[發明專利]一種燃料電池不間斷電源無縫切換控制方法

有效

• 申請號: 201110322073.9
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102361345A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 張文平;徐德鴻;李霄;董德智;陳敏;謝人;李海津;吳小田;孫超
• 申請（專利權）人: 浙江大學;臺達環境與教育基金會
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種不間斷電源電源無縫切換控制方法，尤其是涉及一種燃料電池不間斷電源無縫切換控制方法。

背景技術

采用燃料電池作為備用電源的不間斷電源裝置比采用蓄電池作為備用能源的不間斷電源裝置具有備用時間長、可靠性高、環保等優點。燃料電池不間斷電源系統不僅應保證工作模式正常運行，還需要實現工作模式間無縫切換，實現供電連續。為了保障燃料電池長壽命，燃料電池采用冷備用方式，同時燃料電池輸出響應慣性較大，頻繁的負載快速波動將縮短燃料電池的壽命，燃料電池理想的運行條件是要讓它的輸出盡量平穩，燃料電池的特殊性決定了切換方式與傳統不間斷電源有明顯區別。按照傳統不間斷電源的切換方法，燃料電池直接帶載冷啟動，會出現啟動失效，同時會威脅到燃料電池的安全和使用壽命。

發明內容：

本發明的目的是提供一種燃料電池不間斷電源無縫切換控制方法，以解決燃料電池的冷啟動和輸出功率平穩變化，保證燃料電池的安全、使用壽命和負載供電不間斷，實現燃料電池供電模式和逆變供電模式的無縫切換。

本發明采用的技術方案是：

一、在逆變供電模式向燃料電池供電模式切換時方法如下：

1）在燃料電池冷啟動階段，能量管理單元控制母線電壓，提供負載能量，直到燃料電池空載冷啟動完畢；

2）燃料電池空載冷啟動完畢后，直流-直流變換器啟動控制母線電壓，能量管理單元轉為電流控制模式，控制輸出電流下降，使燃料電池輸出電流上升；

二、在燃料電池供電模式向逆變供電模式切換時方法如下：

整流器啟動控制母線電壓，直流-直流變換器轉為電流控制模式，控制燃料電池輸出電流下降，從而實現了模式間無縫切換。

在逆變供電模式和燃料電池供電模式切換過程中，能量管理單元的切換控制通過第一超級電容電壓控制環節、第二超級電容電壓控制環節、第一母線低頻電流檢測環節、第二母線低頻電流檢測環節、第一母線突變電流檢測環節、第二母線突變電流檢測環節、第一母線電壓控制環節、第二母線電壓控制環節、第一指令電流勻速緩降環節、第二指令電流勻速緩降環節、第一電流內環控制環節、第二電流內環控制環節和切換控制開關Tran_sig來實現。

當Tran_sig為1時，系統運行于燃料電池冷啟動階段，能量管理單元通過第一母線電壓控制環節、第二母線電壓控制環節、第一電流內環控制環節、第二電流內環控制環節控制母線電壓，當Tran_sig為2時，系統運行于能量管理單元輔助燃料電池帶載階段，能量管理單元通過第一指令電流勻速緩降環節、第二指令電流勻速緩降環節、第一電流內環控制環節、第二電流內環控制環節控制輸出電流下降到零，當Tran_sig為3時，系統運行于燃料電池獨立供電模式，能量管理單元通過第一母線低頻電流檢測環節、第二母線低頻電流檢測環節、第一母線突變電流檢測環節、第二母線突變電流檢測環節、第一電流內環控制環節、第二電流內環控制環節控制輸出電流跟蹤母線低頻電流紋波和突變電流，當Tran_sig為0或4時，不平衡負載下，能量管理單元通過第一母線低頻電流檢測環節、第二母線低頻電流檢測環節、第一電流內環控制環節、第二電流內環控制環節控制輸出電流跟蹤母線低頻電流紋波。

在逆變供電模式和燃料電池供電模式切換過程中，直流-直流變換器的切換控制通過第三母線電壓控制環節、第四母線電壓控制環節、第三指令電流勻速緩降環節、第四指令電流勻速緩降環節、第三電流內環控制環節、第四電流內環控制環節和切換控制開關Tran_sig來實現。

當Tran_sig為0、1時，直流-直流變換器不工作，當Tran_sig為2、3時，直流-直流變換器工作于電壓控制模式，通過第三母線電壓控制環節、第四母線電壓控制環節、第三電流內環控制環節、第四電流內環控制環節控制母線電壓，當Tran_sig為4時，整流器啟動階段，直流-直流變換器工作于電流控制模式，通過第三指令電流勻速緩降環節、第四指令電流勻速緩降環節、第三電流內環控制環節、第四電流內環控制環節控制燃料電池電流下降到零。

本發明具有的有益效果是：

本發明的一種燃料電池不間斷電源無縫切換控制方法，實現了燃料電池供電模式和逆變供電模式的無縫切換，通過能量管理單元輔助燃料電池空載冷啟動，避免了燃料電池直接帶載冷啟動，在切換過程中控制燃料電池輸出功率緩慢變化，保證了燃料電池的安全和使用壽命，保證了切換過程中負載供電的連續性。

附圖說明

圖1是本發明的整體切換控制方法示意圖。

圖2是本發明的運行模式切換過程示意圖。