[實用新型]一種實現燃料電池陣列最優效率區間的控制系統

有效

• 申請號: 201720540452.8
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN206742398U
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 王天宏;李奇;陳維榮;戴朝華;于爽
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/04537
• 代理公司: 成都玖和知識產權代理事務所(普通合伙)51238
• 代理人: 黎志紅

技術領域

本實用新型屬于燃料電池技術領域，尤其涉及一種實現燃料電池陣列最優效率區間的控制系統。

背景技術

多堆燃料電池串并聯組成燃料電池陣列發電系統，既可增加燃料電池電壓和功率等級，又能靈活地分配燃料電池輸出電能，使燃料電池處于最佳工作狀態。當燃料電池陣列中某個燃料電池工作性能下降，依據情況改變燃料電池工作狀態或者切除該燃料電池，系統仍能正常工作。另外對工作性能有所下降的燃料電池采取相應的控制策略，也有利于提高燃料電池的使用壽命，降低系統成本，提高系統穩定性。對燃料電池陣列控制方法的研究，有利于促進燃料電池在交通運輸、微電網等領域的使用。

現有對燃料電池陣列的控制系統大多停留于通過控制器調節列陣的最大功率點跟蹤或者最大效率點跟蹤；但這種系統工作效率，沒有顧及燃料電池使用壽命，也沒有考慮到因燃料電池工作性能下降引起的系統安全問題。

實用新型內容

為了克服現有技術方法的不足，本實用新型的目的在于提出一種實現燃料電池陣列最優效率區間的控制系統，對燃料電池陣列中每個單元進行控制，使燃料電池列陣中每個單元均處于最佳工作狀態，有效降低燃料電池啟停機頻率，提高燃料電池使用壽命，提高系統工作效率，降低成本，提高穩定性和安全性。

為實現以上目的，本實用新型采用技術方案是：一種實現燃料電池陣列最優效率區間的控制系統，包括燃料電池陣列系統、發電控制系統和負載；所述燃料電池陣列系統的電源輸出端連接至負載的電源輸入端，所述發電控制系統分別連接至燃料電池陣列系統以及負載上；

所述燃料電池陣列系統包括多個相互串聯的燃料電池陣列，所述燃料電池列陣包括多個燃料電池和與燃料電池級聯的變換器，每個變換器相互并聯；

所述發電控制系統包括燃料電池陣列發電控制電路和采集調理電路，所述采集調理電路分別連接至每個燃料電池、每個變換器和負載，所述采集調理電路還連接至燃料電池陣列發電控制電路；所述燃料電池陣列發電控制電路連接至每個變換器。

發電控制系統通過處理采集調理電路反饋的電壓和電流信號，分析燃料電池工作性能；當陣列中某一個單元工作性能有所下降，可改變其工作狀態或者切除該燃料電池，缺額部分由其余單元補充，有效提高系統穩定性。

進一步的是，所述燃料電池陣列發電控制電路包括FPGA控制器、AD轉換電路和PWM控制電路，所述FPGA控制器分別連接AD轉換電路和PWM控制電路，所述AD轉換電路連接采集調理電路，所述PWM控制電路連接至每個變換器。

本實用新型采集的電壓和電流信號較多，利用FPGA控制器外設接口數量多且可任意配置的優點；在大電壓和電流經采集調理電路調理過后，由AD轉換電路采集到FPGA控制器中，利用其計算速度快的優點，數據經控制算法處理后PWM控制電路開始工作，控制變換器，實現控制燃料電池發電的目的。

進一步的是，所述燃料電池陣列發電系統包括兩個燃料電池陣列，每個燃料電池陣列中包括四個燃料電池，每個燃料電池上都設置有各自的變換器。

進一步的是，所述變換器為交錯并聯拓撲結構的直直Boost變換器；調壓效果好，可控性能高。

采用本技術方案的有益效果：

對燃料電池陣列中每個單元進行控制，實時監測每個燃料電池輸出的電壓、電流等情況，依據所測信號分析燃料電池工作性能，在滿足功率需求的前提下，控制燃料電池陣列中每個單元處于最佳工作狀態，有效降低燃料電池啟停機頻率，提高燃料電池使用壽命；

在降低燃料電池啟停機頻率的前提下，控制每個燃料電池盡可能地工作在“高效率區間”，有效提高工作效率，效延長燃料電池使用壽命，降低系統成本，提高穩定性和安全性。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種實現燃料電池陣列最優效率區間的控制系統的結構示意圖；

其中，100是燃料電池陣列系統，200是發電控制系統，300是負載；001是燃料電池陣列，002是燃料電池陣列，003是采集調理電路，004是發電控制單元。

具體實施方式

為了使實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本實用新型作進一步闡述。

在本實施例中，參見圖1所示，一種實現燃料電池陣列最優效率區間的控制系統，包括燃料電池陣列系統100、發電控制系統200和負載300；所述燃料電池陣列系統100的電源輸出端連接至負載300的電源輸入端，所述發電控制系統200分別連接至燃料電池陣列系統100以及負載300上；