CN212136603U - 一种氢燃料电池发电系统过载保护装置 - Google Patents
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Abstract
本申请属于氢燃料电池供电技术领域，具体涉及一种氢燃料电池发电系统过载保护装置，包括连接市电及负载端的第一充电电路，其上设置有第一接入点；氢燃料电池发电系统，通过第二充电电路接入所述第一接入点；充电模块，设置在所述第二充电电路上，用于根据负载调整DC/DC电压输出；储能模块，通过第三充电电路接入所述充电模块。本申请当所述负载端功率增加超过氢燃料电池发电系统额定功率时，将通过所述充电模块调整电压输出，使带有能量的储能模块进行工作，用于承担过载部分负荷，同理，当所述负载端功率低于氢燃料电池发电系统额定功率时，将通过所述充电模块调整电压输出，由氢燃料电池发电系统所述储能模块充电。
Description
技术领域
本申请属于氢燃料电池供电技术领域，特别涉及一种氢燃料电池发电系统过载保护装置。
背景技术
近几年来，随着国家对于汽车排放标准的要求越来越高和电动汽车技术的日益进步，电动汽车也越来越成为人们出行工具的首选。但是，纯电动汽车的短板是续使里程和充电时间，尚不能满足量大面积广的远程公交、城市物流、长途运输等的市场需求。因此国家多个城市大力发展氢燃料电池动力。氢燃料电池动力汽车具有清洁零排放、续航里程长、加注时间快等特点。
相对于传统能源汽车，氢燃料电池汽车存在安全隐患较大的缺陷，目前氢燃料发电系统基本采用在氢燃料电池内部增加DC/DC装置限制自身输出，从而保护氢燃料电池。现有氢燃料电池发电系统的过载保护措施存在一定的缺陷性，例如通过限制输出，将会导致负载端无法正常运行，无法满足负载要求。另外，即使限制自身输出，但长期过载仍会导致氢燃料电池整体性性能下降，寿命缩短。
实用新型内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种氢燃料电池发电系统过载保护装置，包括：
氢燃料电池发电系统，通过逆变模块连接负载，并为负载供电，所述逆变模块用于将所述氢燃料电池发电系统输出的直流电转变为交流电；
储能模块，接入所述氢燃料电池发电系统与所述逆变模块之间的电路上；
正常状态下，由氢燃料电池发电系统对所述负载供电，当所述负载端功率增加超过氢燃料电池发电系统额定功率时，由带有能量的储能模块承担过载部分负荷。
优选的是，还包括：
市电供给模块，包括将市电依次通过整流模块及逆变模块输送至负载端的第一充电电路，所述整流模块与所述逆变模块之间设置有第一接入点，其中，氢燃料电池发电系统通过第二充电电路接在所述第一接入点；
充电模块，设置在所述第二充电电路上，用于根据负载调整DC/DC电压输出，其中，储能模块通过第三充电电路接入所述充电模块；
当所述负载端功率增加超过氢燃料电池发电系统额定功率时，将通过所述充电模块调整电压输出，使带有能量的储能模块进行工作，用于承担过载部分负荷，同理，当所述负载端功率低于氢燃料电池发电系统额定功率时，将通过所述充电模块调整电压输出，由氢燃料电池发电系统所述储能模块充电。
优选的是，所述整流模块用于将所述市电由交流转换为直流，所述逆变模块用于将所述直流转换为交流。
优选的是，所述市电还通过第四充电电路连接至负载端，所述第四充电电路上设置有静态开关。
优选的是，所述市电还通过第五充电电路连接至负载端，所述第五充电电路上设置有开关Q2。
优选的是，还包括报警单元，用于当氢燃料电池发电系统和储能模块同时供电仍然无法满足负载端需求时，发出告警信号。
优选的是，还包括延时电路，用于当氢燃料电池发电系统和储能模块同时供电仍然无法满足负载端需求时，根据过载电流的大小延迟设定时间后断开氢燃料电池发电系统及储能模块的供电电路。
优选的是，所述储能模块包括蓄电池。
优选的是，所述储能模块包括电动底盘车动力电池、飞轮储能系统和/或超级电容。
本申请提升了氢燃料电池发电系统的可靠性与场景适用性，通过增加飞轮储能系统最大程度上满足负载端功率需求，同时UPS采集过载电流大小进行判断，延迟一段时间关闭UPS逆变器以保护氢燃料电池及飞轮。
附图说明
图1是本申请氢燃料电池发电系统过载保护装置示意图。
图2是本申请氢燃料电池发电系统过载保护装置另一优选实施例示意图。
图3是本申请图1所示实施例的氢燃料电池及飞轮保护流程图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，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。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供了一种氢燃料电池发电系统过载保护装置，如图1所示，主要包括：
氢燃料电池发电系统，通过逆变模块连接负载，并为负载供电，所述逆变模块用于将所述氢燃料电池发电系统输出的直流电转变为交流电；
储能模块，接入所述氢燃料电池发电系统与所述逆变模块之间的电路上；
正常状态下，由氢燃料电池发电系统对所述负载供电，当所述负载端功率增加超过氢燃料电池发电系统额定功率时，由带有能量的储能模块承担过载部分负荷。
本申请中，对储能模块进行调用以提供负载增加时的过载保护通常采用如下方式实现：
储能模块的输出端设置有自动控制开关，该自动控制开关受过载电流反馈值控制，通过实时采集负载的电流，当其超过额定电流时，表示负载功率增加，此时可以通过诸如比较器等结构来给出使所述自动控制开关闭合的信号，所述自动控制开关闭合后，储能模块与氢燃料发电系统一起对负载进行供电。
在一些可选实施方式中，如图2所示，氢燃料电池发电系统过载保护装置还包括：
市电供给模块，包括将市电依次通过整流模块及逆变模块输送至负载端的第一充电电路，所述整流模块与所述逆变模块之间设置有第一接入点，其中，氢燃料电池发电系统通过第二充电电路接在所述第一接入点；
充电模块，设置在所述第二充电电路上，用于根据负载调整DC/DC电压输出，其中，储能模块通过第三充电电路接入所述充电模块；
当所述负载端功率增加超过氢燃料电池发电系统额定功率时，将通过所述充电模块调整电压输出，使带有能量的储能模块进行工作，用于承担过载部分负荷，同理，当所述负载端功率低于氢燃料电池发电系统额定功率时，将通过所述充电模块调整电压输出，由氢燃料电池发电系统所述储能模块充电。
市电供给模块，包括将市电依次通过整流模块及逆变模块输送至负载端的第一充电电路，所述整流模块与所述逆变模块之间设置有第一接入点；
氢燃料电池发电系统，通过第二充电电路接入所述第一接入点；
充电模块，设置在所述第二充电电路上，用于根据负载调整DC/DC电压输出；
储能模块，通过第三充电电路接入所述充电模块。
本申请中，当所述负载端功率增加超过氢燃料电池发电系统额定功率时，将通过所述充电模块调整电压输出，使带有能量的储能模块进行工作，用于承担过载部分负荷，同理，当所述负载端功率低于氢燃料电池发电系统额定功率时，将通过所述充电模块调整电压输出，由氢燃料电池发电系统所述储能模块充电。
参考图2，本申请的市电供给模块还包括与第一充电电路并联的第四充电电路及第五充电电路，其中，第一充电电路上一次串联有开关K4、整流模块、逆变模块、开关K7及开关Q1，第四充电电路上设置有开关K6及静态开关，输入端接在市电及开关K4之间，输出端接在开关K7及开关Q1之间，第五充电电路上设置有开关Q2，输入端接在市电及开关K4之间，输出端接在开关Q1及负载端之间。
其中，所述整流模块用于将所述市电由交流转换为直流，所述逆变模块用于将所述直流转换为交流。
本申请中，充电模块为一DC/DC转换器，是一种转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。根据需求可采用PWM控制。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。
本申请中，第四充电电路上设置的静态开关是作为UPS的旁路开关使用的，是一种无触点开关，采用两个可控硅(SCR)反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。
本申请的储能模块是一种机电能量转换的储能装置，采用物理方法实现储能。通过电动/发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。
在储能时，电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中；之后，电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号；释能时，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出过程。
在一个可选实施方式中，还包括报警单元，用于当氢燃料电池发电系统和储能模块同时供电仍然无法满足负载端需求时，发出告警信号。
在一个可选实施方式中，还包括延时电路，用于当氢燃料电池发电系统和储能模块同时供电仍然无法满足负载端需求时，根据过载电流的大小延迟设定时间后断开氢燃料电池发电系统及储能模块的供电电路。
本申请中，所述储能模块可以是蓄电池，也可以是电动底盘车动力电池、飞轮储能系统和/或超级电容，或者上述多个储能设备的组合。
如图3所示，电流传感器接收到负载的实际电流后，在比较器中与标准电流信号进行比较，标准电流信号一般为氢燃料发电系统和飞轮同时供电时的电流上限，当实际电流信号小于标准电流信号时，通过氢燃料电池发电系统或者其与飞轮的组合进行正常供电，反之，认为氢燃料发电系统和飞轮同时供电时仍然无法满足负载端需求，此时UPS将根据过载电流的大小延迟一段时间后断开UPS的逆变回路用于保护氢燃料电池和飞轮，同时进行告警。
本申请提升了氢燃料电池发电系统的可靠性与场景适用性，通过增加飞轮储能系统最大程度上满足负载端功率需求，同时UPS采集过载电流大小进行判断，延迟一段时间关闭UPS逆变器以保护氢燃料电池及飞轮。当负载端功率降低至低于氢燃料电池额定功率，再次对飞轮进行充电，用来预防负载端功率再次增加。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种氢燃料电池发电系统过载保护装置，其特征在于，包括：
氢燃料电池发电系统，通过逆变模块连接负载，并为负载供电，所述逆变模块用于将所述氢燃料电池发电系统输出的直流电转变为交流电；
储能模块，接入所述氢燃料电池发电系统与所述逆变模块之间的电路上；
正常状态下，由氢燃料电池发电系统对所述负载供电，当所述负载功率增加超过氢燃料电池发电系统额定功率时，由带有能量的储能模块承担过载部分负荷。
2.如权利要求1所述的氢燃料电池发电系统过载保护装置，其特征在于，还包括：
市电供给模块，包括将市电依次通过整流模块及逆变模块输送至负载端的第一充电电路，所述整流模块与所述逆变模块之间设置有第一接入点，其中，氢燃料电池发电系统通过第二充电电路接在所述第一接入点；
充电模块，设置在所述第二充电电路上，用于根据负载调整DC/DC电压输出，其中，储能模块通过第三充电电路接入所述充电模块；
当所述负载端功率增加超过氢燃料电池发电系统额定功率时，将通过所述充电模块调整电压输出，使带有能量的储能模块进行工作，用于承担过载部分负荷，同理，当所述负载端功率低于氢燃料电池发电系统额定功率时，将通过所述充电模块调整电压输出，由氢燃料电池发电系统所述储能模块充电。
3.如权利要求2所述的氢燃料电池发电系统过载保护装置，其特征在于，所述整流模块用于将所述市电由交流转换为直流，所述逆变模块用于将所述直流转换为交流。
4.如权利要求2所述的氢燃料电池发电系统过载保护装置，其特征在于，所述市电还通过第四充电电路连接至负载端，所述第四充电电路上设置有静态开关。
5.如权利要求2所述的氢燃料电池发电系统过载保护装置，其特征在于，所述市电还通过第五充电电路连接至负载端，所述第五充电电路上设置有开关Q2。
6.如权利要求1所述的氢燃料电池发电系统过载保护装置，其特征在于，还包括报警单元，用于当氢燃料电池发电系统和储能模块同时供电仍然无法满足负载端需求时，发出告警信号。
7.如权利要求1所述的氢燃料电池发电系统过载保护装置，其特征在于，还包括延时电路，用于当氢燃料电池发电系统和储能模块同时供电仍然无法满足负载端需求时，根据过载电流的大小延迟设定时间后断开氢燃料电池发电系统及储能模块的供电电路。
8.如权利要求1所述的氢燃料电池发电系统过载保护装置，其特征在于，所述储能模块包括蓄电池。
9.如权利要求1所述的氢燃料电池发电系统过载保护装置，其特征在于，所述储能模块包括电动底盘车动力电池、飞轮储能系统和/或超级电容。
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| CN202021020741.3U CN212136603U (zh) | 2020-06-06 | 2020-06-06 | 一种氢燃料电池发电系统过载保护装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113241787A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-10 | 国网北京市电力公司 | 发电车系统供电协调控制方法及装置 |
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2020
- 2020-06-06 CN CN202021020741.3U patent/CN212136603U/zh active Active
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