[實用新型]一種有效保護燃料電池減少儲能電池數量的直流輸出系統

有效

• 申請號: 201420099179.6
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN203747468U
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 程立明;王習鵬;魏廣科;李明明
• 申請（專利權）人: 江蘇綠遙燃料電池系統制造有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/02;H02J9/06
• 代理公司: 北京天平專利商標代理有限公司 11239
• 代理人: 王雅輝

技術領域

本發明涉及燃料電池應用技術領域，具體涉及一種有效保護燃料電池減少儲能電池數量的直流輸出系統。

背景技術

目前市場上在線式UPS或移動后備電源多采用儲能電池，其中大部分為鉛酸電池，個別場合使用鋰電池或鎳鎘電池。鉛酸電池不僅在生產過程中有污染、且體積龐大、重量太大，需定期維護，供電時間有限的缺點。鋰電池和鎳鎘電池也存在供電時間有限，采購及維護成本較高的缺點。綜合以上因素，現有的儲能電池系統在生產上有污染，組建時需提前規劃場地（占地面積廣、重量大），供電時間有限，移動不便和維護成本高等諸多不盡如人意的地方。

在現有的眾多分布式發電技術中，燃料電池具有能效高、環保、動態特性突出等特點，被稱為?21?世紀的分布式電源。隨著現在電力緊缺現況的不斷加重，燃料電池并網運行正逐漸變為一個大的趨勢。目前，科研所也出現了以燃料電池為主電源的備用電源，但是只是概念機，在燃料電池的保護和輔助供電的儲能電池充放電控制上，都無法滿足現實生活中實際工作要求。由于燃料電池輸出是一個電壓變化范圍很大的直流電能，電壓波動大、穩定性差，在負載變化較大的場合使用燃料電池時，電能質量得不到保證，而燃料電池并網發電系統所要求輸出的是一個穩定的交流電能，輸出的電能無法直接應用，因此，在燃料電池發電系統中，電能變換是不可缺少的一個環節。

隨著電力電子技術的發展，應用電力電子變換電路作為電能變換有著變換效率高，功率密度大等優點，已經成為了分布式發電系統中電能變換的首選。然而現有電力控制技術在穩壓、DC/AC轉換、儲能電池充放電及與市電的銜接上都沒有一個合理的設計，多采用市場上現有的太陽能充電器和UPS配合，但太陽能充電器在控制燃料電池簡單的把電力一分為二，一部分分給UPS逆變成AC220V輸出，一部分分給儲能電池充電，這種設計有兩個弊端：1、電力分配不合理：燃料電池剛啟動時，輸出能力較弱，而此時電池充電和負載同時進行，加重了燃料電池的負載，增大了燃料電池輸出能力的浪費；2、充電控制能力差：太陽能充電器對儲能電池的充電功能比較差，對鉛酸電池充電尚可，對其他儲能電池（例如鋰電池）充電時充電模式的合理變換能力很差。

現有文獻中關于提高燃料電池電能輸出質量也有許多嘗試，如王贊，肖嵐，嚴仰光.在《基于燃料電池的推挽正激變換器的控制研究》（中國電機工程學報，2007，27(33)，82-86）一文中設計的推挽正激變換器，提出了雙CDD無源無損箱位電路，使系統具有很好的穩定及其動態影響，但是輸出的是直流電，不能直接應用。李奇、湛耀添、區永江在《質子交換膜燃料電池的電響應研究》(電池，2006，36(5):359-361)一文中提出的燃料電池逆變控制策略能夠使輸出的電流具有較小的穩態誤差，但是不具備對輸出功率的控制要求。

專利2011100815244《基于燃料電池的不問斷電源供電系統及其供電方法》公開的技術方案中通過由控制系統、主回路供電單元、旁路供電單元、備用供電單元組成的供電系統協調市電、輔助供電裝置、燃料電池工作實現了對外不間斷的提供電能，并能夠在市電斷電的情況下提供長時間、穩定的電能供電。此種燃料電池電力系統的作用主要在于，當如市電因為某些情況無法持續供應負載電力時，可利用燃料電池系統提供電力，以使得負載的工作不中斷。而燃料電池系統不同于一般的備用電力來源，當負載發生變動時，燃料電池系統需要一些進行電化學反應的反應時間，并且當達到額定時間后才可以對燃料電池系統進行某個功率的抽載，如此才可避免燃料電池系統壽命的縮短。當必須大幅度提升燃料電池系統的功率輸出時，如隨之立即使燃料電池系統中的燃料電池堆輸出所需的功率，將會因反應時間不足而造成燃料電池系統不可逆的傷害，在累積一段時間之后，燃料電池系統就會永久損壞。

發明內容

發明目的：為了解決傳統備用電源系統利用效率低、能耗高、體積大等問題，同時提高對燃料電池、儲能電池的保護和控制，本發明提出一種有效保護燃料電池減少儲能電池數量的直流輸出系統。

技術方案：為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種有效保護燃料電池減少儲能電池數量的直流輸出系統，包括交流充電系統、直流充電系統、DC/DC穩壓系統、母線、整流二極管及電阻；儲能電池通過所述母線、整流二極管與負載相連；燃料電池一路通過所述DC/DC穩壓系統、母線與負載相連，一路通過所述直流充電系統與儲能電池相連；市電一路與負載相連，一路通過所述交流充電系統與儲能電池相連；所述DC/DC穩壓系統與所述電阻并聯。