CN218829126U - 一种氢燃料储能能量投递变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢燃料储能能量投递变流器，涉及储能控制技术领域，包括氢燃料电池模块，用于充放电控制；输入输出阈值控制模块，用于过压和欠压检测；智能控制模块，用于接收信号和模块的控制；开关控制模块，用于开关保护工作；变流控制模块，用于双向充放电控制和逆变调节；滤波模块，用于电能滤波；采样模块，用于输入输出电流采样；输入输出控制模块，用于控制电网和负载接入。本实用新型氢燃料储能能量投递变流器对氢燃料电池电路的输入输出电能进行采样和过压欠压检测与保护，时刻对电路进行保护，并实现电压双向调节和交直流的转换，且实现对电网端的电能监测，以便根据电网的并离和负载电路的闭断进行电压匹配调节。

Description

一种氢燃料储能能量投递变流器

技术领域

本实用新型涉及储能控制技术领域，具体是一种氢燃料储能能量投递变流器。

背景技术

氢能,是公认的清洁能源，被誉为21世纪最具发展前景的二次能源，它有助于解决能源危机、全球变暖以及环境污染，其开发利用得到了各国政府的高度关注，氢燃料在发电时需要一种装置对氢燃料电池输入输出的电能进行实时跟踪，大多采用变流器的方式对氢燃料电池的充放电控制，但是现有的变流器由微控制电路控制，实现电压的调节和转换，无法在氢燃料电池进行并网或离网的状态下，根据并网或离网的特性进行实时变化匹配，并且无法及时对氢燃料电池进行有效的保护控制，从而使得氢燃料电池的使用寿命降低，同样使得系统的稳定性降低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种氢燃料储能能量投递变流器，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本实用新型实施例中，提供一种氢燃料储能能量投递变流器，该氢燃料储能能量投递变流器包括：氢燃料电池模块，输入输出阈值控制模块，开关控制模块，智能控制模块，输入输出保护模块，变流控制模块，滤波模块，采样模块，输入输出控制模块；

所述氢燃料电池模块，用于通过氢燃料电池电路检测充放电控制；

所述输入输出阈值控制模块，与所述氢燃料电池模块和智能控制模块连接，用于对输入所述氢燃料电池模块输出的电能和氢燃料电池模块输出的电能进行电能采样，用于将采样的电能信号进行过压检测和欠压检测并输出检测信号；

所述智能控制模块，用于输出第一控制信号并控制开关控制模块的工作，用于接收所述采样的电能信号和所述采样模块输出的信号，用于输出驱动信号并控制所述变流控制模块的工作，用于输出第二控制信号并控制所述用于输出驱动信号并控制所述变流控制模块的工作的工作；

所述开关控制模块，与所述输入输出阈值控制模块和智能控制模块连接，用于接收所述检测信号和第一控制信号，用于根据逻辑电路控制继电器电路的工作；

所述输入输出保护模块，与所述氢燃料电池模块和开关控制模块连接，用于根据所述继电器电路的工作状态控制所述氢燃料电池模块的输入和输出；

所述变流控制模块，与所述输入输出保护模块连接，用于接收脉冲信号并进行充放电DC-DC调节和逆变调节；

所述滤波模块，与所述变流控制模块连接，用于对所述变流控制模块逆变后的电能进行滤波处理；

所述采样模块，与所述滤波模块和智能控制模块连接，用于对所述滤波模块输入和输出的电能进行电流采样，用于检测采样的电流信号进行差分、滤波和延时处理并传输给所述智能控制模块；

所述输入输出控制模块，与所述滤波模块和智能控制模块连接，用于接收第二控制信号并控制电网的并离和负载电路的闭断。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型氢燃料储能能量投递变流器采用输入输出保护模块对氢燃料电池电路的输入输出电能进行采样，并由阈值比较电路进行过压和欠压保护，以便时刻对氢燃料电池电路进行智能保护，确保氢燃料电池电路的安全性，并由变流控制模块实现电压的调节和交直流的转换，智能控制模块配合输入输出阈值控制模块和采样模块实现实时的输入输出电能监测，以便根据电网的并离和负载电路的闭断进行电压的调节，提高变流器控制系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实例提供的一种氢燃料储能能量投递变流器的原理方框示意图。

图2为本实用新型实例提供的一种氢燃料储能能量投递变流器的电路图。

图3为本实用新型实例提供的开关控制模块的连接电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1，请参阅图1，一种氢燃料储能能量投递变流器包括：氢燃料电池模块1，输入输出阈值控制模块2，开关控制模块3，智能控制模块4，输入输出保护模块5，变流控制模块6，滤波模块7，采样模块8，输入输出控制模块9；

具体地，所述氢燃料电池模块1，用于通过氢燃料电池电路检测充放电控制；

输入输出阈值控制模块2，与所述氢燃料电池模块1和智能控制模块4连接，用于对输入所述氢燃料电池模块1输出的电能和氢燃料电池模块1输出的电能进行电能采样，用于将采样的电能信号进行过压检测和欠压检测并输出检测信号；

智能控制模块4，用于输出第一控制信号并控制开关控制模块3的工作，用于接收所述采样的电能信号和所述采样模块8输出的信号，用于输出驱动信号并控制所述变流控制模块6的工作，用于输出第二控制信号并控制所述用于输出驱动信号并控制所述变流控制模块6的工作的工作；

开关控制模块3，与所述输入输出阈值控制模块2和智能控制模块4连接，用于接收所述检测信号和第一控制信号，用于根据逻辑电路控制继电器电路的工作；

输入输出保护模块5，与所述氢燃料电池模块1和开关控制模块3连接，用于根据所述继电器电路的工作状态控制所述氢燃料电池模块1的输入和输出；

变流控制模块6，与所述输入输出保护模块5连接，用于接收脉冲信号并进行充放电DC-DC调节和逆变调节；

滤波模块7，与所述变流控制模块6连接，用于对所述变流控制模块6逆变后的电能进行滤波处理；

采样模块8，与所述滤波模块7和智能控制模块4连接，用于对所述滤波模块7输入和输出的电能进行电流采样，用于检测采样的电流信号进行差分、滤波和延时处理并传输给所述智能控制模块4；

输入输出控制模块9，与所述滤波模块7和智能控制模块4连接，用于接收第二控制信号并控制电网的并离和负载电路的闭断。

在具体实施例中，上述氢燃料电池模块1可采用氢燃料电池电路进行发电和储能控制；上述输入输出阈值控制模块2可采用电流互感器进行电能采样，还可采用阈值比较电路进行过压和欠压检测；上述开关控制模块3可采用逻辑电路进行逻辑运算，还可采用继电器电路控制所述输入输出保护模块5的工作，还可采用三极管电路继而由智能控制模块4控制；上述智能控制模块4可采用微控制电路完成对信号的接收和模块的控制，还可采用驱动电路提高输出信号的驱动能力；上述输入输出保护模块5可采用开关电路进行电路保护；上述变流控制模块6可采用双向充放电控制电路进行DC-DC调节，还可采用逆变电路进行DC-AC转换；上述滤波模块7可采用LCL滤波电路；上述采样模块8可采用电流采样电路，并采用带偏置电压的差分电路进行信号处理；上述输入输出控制模块9可采用第一开关控制断路器和负载的接入，还可采用第二开关控制电网接口的连接，其中第一开关和第二开关均由于智能控制模块4控制，具体控制方式不做赘述。

实施例2，在实施例1的基础上，请参阅图2和图3，所述氢燃料电池模块1包括氢燃料电池；所述输入输出保护模块5包括第一电阻R1和第一继电开关K1-1；所述输入输出阈值控制模块2包括第一互感器J1、第二电阻R2和第三电阻R3；

具体地，所述氢燃料电池的第一端连接第一电阻R1的一端、第一互感器J1的第一端和所述变流控制模块6，氢燃料电池的第二端连接第一互感器J1的第二端并通过第一继电开关K1-1连接第一电阻R1的另一端，第一互感器J1的第三端通过第二电阻R2连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端连接第一互感器J1的第四端。

在具体实施例中，上述第一互感器J1可选用电流互感器，具体型号不做限定；上述第二电阻R2和第三电阻R3组成电阻分压电路。

进一步地，所述输入输出阈值控制模块2还包括第十一电阻R11、第十电阻R10、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第一比较器A1、第二比较器A2、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第一电源VCC1；所述智能控制模块4包括第一控制器U1；

具体地，所述第十四电阻R14的一端、第十一电阻R11的一端、第十电阻R10的一端均连接所述第三电阻R3的第一端，第十电阻R10的另一端连接第一控制器U1的第二IO端，第十一电阻R11的另一端连接第一比较器A1的同相端，第一比较器A1的反相端通过第十二电阻R12连接第十三电阻R13的一端和地端，第十四电阻R14的另一端连接第二比较器A2的反相端，第二比较器A2的同相端连接第十五电阻R15的一端并通过第十六电阻R16连接地端，第十五电阻R15的另一端和第十三电阻R13的另一端均连接第一电源VCC1，第一比较器A1的输出端连接第十七电阻R17的第一端，第二比较器A2的输出端连接第十八电阻R18第一端，第十七电阻R17的第二端和第十八电阻R18的第二端连接所述开关控制模块3。

在具体实施例中，上述第十二电阻R12和第十三电阻R13组成过压阈值，第十五电阻R15和第十六电阻R16组成欠压阈值；上述第一比较器A1和第二比较器A2均可选用LM393比较器；上述第一控制器U1可选用TMS320F2812芯片。

进一步地，所述开关控制模块3包括第一逻辑芯片U2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管VT1、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二开关管VT2、第一继电器K1、第二电源VCC2；

具体地，所述第一逻辑芯片U2的第一端和第一二极管D1的阳极连接所述第十七电阻R17的第二端，第一逻辑芯片U2的第二端和第二二极管D2的阳极连接所述第十八电阻R18的第二端，第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阴极均连接第一开关管VT1的集电极，第一开关管VT1的发射极通过第二十一电阻R21连接地端，第一开关管VT1的基极通过第二十二电阻R22连接所述第一控制器U1的第三IO端，第一逻辑芯片U2的输出端通过第十九电阻R19连接第二十电阻R20的一端和第二开关管VT2的基极，第二十电阻R20的另一端和第二开关管VT2的发射极均接地，第二开关管VT2的集电极通过第一继电器K1连接第二电源VCC2。

在具体实施例中，上述第一逻辑芯片U2可选用或逻辑电路，具体型号不做限定；上述第一开关管VT1和第二开关管VT2均可选用NPN型三极管，其中第一开关管VT1用于控制输入第一逻辑芯片U2的信号，第二开关管VT2用于控制第一继电器K1的工作；上述第一继电器K1用于控制第一继电开关K1-1的工作。

进一步地，所述变流控制模块6包括第一电感L1、第一功率管Q1、第二功率管Q2、第一电容C1、第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5、第六功率管Q6；所述滤波模块7包括第二电感L2、第三电感L3和第二电容C2；

具体地，所述第一电感L1的一端连接所述氢燃料电池的第一端，第一电感L1的另一端连接第一功率管Q1的集电极和第二功率管Q2的发射极，第二功率管Q2的集电极连接第一电容C1的一端、第三功率管Q3的集电极和第五功率管Q5的集电极，第一功率管Q1的发射极、第一电容C1的另一端、第四功率管Q4的发射极和第六功率管Q6的发射极均连接氢燃料电池的第二端，第三功率管Q3的发射极连接第四功率管Q4的集电极并通过第三电感L3连接第二电容C2的第一端，第五功率管Q5的发射极连接第六功率管Q6的集电极并通过第二电感L2连接第二电容C2的第二端。

在具体实施例中，上述第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5和第六功率管Q6均可选用IGBT，第一功率管Q1和第二功率管Q2配合第一电感L1组成双向充放电控制电路，第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5和第六功率管Q6组成逆变电路；上述第二电感L2、第三电感L3和第二电容C2组成LCL滤波电路。

进一步地，所述采样模块8包括第二互感器J2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3、第八电阻R8、第四电容C4、第七电阻R7、第一运放OP1、第九电阻R9、第五电容C5、基准源VF；

具体地，所述第二互感器J2的第一端和第二端分别连接所述第二电容C2的第二端和第一端，第二互感器J2的十三端通过第四电阻R4连接第五电阻R5的一端、第一运放OP1的反相端、第七电阻R7的一端和第四电容C4的一端，第四电容C4的另一端和第七电阻R7的另一端连接第一运放OP1的输出端并通过第九电阻R9连接第五电容C5的一端和所述第一控制器U1的第一IO端，第二互感器J2的第四端通过第六电阻R6连接第五电阻R5的另一端、第一运放OP1的同相端、第八电阻R8的一端和第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端和第八电阻R8的另一端连接基准源VF，第五电容C5的另一端接地。

在具体实施例中，上述第二互感器J2可选用霍尔互感器，具体型号不做限定；上述第一运放OP1可选用OP07运算放大器；上述第四电容C4和第七电阻R7、第九电容和第五电容C5分别组成一阶滤波电路。

本实用新型一种氢燃料储能能量投递变流器由氢燃料电池进行充放电控制，并由第一互感器J1检测输入氢燃料电池或氢燃料电池输出的电能，当检测的电能超过第一比较器A1的过压阈值，或者当检测的电能低于第二比较器A2的欠压阈值，则第一比较器A1和第二比较器A2输出高电平，以便在过压或欠压的情况下由第一逻辑芯片U2控制第二开关管VT2的导通，第一继电器K1的得电，使得第一继电开关K1-1导通，此时氢燃料电池将于后续电路断开，同时可通过第一控制器U1的第三IO端控制第一开关管VT1，以便控制第一继电器K1停止工作，使得氢燃料电池工作，由第一功率管Q1和第二功率管Q2控制氢燃料电池电能的输出或控制输入氢燃料电池的电能，其中第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5和第六功率管Q6用于将输入的电能进行DC-AC转换，以便为负载和电网接口提供所需的电能，或者接收电网接口输出的交流电能，其中第二互感器J2对输入电网接口的电能或电网接口输出的电能进行电流采样，并由第一运放OP1进行差分处理，以便由第一控制器U1对电网接口的输入输出电能进行实时监测。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种氢燃料储能能量投递变流器，其特征在于，

该氢燃料储能能量投递变流器包括：氢燃料电池模块，输入输出阈值控制模块，开关控制模块，智能控制模块，输入输出保护模块，变流控制模块，滤波模块，采样模块，输入输出控制模块；

所述氢燃料电池模块，用于通过氢燃料电池电路检测充放电控制；

所述输入输出阈值控制模块，与所述氢燃料电池模块和智能控制模块连接，用于对输入所述氢燃料电池模块输出的电能和氢燃料电池模块输出的电能进行电能采样，用于将采样的电能信号进行过压检测和欠压检测并输出检测信号；

所述智能控制模块，用于输出第一控制信号并控制开关控制模块的工作，用于接收所述采样的电能信号和所述采样模块输出的信号，用于输出驱动信号并控制所述变流控制模块的工作，用于输出第二控制信号并控制所述用于输出驱动信号并控制所述变流控制模块的工作的工作；

所述开关控制模块，与所述输入输出阈值控制模块和智能控制模块连接，用于接收所述检测信号和第一控制信号，用于根据逻辑电路控制继电器电路的工作；

所述输入输出保护模块，与所述氢燃料电池模块和开关控制模块连接，用于根据所述继电器电路的工作状态控制所述氢燃料电池模块的输入和输出；

所述变流控制模块，与所述输入输出保护模块连接，用于接收脉冲信号进行充放电DC-DC调节和逆变调节；

所述滤波模块，与所述变流控制模块连接，用于对所述变流控制模块逆变后的电能进行滤波处理；

所述采样模块，与所述滤波模块和智能控制模块连接，用于对所述滤波模块输入和输出的电能进行电流采样，用于检测采样的电流信号进行差分、滤波和延时处理并传输给所述智能控制模块；

所述输入输出控制模块，与所述滤波模块和智能控制模块连接，用于接收第二控制信号并控制电网的并离和负载电路的闭断。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料储能能量投递变流器，其特征在于，所述氢燃料电池模块包括氢燃料电池；所述输入输出保护模块包括第一电阻和第一继电开关；所述输入输出阈值控制模块包括第一互感器、第二电阻和第三电阻；

所述氢燃料电池的第一端连接第一电阻的一端、第一互感器的第一端和所述变流控制模块，氢燃料电池的第二端连接第一互感器的第二端并通过第一继电开关连接第一电阻的另一端，第一互感器的第三端通过第二电阻连接第三电阻的第一端，第三电阻的第二端连接第一互感器的第四端。

3.根据权利要求2所述的一种氢燃料储能能量投递变流器，其特征在于，所述输入输出阈值控制模块还包括第十一电阻、第十电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第一比较器、第二比较器、第十七电阻、第十八电阻、第一电源；所述智能控制模块包括第一控制器；

所述第十四电阻的一端、第十一电阻的一端、第十电阻的一端均连接所述第三电阻的第一端，第十电阻的另一端连接第一控制器的第二IO端，第十一电阻的另一端连接第一比较器的同相端，第一比较器的反相端通过第十二电阻连接第十三电阻的一端和地端，第十四电阻的另一端连接第二比较器的反相端，第二比较器的同相端连接第十五电阻的一端并通过第十六电阻连接地端，第十五电阻的另一端和第十三电阻的另一端均连接第一电源，第一比较器的输出端连接第十七电阻的第一端，第二比较器的输出端连接第十八电阻第一端，第十七电阻的第二端和第十八电阻的第二端连接所述开关控制模块。

4.根据权利要求3所述的一种氢燃料储能能量投递变流器，其特征在于，所述开关控制模块包括第一逻辑芯片、第一二极管、第二二极管、第一开关管、第二十一电阻、第二十二电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二开关管、第一继电器、第二电源；

所述第一逻辑芯片的第一端和第一二极管的阳极连接所述第十七电阻的第二端，第一逻辑芯片的第二端和第二二极管的阳极连接所述第十八电阻的第二端，第一二极管的阴极和第二二极管的阴极均连接第一开关管的集电极，第一开关管的发射极通过第二十一电阻连接地端，第一开关管的基极通过第二十二电阻连接所述第一控制器的第三IO端，第一逻辑芯片的输出端通过第十九电阻连接第二十电阻的一端和第二开关管的基极，第二十电阻的另一端和第二开关管的发射极均接地，第二开关管的集电极通过第一继电器连接第二电源。

5.根据权利要求4所述的一种氢燃料储能能量投递变流器，其特征在于，所述变流控制模块包括第一电感、第一功率管、第二功率管、第一电容、第三功率管、第四功率管、第五功率管、第六功率管；所述滤波模块包括第二电感、第三电感和第二电容；

所述第一电感的一端连接所述氢燃料电池的第一端，第一电感的另一端连接第一功率管的集电极和第二功率管的发射极，第二功率管的集电极连接第一电容的一端、第三功率管的集电极和第五功率管的集电极，第一功率管的发射极、第一电容的另一端、第四功率管的发射极和第六功率管的发射极均连接氢燃料电池的第二端，第三功率管的发射极连接第四功率管的集电极并通过第三电感连接第二电容的第一端，第五功率管的发射极连接第六功率管的集电极并通过第二电感连接第二电容的第二端。

6.根据权利要求5所述的一种氢燃料储能能量投递变流器，其特征在于，所述采样模块包括第二互感器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第三电容、第八电阻、第四电容、第七电阻、第一运放、第九电阻、第五电容、基准源；

所述第二互感器的第一端和第二端分别连接所述第二电容的第二端和第一端，第二互感器的十三端通过第四电阻连接第五电阻的一端、第一运放的反相端、第七电阻的一端和第四电容的一端，第四电容的另一端和第七电阻的另一端连接第一运放的输出端并通过第九电阻连接第五电容的一端和所述第一控制器的第一IO端，第二互感器的第四端通过第六电阻连接第五电阻的另一端、第一运放的同相端、第八电阻的一端和第三电容的一端，第三电容的另一端和第八电阻的另一端连接基准源，第五电容的另一端接地。

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