[發(fā)明專利]一種燃料電池混合電源的功率調(diào)節(jié)器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910076284.1
• 申請日: 2009-01-09
• 公開（公告）號: CN101465558A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柳貴東;張俊智
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02M3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池混合電能管理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種燃料電池混合電源的功率調(diào)節(jié)器。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，人類對能源的消耗快速增長，過度的能源開發(fā)和使用帶來許多負(fù)面影響。以石油和煤炭為代表的傳統(tǒng)能源逐漸枯竭，能源危機(jī)日益凸現(xiàn)；另外，能源使用過程所產(chǎn)生的有害物質(zhì)對環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重，已經(jīng)對人類生活造成影響。為了緩解能源危機(jī)，減少對環(huán)境的污染，各國都在積極地開發(fā)和利用各種新型能源。

燃料電池以其污染小、效率高等優(yōu)點引起世界各國的廣泛關(guān)注，許多國家的研究人員積極地展開相關(guān)研究工作。經(jīng)過數(shù)十年的努力，已經(jīng)初步掌握了電堆制造、加濕膜集成等技術(shù)。盡管在燃料電池系統(tǒng)的動力學(xué)建模和控制方面也取得了一定的成果，但還有許多問題亟待解決。目前，如何延長燃料電池的使用壽命，并提高燃料電池的輸出功率仍是這項技術(shù)產(chǎn)品化的技術(shù)難點。

清華大學(xué)裴普成教授等人的研究結(jié)果表明，燃料電池的壽命和燃料電池輸出的高頻功率有著密切的關(guān)系，高頻功率越小，燃料電池的壽命越長。在穩(wěn)態(tài)功率輸出的條件下，燃料電池的使用壽命可以大大延長，甚至可以達(dá)到3000小時。因此，減少燃料電池的高頻功率，是提高燃料電池壽命的一項基本措施。另外，由于燃料電池的技術(shù)含量高，所使用的材料稀缺，相對于常規(guī)的電源，燃料電池的成本非常高。目前，許多研究人員都在致力于提高燃料電池的輸出功率，降低燃料電池的相對生產(chǎn)成本。由于人們對燃料電池的研究還處于初期階段，關(guān)于燃料電池功率調(diào)節(jié)器的研究剛剛開始。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池混合電源的功率調(diào)節(jié)器，該功率調(diào)節(jié)器能夠?qū)θ剂想姵氐妮敵鲭妷汉洼敵鲭娏鬟M(jìn)行控制，使得燃料電池在負(fù)載發(fā)生大范圍波動的情況下能夠輸出穩(wěn)定的電壓和電流，進(jìn)而輸出穩(wěn)定的功率。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

本發(fā)明所述的功率調(diào)節(jié)器包括DC/DC電路、DC/DC控制器、電流調(diào)整電路、電流調(diào)整電路控制器、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器和一個電流傳感器。其中，DC/DC電路、DC/DC控制器和兩個電壓傳感器組成燃料電池輸出電壓的閉環(huán)控制電路；電流調(diào)整電路、電流調(diào)整電路控制器和電流傳感器組成燃料電池輸出電流的閉環(huán)控制電路。

燃料電池混合電源的功率調(diào)節(jié)器中有一個電壓預(yù)估器，電壓預(yù)估器接收第一電壓傳感器傳送過來的燃料電池輸出電壓信號，利用數(shù)據(jù)擬合的方法，對燃料電池下一時刻輸出電壓值進(jìn)行預(yù)測。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點及突出性的技術(shù)效果：該功率調(diào)節(jié)器能夠?qū)θ剂想姵氐妮敵鲭妷汉洼敵鲭娏鬟M(jìn)行控制，使得燃料電池在負(fù)載發(fā)生大范圍波動的情況下能輸出穩(wěn)定的電壓和電流，進(jìn)而輸出穩(wěn)定的功率。這種功率調(diào)節(jié)器不僅能夠提高燃料電池的功率輸出效率，而且還能延長燃料電池的使用壽命。

附圖說明

圖1為功率調(diào)節(jié)器工作原理示意圖。

圖2為功率調(diào)整器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為DC/DC電壓變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖4為閉環(huán)電流調(diào)整器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理、具體結(jié)構(gòu)和工作過程作進(jìn)一步的說明。

所涉及的功率調(diào)節(jié)器的工作原理如圖一所示。

燃料電池直接向功率調(diào)節(jié)器提供電能，功率調(diào)節(jié)器對燃料電池供給的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，其輸出的電功率為燃料電池的額定電功率。負(fù)載對電功率的需求和燃料電池提供的電功率之差由輔助電源提供。

本發(fā)明所涉及的功率調(diào)整器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。燃料電池混合電源的功率調(diào)節(jié)器主要由DC/DC電壓變換器和電流調(diào)整器級聯(lián)而成，DC/DC電壓變換器從燃料電池接受電能，然后向電流調(diào)整器輸出電壓穩(wěn)定的電能。電流調(diào)整器的控制器對電流調(diào)整器的輸出電流進(jìn)行控制和調(diào)整，最終以燃料電池的額定功率輸出穩(wěn)定的電能。在DC/DC電壓變換器中，第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、DC/DC控制器和DC/DC電路構(gòu)成一個控制閉環(huán)。其中，第一電壓傳感器對燃料電池的輸出電壓進(jìn)行測量，測量信號送入DC/DC控制器，參與DC/DC電路控制；在電流調(diào)整器中，電流傳感器、電流調(diào)整電路控制器和電流調(diào)整器電路構(gòu)成一個控制閉環(huán)。

所述的燃料電池混合電源的功率調(diào)節(jié)器還包括一個燃料電池電壓預(yù)估器，所述的燃料電池電壓預(yù)估器接收第一電壓傳感器傳送來的燃料電池輸出電壓信號，并將所預(yù)測的燃料電池下一時刻的電壓輸出值輸送到所述的DC/DC控制器中。