1）设有用以检测储蓄电池模块（1）实时容量的电池容量件（11），所述功率控制件（21）在电池容量件（11）检测的实时容量大于第一容量时降低燃料电池模块（2）的输出功率、在电池容量件（11）检测的实时容量小于第二容量时增大燃料电池模块（2）的输出功率为负载供电和为储蓄电池模块（1）充电以使电池容量件（11）检测的实时容量为预设容量。
2.如权利要求1所述的一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，其特征在于：所述燃料电池模块（2）设有用以在功率控制件（21）控制燃料电池模块（2）输出功率时限定输出功率在在第一功率和第二功率内的功率限定件（22）。
3.如权利要求1或2所述的一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，其特征在于：还包括用以在储蓄电池模块（1）充电时检测充电电流的电流检测件（3）。
4.如权利要求1或2所述的一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，其特征在于：还包括用以在储蓄电池模块（1）充电时稳定充电电流的稳流件（4）。
5.如权利要求4所述的一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，其特征在于：所述稳流件（4）为稳流器。
6.如权利要求1或2所述的一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，其特征在于：还包括用以在电池容量件（11）检测的实时容量为预设容量时报警的报警器（6）。
7.如权利要求1或2所述的一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，其特征在于：还包括用以断开燃料电池模块（2）和储蓄电池模块（1）之间的电路的断电件（51）和用以在电池容量件（11）检测的实时容量为预设容量时控制断电件（51）的控制器（52）。
8.如权利要求7所述的一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，其特征在于：所述断电件（51）为电磁继电器。
9.如权利要求7所述的一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，其特征在于：所述断电件（51）为干簧继电器。
10.如权利要求7所述的一种基于燃料电池混合电源能量流控制装置，其特征在于：所述控制器（52）为单片机。
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Cited By (3)
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| DE102021112700A1 (de) | 2021-05-17 | 2022-11-17 | Audi Aktiengesellschaft | Verfahren zur Steuerung des Energieflusses in einem Brennstoffzellensystem |
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