一种具有交流电输出功能的氢燃料电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种具有交流电输出功能的氢燃料电池，其解决了现有氢燃料电池不能向交流用电负载提供交流电的技术问题，其包括相互连接的燃料电池模块、中央控制单元、蓄电池、室外散热单元、DC／DC转换单元和电磁阀，燃料电池模块包括供氢单元和发电单元，电磁阀通过管道与供氢单元连接，还设有逆变电路、PWM隔离驱动电路、交流输出滤波电路和保护电路，逆变电路与DC／DC转换单元连接，PWM隔离驱动电路设于逆变电路与中央控制单元之间，交流输出滤波电路与逆变电路连接，保护电路设于交流输出滤波电路与中央控制单元之间。本实用新型广泛应用于应急、后备电源【技术领域】。
【专利说明】—种具有交流电输出功能的氢燃料电池
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电源，特别是涉及一种具有交流电输出功能的氢燃料电池。【背景技术】
[0002]氢燃料电池已经成功应用在基站、变电站、电信设备等领域，其作为应急或后备直流电源使用，具有很多传统电池所不具备的优势。氢燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，其工作原理是将氢气送到阳极且被氧化，将氧化剂送到阴极其被还原，氢原子中的电子被分离来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达电池阴极，而电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路。
[0003]然而，现有的氢燃料电池只能提供直流电源，而不能向交流用电负载提供交流电源。
【发明内容】
[0004]本实用新型为了解决现有氢燃料电池不能向交流用电负载提供交流电的技术问题，提供一种能够输出交流电的具有交流电输出功能的氢燃料电池。
[0005]本实用新型提供一种具有交流电输出功能的氢燃料电池，包括燃料电池模块、中央控制单元、蓄电池、室外散热单元、DC / DC转换单元和电磁阀，DC / DC转换单元与中央控制单元连接，燃料电池模块与DC / DC转换单元连接；燃料电池模块包括供氢单元和发电单元，电磁阀通过管道与供氢单元连接；蓄电池与中央控制单元连接，室外散热单元与中央控制单兀连接；
[0006]还设有逆变电路、PWM隔离驱动电路、交流输出滤波电路和保护电路，逆变电路与DC / DC转换单元连接，PWM隔离驱动电路设于逆变电路与中央控制单元之间，交流输出滤波电路与逆变电路连接，保护电路设于交流输出滤波电路与中央控制单元之间。
[0007]优选地，逆变电路包括四个功率开关管，该四个功率开关分别为第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管；第一功率开关管的集电极和第二功率开关管的集电极连接，第三功率开关管的发射级和第四功率开关管的发射级连接；第一功率开关管的栅极通过第一电阻连接到PWM隔离驱动电路，第二功率开关管的栅极通过第二电阻连接到PWM隔离驱动电路，第三功率开关管的栅极通过第三电阻连接到PWM隔离驱动电路，第四功率开关管的栅极通过第四电阻连接到PWM隔离驱动电路；
[0008]第一电阻的两端并联有第一二极管，第二电阻的两端并联有第二二极管，第三电阻的两端并联有第三二极管，第四电阻的两端并联有第四二极管；第一电阻的一端与第一功率开关管的发射极之间连接有第五电阻，第二电阻的一端与第二功率开关管的发射极之间连接有第七电阻，第三电阻的一端与第三功率开关管的发射极之间连接有第六电阻，第四电阻的一端与第四功率开关管的发射极之间连接有第八电阻；
[0009]第一功率开关管和第三功率开关管之间的节点通过第一电感和第二电容连接到第二功率开关管和第四功率开关管之间的节点，第二电容的两端并联有第二电感，第二电感的两端并联第三电容，第四电容和第五电容串联后并在第三电容两端。
[0010]本实用新型的有益效果是，体积小，集成化程度高；能够同时输出直流电和交流电，输出的交流电波形平滑稳定，不易受负载变化而波动；本装置运行安全、稳定、可靠，具有过流/过压/欠压保护功能；具有自动切换电源输出的功能，使得使用更加方便。
[0011]本实用新型进一步的特征，将在以下【具体实施方式】的描述中，得以清楚地记载。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的原理框图；
[0013]图2是逆变电路的电路原理图。
[0014]附图符号说明:
[0015]1.中央控制单元，2.DC / DC转换单元，3.燃料电池模块，4.电磁阀，5.蓄电池，
6.室外散热单元，7.逆变电路，8.PWM隔离驱动电路，9.交流输出滤波电路，10.保护电路，
11.氢气源，3a.供氢单元，3b.发电单元，VTl.第一功率开关管，VT2.第二功率开关管，VT3.第三功率开关管，VT4.第四功率开关管，C1、C2、C3、C4、C5分别为第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容，DU D2、D3、D4分别为第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，LUL2分别为第一电感、第二电感，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9分别为第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，本实用新型包括中央控制单元1、DC / DC转换单元2、燃料电池模块
3、电磁阀4、蓄电池5和室外散热单元6，DC / DC转换单元2与中央控制单元I连接，燃料电池模块3与DC / DC转换单元2连接，电磁阀4通过管道与燃料电池模块3连接，蓄电池5与中央控制单元I连接，室外散热单元6与中央控制单元I连接。
[0017]燃料电池模块3包括供氢单元3a和发电单元3b，供氢单元3a与发电单元3b连接。电磁阀4通过管道与供氢单元3a连接形成氢气输入流通路径。发电单元3b接收来自供氢单元3a的氢气并发出直流电，该直流电是燃料电池模块3的输出。
[0018]DC / DC转换单元2将燃料电池模块3输出的电压转换成DC45V直流电，DC / DC转换单元2的输出端可以连接直流负载，向直流负载提供DC45V的直流电。蓄电池5的输出端也可以连接直流负载，向直流负载提供DC45V的直流电。
[0019]中央控制单元I为整个装置的中央数据处理及控制装置，用于控制整个装置的工作。中央控制单元I可以是包括MCU、ARM或DSP等芯片的控制装置。
[0020]本实用新型还设有逆变电路7、PWM隔离驱动电路8、交流输出滤波电路9和保护电路10。逆变电路7与DC / DC转换单元2连接，逆变电路7与中央控制单元I之间连接有PWM隔离驱动电路8，交流输出滤波电路9与逆变电路7连接，交流输出滤波电路9的输出端与保护电路10连接。保护电路10的输出端与所述中央控制单元I连接。
[0021]逆变电路7为IGBT型全桥逆变器，用于将DC / DC转换单元2输出的DC45V进行DC / AC逆变，输出AC220V / 60Hz的交流电，该交流电再通过交流输出滤波电路9实现对噪音和干扰的滤除，使AC220V / 60Hz交流电的波形平滑、稳定。
[0022]PWM隔离驱动电路8采用PWM脉宽调制控制电路，用于接收中央控制单元I的指令驱动逆变电路7工作。
[0023]保护电路10能够对交流输出滤波电路9输出的交流电压进行过流、欠压和过压保护电路，保证整个装置的安全可靠运行。
[0024]室外散热单元6能够在中央控制单元I的控制下对燃料电池模块3、逆变电路7和PWM隔离驱动电路8进行散热冷却。推荐使用风机进行风冷，保证燃料电池模块3、逆变电路7和PWM隔离驱动电路8的正常工作温度。
[0025]电磁阀4的输入端与氢气源11连通，电磁阀4能够控制流入燃料电池模块3的供氢单元3a的氢气的流量大小。具体是中央控制单元I向电磁阀4发出指令，驱动电磁阀4的打开或关闭，电磁阀4不是开关阀，其开关量是可以呈线性变化的。
[0026]进一步对本实用新型进行说明，如图2所示，逆变电路7由四个功率开关管构成的桥式逆变电路，直流电压DC45V经过第一电容Cl输入给桥式逆变电路。
[0027]四个功率开关分别为第一功率开关管VT1、第二功率开关管VT2、第三功率开关管VT3、第四功率开关管VT4。直流电压DC45V的正极与第一功率开关管VTl的集电极和第二功率开关管VT2的集电极连接，负极与第三功率开关管VT3的发射级和第四功率开关管VT4发射级连接。第一功率开关管VTl的栅极通过第一电阻Rl连接到PWM隔离驱动电路8，第二功率开关管VT2的栅极通过第二电阻R2连接到PWM隔离驱动电路8，第三功率开关管VT3的栅极通过第三电阻R3连接到PWM隔离驱动电路8，第四功率开关管VT4的栅极通过第四电阻R4连接到PWM隔离驱动电路8。PWM隔离驱动电路8的驱动信号发送到第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。第一电阻Rl两端并联有第一二极管D1，第二电阻R2两端并联有第二二极管D2，第三电阻R3两端并联有第三二极管D3，第四电阻R4两端并联有第四二极管D4。第一电阻Rl的一端与第一功率开关管VTl的发射极之间连接有第五电阻R5，第二电阻R2的一端与第二功率开关管VT2的发射极之间连接有第七电阻R7，第三电阻R3的一端与第三功率开关管VT3的发射极之间连接有第六电阻R6，第四电阻R4的一端与第四功率开关管VT4的发射极之间连接有第八电阻R8。第六电阻R6的一端通过第九电阻R9连接直流电压DC45V的负极。
[0028]第一功率开关管VTl和第三功率开关管VT3之间的节点与第二功率开关管VT2和第四功率开关管VT4之间的节点组成了交流输出AC220V / 60HZ。第一功率开关管VTl和第三功率开关管VT3之间的节点通过第一电感LI和第二电容C2连接到第二功率开关管VT2和第四功率开关管VT4之间的节点，第二电容C2两端并联第二电感L2，第二电感L2两端并联第三电容C3，第四电容C4和第五电容C5串联后并在第三电容C3两端。
[0029]功率开关管可以是IGBT或MOSFET
[0030]本装置在使用时，直流负载使用DC / DC转换单元2提供的DC45V的直流电，同时直流负载也可以使用蓄电池5输出的直流电，选择使用哪个单元供电是由中央控制单元I进行自动切换控制的。交流负载使用交流输出滤波电路9输出的AC220V / 60Hz交流电。
[0031]以上所述仅对本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡是在本实用新型的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具有交流电输出功能的氢燃料电池，包括燃料电池模块，其特征在于: 还包括中央控制单元、蓄电池、室外散热单元、DC / DC转换单元和电磁阀，所述DC /DC转换单元与所述中央控制单元连接，所述燃料电池模块与所述DC / DC转换单元连接；所述燃料电池模块包括供氢单元和发电单元，所述电磁阀通过管道与所述供氢单元连接；所述蓄电池与所述中央控制单元连接，所述室外散热单元与所述中央控制单元连接； 还设有逆变电路、PWM隔离驱动电路、交流输出滤波电路和保护电路，所述逆变电路与所述DC / DC转换单元连接，所述PWM隔离驱动电路设于所述逆变电路与所述中央控制单元之间，所述交流输出滤波电路与所述逆变电路连接，所述保护电路设于所述交流输出滤波电路与所述中央控制单元之间。
2.根据权利要求1所述的具有交流电输出功能的氢燃料电池，其特征在于，所述逆变电路包括四个功率开关管，该四个功率开关分别为第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管；所述第一功率开关管的集电极和所述第二功率开关管的集电极连接，所述第三功率开关管的发射级和所述第四功率开关管的发射级连接；所述第一功率开关管的栅极通过第一电阻连接到所述PWM隔离驱动电路，所述第二功率开关管的栅极通过第二电阻连接到所述PWM隔离驱动电路，所述第三功率开关管的栅极通过第三电阻连接到所述PWM隔离驱动电路，所述第四功率开关管的栅极通过第四电阻连接到所述PWM隔离驱动电路； 所述第一电阻的两端并联有第一二极管，所述第二电阻的两端并联有第二二极管，所述第三电阻的两端并联有第三二极管，所述第四电阻的两端并联有第四二极管；所述第一电阻的一端与所述第一功率开关管的发射极之间连接有第五电阻，所述第二电阻的一端与所述第二功率开关管的发射极之间连接有第七电阻，所述第三电阻的一端与所述第三功率开关管的发射极之间连接有第六电阻，所述第四电阻的一端与所述第四功率开关管的发射极之间连接有第八电阻； 所述第一功率开关管和所述第三功率开关管之间的节点通过第一电感和第二电容连接到所述第二功率开关管和所述第四功率开关管之间的节点，所述第二电容的两端并联有第二电感，所述第二电感的两端并联第三电容；还设有第四电容和第五电容，所述第四电容和所述第五电容串联后并在所述第三电容两端。
【文档编号】H02M7/5387GK203491744SQ201320576907
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】董彪, 董捷, 徐宝军 申请人:陕西荣基实业有限公司