置PWM中断机制的时序调度算法，在PWM中断程序中，实现蓄电池单元5所需要的高速运算，运算周期小于lOOus ;在返回PWM中断后，实现燃料电池单元4所需要的低速运算，运算周期小于10ms。从而解决了蓄电池单元5控制运算频率高而燃料电池单元4的控制运算频率低之间的矛盾问题。
[0126]在本实用新型一实施例中，燃料电池单元4可为质子交换膜燃料电池(PEMFC)，如图10所示，质子交换膜燃料电池由电解质以及连接到电解质两侧的多孔渗水阴极与阳极组成。电池的阴极与阳极由集流板，反应气体流道，气体扩散层(GDL)，微孔层，催化层组成。集流板用于收集电子，并向外输出电能，一般采用导电率高、力学性能稳定的金属板制成。反应气体流道用于反应气体的流动和将在燃料电池内部反应过程中生成的水排出。气体扩散层用于均匀分配反应物和将反应过程中的生产物排出，还用于传递电子和热量，气体扩散层是利用导电材料制成的多孔合成物。微孔层为涂布在气体扩散层上的薄层，也用于均匀分配反应气体，提供电池性能。催化层用于催化电池内部02与燃料发生电化学反应，催化层的性能直接影响质子交换膜燃料电池的性能。在图7所示的质子交换膜物质流向中，燃料电池不间断的向阳极输送燃料(?)，向阴极输送氧气(02)，在电极表面催化剂的作用下发生电化学反应。带电H+通过电解质从一个电极转移到另外一个电极，电子通过外部电路循环，形成电流。
[0127]在本实用新型一实施例中，上述的主控制器16、燃料供给控制10、空气供给控制11、数据采集模块12、燃料电池性能改善单元13、防反灌电路14和总电流与总电压传感器17可集成为该一体化燃料电池供电系统内部的一体化控制系统1。如图5所示。该一体化控制系统1与燃料供给2之间可通过气路连接；该一体化控制系统1与风扇3之间可通过功率回路和信号与控制线连接，一方面通过通过功率回路控制风扇的电力供给，另外一方面通过信号与控制线控制风扇的转速并获得风扇的速度反馈。该一体化控制系统1与燃料电池单元4之间可通过燃料管道，功率回路和信号与控制线连接，其中燃料管道用于一体化控制系统1控制燃料电池单元4燃料的供给和排放，功率回路用于燃料电池单元4输出电能到一体化控制系统1 ;信号与控制线路用于一体化控制系统1监控燃料电池的输出电压，电流和内部运行温度。该一体化控制系统1蓄电池5之间通过功率回路连接，与负载6之间也可通过功率回路连接。
[0128]上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种一体化燃料电池供电系统，其特征在于，包括:燃料电池单元(4)、主控制器(16)、充电功率模块(15)、放电功率模块(18)和蓄电池单元(5); 所述充电功率模块(15) —端与所述燃料电池单元(4)连接，另一端与所述蓄电池单元(5)连接；所述放电功率模块(18) —端与所述蓄电池单元(5)连接，另一端与负载(6)连接; 所述充电功率模块(15)和放电功率模块(18)的逻辑控制由所述主控制器(16)完成；所述主控制器(16)控制所述充电功率模块(15)实现由所述燃料电池单元(4)向蓄电池单元(5)的充电；所述主控制器(16)控制所述放电功率模块(18)实现由所述蓄电池单元(5)向负载(6)的放电。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控制器(16)控制所述充电功率模块(15)对蓄电池单元(5)进行恒定电流或恒定电压充电。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括:防反灌电路(14); 所述防反灌电路(14)的输入端与燃料电池单元⑷连接，输出端与负载(6)连接，用于阻断蓄电池单元(5)对燃料电池单元(4)放电。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述防反灌电路(14)为一个二极管，或包括并联的至少两个二极管，或MOS管电路。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，进一步包括??总电流与总电压传感器(17)； 所述总电流与总电压传感器(17)分别与防反灌电路(14)和负载(6)连接，总电流与总电压传感器(17)的信号线与主控制器(16)的模拟量输入口连接，用于检测整个系统对外输出的总电压与总电流。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述充电功率模块(15)包括电力电子电路(151)、电流检测电路(152)、电压检测电路(154)和PWM控制电路(153)； 电力电子电路(151)的输入端作为充电功率模块(15)的输入端与防反灌电路(14)的输出端连接；电力电子电路(151)的输出端作为充电功率模块(15)的输出端与蓄电池单元(5)连接，同时，所述电力电子电路(151)还包括电子开关PWM端、电流传感器和电压传感器; 电流检测电路(152) —端与电力电子电路(151)的电流传感器连接，另一端与主控制器(16)的模拟量输入口连接，用于检测蓄电池单元(5)的充电电流； 电压检测电路(154) —端与电力电子电路(151)中的电压传感器连接，另一端与主控制器(16)的模拟量输入口连接，用于检测蓄电池单元(5)的充电电压； PWM控制电路(153) —端与主控制器(16)的PWM输出口连接，另一端与电力电子电路(151)的电子开关PWM端连接，用于接收主控制器(16)的PWM信号，控制电力电子电路(151)对蓄电池单元(5)充电。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电力电子电路(151)包括第一MOS管(301)、电感(302)、第一二极管(303)、第二二极管(304)和第二 MOS 管(305); 第一 MOS管(301)的栅极连接主控制器(16)，漏极连接燃料电池单元(4)，源极分别与第一二极管(303)的负极和电感(302)的一端连接；第二MOS管(305)的栅极连接主控制器(16)、源极连接蓄电池单元(5)负极，漏极分别与电感(302)的另一端和第二二极管(304)的正极连接；第一二极管(303)正极与蓄电池单元(5)正极连接，第二二极管(304)负极与蓄电池单元(5)负极连接。8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，进一步包括:电池均衡与安全监测电路(156)，所述电池均衡与安全监测电路(156)连接在所述蓄电池单元(5)和主控制器(16)之间。9.根据权利要求8所述的系统，所述蓄电池单元(5)为包括至少一节锂电池的锂电池单元。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电池均衡与安全监测电路(156)包括安全监测专用芯片、电池均衡专用芯片、热敏电阻分压电路、至少一个MOS管和至少一个限流电阻； 所述热敏电阻分压电路与所述安全监测专用芯片连接，用于检测每一节锂电池的欠压信号、过压信号和过温信号；所述安全监测专用芯片与每一节锂电池的正负极相连，并将欠压信号、过压信号和过温信号返回至主控制器(16); 所述每一个MOS管与一个限流电阻串联，并分别与一节锂电池并联；所述电池均衡专用芯片分别与每一节锂电池的正负极和每一个MOS管的栅极相连，并通过SPI总线与主控制器(16)连接。
【专利摘要】本实用新型提供一种一体化燃料电池供电系统，提高了系统的集成化程度，减小了系统的体积。该系统包括：燃料电池单元(4)、主控制器(16)、充电功率模块(15)、放电功率模块(18)、蓄电池单元(5)；所述充电功率模块(15)一端与所述燃料电池单元(4)连接，另一端与所述蓄电池单元(5)连接；所述放电功率模块(18)一端与所述蓄电池单元(5)连接，另一端与负载(6)连接；所述充电功率模块(15)和放电功率模块(18)的逻辑控制由所述主控制器(16)完成；所述主控制器(16)控制所述充电功率模块(15)实现由所述燃料电池单元(4)向蓄电池单元(5)的充电；所述主控制器(16)控制所述放电功率模块(18)实现由所述蓄电池单元(5)向负载(6)的放电。
【IPC分类】H02J7/00, H01M8/04, H02J7/34
【公开号】CN204992738
【申请号】CN201520346377
【发明人】左彬, 叶蕾, 刘杰
【申请人】武汉众宇动力系统科技有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年5月26日