CN209313514U - 光氢储能供电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型及一种光氢储能供电装置及其供电方法，特点是包括包括AC/DC整流器、DC/AC逆变器、多路开关、PV阵列、DC/DC变换器、PEM电池堆、锂电池组、光伏逆变控制器、PEM控制器及电池控制器。其具有光氢储能供电装置的氢气气路系统通过控制系统的有效控制作用，能有效防止氢气泄露造成氢气爆炸；PEM燃料电池堆可自动启动，也可以手动启动，而且，不同启动方式之间切换简单、控制灵活，提高了系统的可靠性的优点。

Description

光氢储能供电装置

技术领域

本实用新型涉及一种光氢储能供电装置。

背景技术

随着新能源发电技术在我国的快速发展，光伏发电、风能发电等使用清洁能源发电的应用已经越来越普及。尽管太阳能发电的技术愈加成熟，但其固有的间歇性缺点限制了其发展.因此,太阳能发电技术通常会加入储能装置，从而使太阳能发电装置在光照不足时或夜晚无日照时，通过释放储能设备中的电能来弥补太阳能供电不足的缺失。目前，最多的弥补措施是采用风光互补、蓄电池或锂电池储能、超级电容等这几种方式，而光氢储能较少应用。氢能作为一种可再生的清洁二次能源，引起了全世界的关注，其中，以消耗氢气为燃料的PEM燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的发电装置，与太阳能混合发电不仅可以解决太阳能间歇性和随机性的缺点，而且无污染、效率高，并符合国内环境保护的趋势。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足而提供一种结合光伏PV阵列、锂电池组和PEM燃料电池堆组成综合储能系统为负载提供电能，在市电缺失和无日照时，本储能系统中锂电池组和PEM电池堆的电能够满足负载满负荷运行5个小时以上；光氢储能供电装置的供电方法具有多种模式，不同供电模式之间切换简单、控制灵活，提高了系统的可靠性；能直接采用可循环、耐高压的氢气瓶对PEM电池供应燃料，实现太阳能、锂电池及燃料电池高效混合利用，且本实用新型结构紧凑的光氢储能供电装置及其供电方法。

为了达到上述目的，本实用新型是这样实现的，其是一种光氢储能供电装置，其特征在于包括AC/DC整流器、DC/AC逆变器、多路开关、PV阵列、DC/DC变换器、PEM电池堆、锂电池组、光伏逆变控制器、PEM控制器及电池控制器；所述多路开关的第一选择端a及 AC/DC整流器的输入端分别与外界市电电连接；所述DC/AC逆变器的输入端分别与AC/DC整流器的输出端、DC/DC变换器的输出端及锂电池组的输入输出端电连接，DC/AC逆变器的输出端与多路开关的第二选择端c电连接，多路开关的控制端b向外界负载供电，DC/DC变换器的输入端分别与PV阵列及PEM电池堆的输出端电连接；所述光伏逆变控制器的信号输入端分别与PV阵列及锂电池组的信号输出端连接，光伏逆变控制器的信号输出端分别与AC/DC整流器、DC/AC逆变器、多路开关及DC/DC变换器的信号输入端连接，所述电池控制器的信号输入端与锂电池组的信号输出端连接，电池控制器的信号输入输出端分别与光伏逆变控制器的信号输入输出端及PEM控制器的信号输入输出端连接，所述PEM控制器的信号输出端与PEM电池堆的信号输入端连接。

在本技术方案中，还包括第一二极管及第二二极管；所述PV阵列的输出端与第一二极管的阳极电连接，所述PEM电池堆的输出端与第二二极管的阳极电连接，所述DC/DC变换器的输入端分别与第一二极管及第二二极管的阴极电连接。

本实用新型与现有技术相比的优点为：光氢储能供电装置的氢气气路系统通过控制系统的有效控制作用，能有效防止氢气泄露造成氢气爆炸；PEM燃料电池堆可自动启动，也可以手动启动，而且，不同启动方式之间切换简单、控制灵活，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型中光氢储能供电装置的电路方框图；

图2是本实用新型中光氢储能供电装置的控制方框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

如图1及图2所示，其是一种光氢储能供电装置，包括AC/DC整流器1、DC/AC逆变器2、多路开关3、PV阵列5、DC/DC变换器7、PEM电池堆8、锂电池组10、光伏逆变控制器11、PEM控制器12及电池控制器13；所述多路开关3的第一选择端a及 AC/DC整流器1的输入端分别与外界市电电连接；所述DC/AC逆变器2的输入端分别与AC/DC整流器1的输出端、DC/DC变换器7的输出端及锂电池组10的输入输出端电连接，DC/AC逆变器2的输出端与多路开关3的第二选择端c电连接，多路开关3的控制端b向外界负载供电，DC/DC变换器7的输入端分别与PV阵列5及PEM电池堆8的输出端电连接；所述光伏逆变控制器11的信号输入端分别与PV阵列5及锂电池组10的信号输出端连接，光伏逆变控制器11接收PV阵列5及锂电池组10传输的信号，从而监控PV阵列5及锂电池组10的工作状态，光伏逆变控制器11的信号输出端分别与AC/DC整流器1、DC/AC逆变器2、多路开关3及DC/DC变换器7的信号输入端连接，光伏逆变控制器11向AC/DC整流器1、DC/AC逆变器2、多路开关3及DC/DC变换器7传输控制信号，从而控制AC/DC整流器1、DC/AC逆变器2、多路开关3及DC/DC变换器7的工作状态，所述电池控制器13的信号输入端与锂电池组10的信号输出端连接，电池控制器13接收锂电池组10的信号，从而监控锂电池组10的工作状态，电池控制器13的信号输入输出端分别与光伏逆变控制器11的信号输入输出端及PEM控制器12的信号输入输出端连接，所述PEM控制器12的信号输出端与PEM电池堆8的信号输入端连接，PEM控制器12向PEM电池堆8传输控制信号，从而控制PEM电池堆8的工作状态；锂电池组10作为储能电源主要是因为其能量密度大，自放电小，安全性能高、没有记忆效应、工作温度范围宽、可快速放电和使用寿命长等优点，锂电池组10现已成为各类先进储能产品的主要配套电源；而PV阵列5在光氢储能供电装置中起主电源的作用，PV阵列5虽然具有无污染、不受资源分布地域的限制及可在负荷处就近发电的优点，但PV阵列5在夜间或者光照强度较低的情况下，PV阵列5将会停止发电或发电量不足，使PV阵列5具有发电量间歇性和随机性的缺陷，因此采用PEM电池堆8作为PV阵列5能量互补，直接将氢能通过电化学反应装换成电能，为负载供电，能克服当市电断电或者PV阵列5在无法发电的情况下，锂电池组10及PEM电池堆8继续为负载供应交流电；PV阵列5选用5组输出电压36V、输出功率为280W的太阳能板并联；PEM电池堆8的额定功率1000W、额定电压43.2V、额定电流24A、单电池数72片的质子交换膜燃料电池PEMFC；锂电池组10选用额定电压24V、电池组容量200Ah的磷酸铁锂电池作为储能配套电源；负载功率范围为0-750W。

工作时，光氢储能供电装置的供电方法包括四种供电模式，第一种是PV阵列5与锂电池组10共同供电模式，第二种是PEM电池堆8与锂电池组10共同供电模式，第三种是市电与锂电池组10共同供电模式，第四种是单独市电供电模式；

当采用第一种供电模式时，PV阵列5在日照下按最大功率点跟踪的MPPT模式工作，一部分PV阵列5的输出电流依次通过DC/DC变换器7、DC/AC逆变器2、多路开关3的第二选择端c及多路开关3的控制端b后为负载供应交流电，与此同时，还有一部分PV阵列5的输出电流通过DC/DC变换器7后为锂电池组10充电，当锂电池组10的剩余电量≥90%时，充电结束；在无日照条件或PV阵列5的输出电流不足时，光伏逆变控制器11输出信号给DC/DC变换器7，使DC/DC变换器7停止工作，DC/DC变换器7停止工作后，由锂电池组10经DC/AC逆变器2单独为负载供电，直到锂电池组10的剩余电量≤10%；在第一种供电模式下，锂电池组10单独为负载供电，直到锂电池组10剩余电量≤10%后，开启第二种供电模式供电；

当采用第二种供电模式时，所述电池控制器13给PEM控制器12发送信号，控制PEM电池堆8冷启动，一部分PEM电池堆8的输出电流依次通过DC/DC变换器7、DC/AC逆变器2、多路开关3的第二选择端c及多路开关3的控制端b后为负载供应交流电，与此同时，还有一部分PEM电池堆8的输出电流经DC/DC变换器7为锂电池组10充电，当锂电池组10的剩余电量≥90%时，充电结束；当PEM电池堆8中的氢气全部消耗完后，光伏逆变控制器11输出信号给DC/DC变换器7，使DC/DC变换器7停止工作，DC/DC变换器7停止工作后，由锂电池组10经DC/AC逆变器2单独为负载供电，直到锂电池组10的剩余电量≤10%；在第二种供电模式供电模式下，锂电池组10单独为负载供电，直到锂电池组10剩余电量≤10%后，开启第三种供电模式；

当采用第三种供电模式时，所述光伏逆变控制器11发送信号给AC/DC整流器1，从而使一部分市电通过AC/DC整流器1、DC/AC逆变器2、多路开关3的第二选择端c及多路开关3的控制端b端为负载供应交流电，与此同时，另一部分市电经AC/DC整流器1为锂电池组10充电，当锂电池组10剩余电量≥90%时，锂电池组10充电结束；

在无日照，或PV阵列5的输出电流不足出力不足，或PEM电池堆8中氢气全部消耗完，或锂电池组10剩余电量≤10%，或AC/DC整流器1、DC/AC逆变器2及DC/DC变换器7其中一个部件出现故障时，采用第四种供电模式，光伏逆变控制器11控制多路开关3，从而使市电经多路开关3的第一选择端a及多路开关3的控制端b后为负载供电。

在本实施例中，还包括第一二极管6及第二二极管9；所述PV阵列5的输出端与第一二极管6的阳极电连接，所述PEM电池堆8的输出端与第二二极管9的阳极电连接，所述DC/DC变换器7的输入端分别与第一二极管6及第二二极管9的阴极电连接。工作时，第一二极管6及第二二极管9起到了防止电流逆流烧坏PV阵列5及PEM电池堆8的作用。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.一种光氢储能供电装置，其特征在于包括AC/DC整流器（1）、DC/AC逆变器（2）、多路开关（3）、PV阵列（5）、DC/DC变换器（7）、PEM电池堆（8）、锂电池组（10）、光伏逆变控制器（11）、PEM控制器（12）及电池控制器（13）；所述多路开关（3）的第一选择端a及 AC/DC整流器（1）的输入端分别与外界市电电连接；所述DC/AC逆变器（2）的输入端分别与AC/DC整流器（1）的输出端、DC/DC变换器（7）的输出端及锂电池组（10）的输入输出端电连接，DC/AC逆变器（2）的输出端与多路开关（3）的第二选择端c电连接，多路开关（3）的控制端b向外界负载供电，DC/DC变换器（7）的输入端分别与PV阵列（5）及PEM电池堆（8）的输出端电连接；所述光伏逆变控制器（11）的信号输入端分别与PV阵列（5）及锂电池组（10）的信号输出端连接，光伏逆变控制器（11）的信号输出端分别与AC/DC整流器（1）、DC/AC逆变器（2）、多路开关（3）及DC/DC变换器（7）的信号输入端连接，所述电池控制器（13）的信号输入端与锂电池组（10）的信号输出端连接，电池控制器（13）的信号输入输出端分别与光伏逆变控制器（11）的信号输入输出端及PEM控制器（12）的信号输入输出端连接，所述PEM控制器（12）的信号输出端与PEM电池堆（8）的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的光氢储能供电装置，其特征在于还包括第一二极管（6）及第二二极管（9）；所述PV阵列（5）的输出端与第一二极管（6）的阳极电连接，所述PEM电池堆（8）的输出端与第二二极管（9）的阳极电连接，所述DC/DC变换器（7）的输入端分别与第一二极管（6）及第二二极管（9）的阴极电连接。