[發明專利]一種混合燃料電池和超級電容器的不間斷供電系統及方法

在審

• 申請號: 201810501918.2
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108683247A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 詹躍東;朱小清;李莉
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06;H02J7/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種混合燃料電池和超級電容器的不間斷供電系統，其特征在于，包括市電(1)、功率變換系統(2)、后備電源(3)和負載(4)；

所述功率變換系統(2)包括功率因數校正電路(21)、逆變器(22)、電池充電器(23)和直流變換器(24)；所述后備電源(3)包括超級電容器(31)、燃料電池(32)和切換開關(33)；所述市電(1)輸出端分別連接功率變換系統(2)中功率因數校正電路(21)的輸入端和電池充電器(23)的輸入端，所述逆變器(22)的輸入端分別連接功率因數校正電路(21)的輸出端和直流變換器(24)的輸出端，所述逆變器(22)的輸出端連接負載(4)，所述功率變換系統(2)中電池充電器(23)的輸出端連接后備電源(3)中超級電容器(31)輸入端，所述超級電容器(31)的輸出端和燃料電池(32)輸出端分別連接切換開關(33)的輸入端，所述切換開關(33)的輸出端連接直流變換器(24)的輸入端。

2.根據權利要求1所述的混合燃料電池和超級電容器的不間斷供電系統，其特征在于：所述功率因數校正電路(21)包括第一電感(L1)、第一功率管(Q1)、第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)、第四二極管(D4)、第五二極管(D5)、第六二極管(D6)、第一電容(C1)、第二電容(C2)、第二功率管(Q2)，所述逆變器(22)包括第三功率管(Q3)、第二電感(L2)、第三電容(C3)，所述電池充電器(23)和直流變換器(24)共用一個DC/DC升壓器，所述切換開關(33)包括第一雙向可控硅(SCR1)和第二可控硅(SCR2)；

所述第一電感(L1)的一端連接市電(1)的電源火線端Lin，所述第一電感(L1)的另一端連接第一二極管(D1)的陰極，所述第二二極管(D2)的陽極與第五二極管(D5)的陽極連接后再與第一二極管(D1)的陰極連接，所述第一二極管(D1)的陽極分別連接第三二極管(D3)的陽極和第一功率管(Q1)的源極，所述第二二極管(D2)的陰極分別連接第四二極管(D4)的陰極和第一功率管(Q1)的漏極，所述第三二極管(D3)的陰極和第四二極管(D4)的陽極分別連接市電(1)的零線端N，所述第五二極管(D5)的陽極連接第六二極管(D6)的陰極，所述第五二極管(D5)的陰極分別連接第一電容(C1)的正極端和第二功率管(Q2)的漏極，所述第二電容(C2)的正極端與第一電容(C1)的負極端連接后再與與輸出零線端N連接，所述第二電容(C2)的負極端分別連接第六二極管(D6)的陽極和第三功率管(Q3)的源極，所述第二電感(L2)的一端分別連接第二功率管(Q2)的源極和第三功率管(Q3)的漏極，所述第三電容(C3)的一端連接第二電感(L2)的另一端，所述第三電容(C3)的另一端連接輸出零線端N，所述電池充電器(23)和直流變換器(24)共用一個DC/DC升壓器，所述DC/DC升壓器的一端分別連接第二功率管(Q2)的漏極和第三功率管(Q3)的源極，所述第一雙向可控硅(SCR1)的兩端分別連接超級電容器(31)和DC/DC升壓器的另一端，第二可控硅(SCR2)的兩端分別連接燃料電池(32)和DC/DC升壓器的另一端。

3.根據權利要求1所述的混合燃料電池和超級電容器的不間斷供電系統，其特征在于：所述功率因數校正電路(21)采用平均電流模式控制、恒頻率控制，并通過成熟的電壓外環、電流內環雙閉環控制，來調節升壓型功率因數校正電路(PFC)中功率管的導通占空比D。

4.權利要求1～3任一所述的混合燃料電池和超級電容器的不間斷供電系統的供電方法，其特征在于，包括以下三種供電模式：

(1)市電(1)供電正常，后備電源(3)中的切換開關(33)斷開與直流變換器(24)的電性連接，之后電池充電器(23)給超級電容器(31)充電，且當超級電容器(31)的電池電量大于95％停止充電，市電(1)通過功率因數校正電路(21)和逆變器(22)給負載(4)供電；

(2)市電(1)供電不正常，后備電源(3)中切換開關(33)連通直流變換器(24)，超級電容器(31)首先接通切換開關(33)，給負載供電，待燃料電池(32)啟動后輸出功率能滿足負載(4)使用時，斷開第一雙向可控硅(SCR1)，同時連通第二可控硅(SCR2)，由燃料電池(32)單獨通過直流變換器(24)給負載供電；

(3)市電(1)供電不正常，后備電源(3)中切換開關(33)連通直流變換器(24)，超級電容器(31)首先接通切換開關(33)，給負載(4)供電，待燃料電池(32)啟動后燃料電池的輸出功率不能滿足負載(4)使用時，超級電容器(31)和燃料電池(32)同時給負載供電。