一种应用于10kW以下的氢能燃料电池控制系统的制作方法
【专利摘要】一种应用于10kW以下的氢能燃料电池控制系统，其特征是：利用一个单片机控制系统控制风扇、电磁阀、蜂鸣器、负载等的运行；并通过气压传感器、温度传感器、水位传感器、电压传感器、电流传感器采集到的数据通过液晶屏来实时显示；电堆的各种工作参数可以通过显示板上的按键来进行调节，使电堆可以工作在最佳的运行环境中；此外，控制系统还具有防反向电流功能，及燃料电池工作在异常环境下时，系统的保护功能，防止电堆及负载受到损害，同时还具有报警提示功能。
【专利说明】一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统
【技术领域】
[0001]本发明型涉及一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统。特别是燃料电池控制系统的功能，燃料电池工作模式的选择，燃料电池工作参数通过按键在屏幕上的设置，反向电流的检测，充电电路构成，燃料电池电堆的保护等方面有了新突破。
【背景技术】
[0002]能源和环境问题目前在世界上已经成为一个被广泛关注的话题。传统一次能源逐渐匮乏以及大气污染程度的日益加剧，都迫使各国在研究和开发新能源方面加快了步伐，尤其是不断增加的车辆和工作热机排放出的二氧化碳气体对大气组成成份的影响，造成了全球气候的变暖。氢能燃料电池是一种直接将化学能装换成电能的装置，具有低噪声、无污染、功率可变、系统可靠、适用环境能力强等优点，因此成为全世界研究的重点方向。只要是用电的地方都可以用到它，如工厂、电站、电动汽车、航空航天、轮船等领域，但他的转换过程受到外界因素影响，特别是发出的功率越高，对外部的条件要求就越高，就需要控制系统来控制这些外部因素，如:电堆的温度、湿度、电压等，同时燃料电池采用的是氢气作为燃料，就需要控制进气的流量，同时控制一些阀门的自动开启和关断，使燃料电池产生的电压可以安全，方便的应用在负载上。传统的电动车，每次用户使用完电瓶里面的电，就需要换电瓶进行充电，比较繁琐。本发明采用双电源供电系统，不需要外部电源充电，给用户带来了很大的方便。
【发明内容】
[0003]本发明型的目的是:
[0004]1.当燃料电池用于供电系统上时，使用者可以通过显示屏观察到燃料电池的工作状态，同时工程师可以通过按键来调节燃料电池的工作状态，针对每个燃料电池的性能差异，找出最佳的工作状态。
[0005]2.实现双电源自动切换功能，实现自动充电。
[0006]3.通过自动控制供给负载电压的通断，来实现负载电流防反向，防止反向电流对造成对电堆的损害。
[0007]4.通过拨码开关，可以选择三种不同的工作参数，满足不同用户的需求。
[0008]5.通过单片机来控制水阀实现加湿器的自动加水，当水箱里面的水位过低时，水阀打开加水，超过设定值水阀自动关闭。
[0009]本发明型的技术解决方案是:一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统,其特征是系统刚开始启动时通过蓄电池供电，启动完成后通过DC-DC降压模块将燃料电池产生的电压降到13.8V给系统供电，同时给蓄电池充电。通过拨码开关来选择燃料电池的工作状态，分为A、B、C三种模式，模式选择之后，可以通过按键进入参数调节模式，来调节燃料电池的参数:风扇转速与温度、电流的关系，排气频率与电流的关系，负载的开启电压与关断电压，电流的最大值、开机活化次数和燃料电池运行过程中的活化次数及时间等，以便使燃料电池工作在最佳状态。当燃料电池在运行的过程中，出现异常时，蜂鸣器报警及屏幕相应参数闪烁，同时，屏幕上还会提示“请处理异常”异常解决了之后会提示“请开机”，开机成功之后会显示“运行中”，方便用户发现报警的原因，并及时解决，这样既保护电堆也防止负载受损，使负载可以安全，平稳的运行。
[0010]本发明型的有益效果为:通过显示及自动控制，更好的保护电堆，提高寿命及效率，同时方便用户了解燃料电池的工作状态，可以更安全，平稳的出行。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统原理图。
[0012]图2为一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统工作流程图。
【具体实施方式】
[0013]附图展示了本发明型的结构及工作实施例。系统原理图中:
[0014]1、传感器模块2、反向电流检测模块3、双电源供电及自动充电模块4、模式选择模块5、电磁阀模块6、显不模块7、风扇模块
[0015]下面综合附图对本发明型进一步说明。
[0016]首先整个系统通过双电源供电及自动充电模块(3)中的12V蓄电池进行供电，可以通过显示模块出)中的按键，进入参数设置单元，把燃料电池的工作参数设置进去，例如:短路的参数、燃料电池的温度极限值、负载的最大电流、风扇转速与温度及电流的关系表、排气阀频率与电流之间的关系、气瓶的最低气压值、进气阀的最高气压值，负载的开启及关闭电压等。参数设置完成后进入模式选择模块(4)，把拨码开关分别置于A、B、C档，把不同的参数下载进去，在程序运行中，选择哪个档，运行哪段程序。单片机接受传感器模块
(I)中的温度传感器、电流传感器、气压传感器、水位传感器采集到的数据，经过模数转换后，与显示模块(6)进行通信，显示在液晶屏上显示，当检测到的数据与设定值不吻合时，显示模块(6)中的显示屏上会提示“请处理异常”，出现异常的参数会闪烁，同时发出报警提示声，异常处理完毕之后，屏幕上显示“请开机”，同时报警，闪烁消失。按下启动开关，屏幕上会提示“运行中”。当燃料电池产生的电压大于设定值时，负载打开，同时双电源供电及自动充电模块⑶中的DC-DC降压模块把电压降到13.8V给系统供电，同时给蓄电池充电。在正常运行中，电磁阀模块(5)中的高压阀打开、进气阀打开、排气阀根据电流调整排气频率排气、水阀关闭。电磁阀模块(5)中的排气电磁阀随着传感器模块(I)中的电流传感器检测的值而改变，电流越大排气频率越快，电流越小排气频率越慢。风扇模块(7)中的风扇不仅与传感器器模块(I)中电流传感器检测到的电流有关还与温度传感器检测到的温度有关，没有电流时，风扇随着温度而改变，有电流时，随着电流的大小而改变。一旦传感器模块
(I)中的传感器检测值与设定值不吻合时，单片机会进行一些列的保护动作，同时发出报警提示音，便于用户排查故障。当反向电流检测模块(2)中反向检测装置检测到的小于IOA时，此时会关闭负载，防止电流进入电堆，影响电堆性能。
[0017]本次发明型中的功能，不仅方便了工程师得到燃料电池的最佳工作参数，而且方便了用户在日常中的使用，不需要外部电源给蓄电池充电。同时系统的启动响应快，比较平稳，在安全上有了保证。
【权利要求】
1.一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统，其特征是:利用一个单片机控制系统控制风扇、电磁阀、蜂鸣器、负载等的运行；并通过气压传感器、温度传感器、水位传感器、电压传感器、电流传感器采集到的数据通过液晶屏来实时显示；电堆的各种工作参数可以通过显示板上的按键来进行调节，使电堆可以工作在最佳的运行环境中；此外，控制系统还具有防反向电流功能，及燃料电池工作在异常环境下时，系统的保护功能，防止电堆及负载受到损害，同时还具有报警提示功能。
2.根据权利要求1所述的一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统，其特征是:显示装置通过液晶屏显示电流、电压、功率、水位、温度、气压，蓄电池电压、当前系统的工作模式等参数，并告诉用户目前处于那种工作状态，只有设置的所有参数正常时，才可以正常的开机运行；并且可以灵活的通过屏幕按扭设置初始参数，方便工程师调节参数，找出电堆的最佳工作状态。
3.根据权利要求1所述的一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统，其特征是:供给主板的电源可以自行切换，系统刚启动时通过12V铅酸蓄电池启动，当电堆产生的电压高于设定值时，通过DC-DC降压模块输出13.8V电源给主板供电，同时给12V铅蓄电池自行充电。
4.根据权利要求1所述的一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统，其特征是:当电堆的电压、电流、温度、气压、水位等出现异常时，影响燃料电池正常工作，单片机会采取保护措施及报警动作，方便用户及时解决问题。
5.根据权利要求1所述的一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统，其特征是:系统拥有三种工作模式，通过拨码开关来进行选择不同的工作参数，并且适用季节的变化，满足不同消费者的需求。
6.根据权利要求1所述的一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统，其特征是:排气阀的频率的设置，排气阀的频率与负载电流之间的对应关系，可以通过屏幕上的按键来进行设置，当电流大时，排气阀的频率可以设置的快一些，电流小时排气阀的频率可以慢一些，排气阀在运行的时候可以根据负载电流的不同，进行查表调节频率，可以设置255组参数。
7.根据权利要求1所述的一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统，其特征是:风扇转速的控制功能，风扇的转速不仅与电堆的温度有关，还与负载的电流有关，因此在屏幕上设置了一个风扇转速表，方便风扇在运行的时候，根据外部条件的变化进行及时的调节转速，使电堆的效率最好。
8.根据权利要求4所述的一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统，其特征是:燃料电池逆向电流保护功能，当电流传感器检测到的电流低于设定值时，会关断负载，防止反向电流进入电堆，对电堆进行损害。
9.根据权利要求4所述的一种应用于IOkW以下的氢能燃料电池控制系统，其特征是: 13.8V开关电源通过光耦控制MOSFET的通断实现防逆流功能，当开关电源关断时，蓄电池电压应不能加载在开关电源输出端。
【文档编号】H01M8/04GK103715439SQ201210381304
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】范继宝, 魏艳芹, 赵志刚 申请人:南京慧宇能源科技有限公司