专利名称：燃料电池供电装置和供电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池供电装置和供电系统。
背景技术：
燃料电池是一种环境友好、高效、长寿命的发电装置。以质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,简称PEMFC)为例,燃料气体从阳极侧进入,氢原子在阳极失去电子变成质子，质子穿过质子交换膜到达阴极，电子同时经由外部回路也到达阴极，在阴极质子、电子与氧气结合生成水。燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，由于不受卡诺循环的限制其直接发电效率可高达45%。以电池堆为核心发电装置，燃料电池系统集成了电源管理，热管理等模块，具有热、电、水、气统筹管理的特征。燃料电池系统产品从固定式电站，到移动式电源；从电动汽车，到航天飞船；从军用装备，到民用产品有着广泛的应用空间。燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，此环节不受卡诺循环的限制，其直接发电效率可高达45%，而后通过合适的功率变换，向最终负载供电，其燃料的综合发电效率与功率变换器的效率直接相关，决定了燃料电池的最终发电成本，因此追求高效率是燃料电池作为备用电源的目标之一。另一方面由于燃料电池气体供应的方式，使得其瞬态特性差，表现为应对负载功率突变的能力差，负载在一定范围内的功率脉动耦合到燃料电池上，会导致燃料电池发电效率的下降，进而影响燃料电池使用寿命。针对相关技术中燃料电池的发电效率容易受负载影响的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种燃料电池供电装置和供电系统，以解决现有技术中燃料电池的发电效率容易受负载影响的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了 一种燃料电池供电装置，包括燃料电池；逆变器；第一变换单元，输入端与燃料电池相连接，输出端与逆变器的输入端相连接；第二变换单元，第一电能传输端连接至第一节点，其中，第一节点为燃料电池与第一变换单元之间的节点；充放电储能单元，与第二变换单元的第二电能传输端相连接；第一输出端，设置在第二节点，用于连接直流负载，其中，第二节点为第二变换单元与充放电储能单元之间的节点；第二输出端，设置在逆变器的输出端，用于连接交流负载；以及控制单元，与第二变换单元的控制端相连接，用于根据交流负载或直流负载需求功率的变化，控制第二变换单元的变换方向。进一步地，控制单元还用于根据直流负载需求功率的变化控制第二变换单元的功率变换幅度，控制单元包括功率监控模块，用于对交流负载、直流负载和充放电储能单元的功率进行实时获取，并按照实时获取到的功率之和控制燃料电池的输出功率；以及控制模块，与功率监控模块和第二变换单元的控制端均相连接，用于根据燃料电池输出功率的变化，控制第二变换单元的功率变换幅度和变换方向。进一步地，控制模块包括第一控制子模块，与第二变换单元的控制端相连接，用于根据燃料电池输出电流的变化，控制第二变换单元的功率变换幅度和变换方向；以及第二控制子模块，与第二变换单元的控制端相连接，用于根据燃料电池输出电压的变化，控制第二变换单元的功率变换幅度和变换方向。进一步地，燃料电池供电装置还包括切换单元，其中，第一控制子模块和第二控制子模块均通过切换单元与第二变换单元的控制端相连接，切换单元用于选中第一控制模块子对第二变换单元的功率变换幅度和变换方向进行控制，或选中第二控制子模块对第二变换单元的功率变换幅度和变换方向进行控制。进一步地,第一控制子模块包括第一误差放大器，第一误差放大器的正向输入端接收燃料电池的预设输出电流，第一误差放大器的反向输入端接收燃料电池的实际输出电流，第二控制子模块包括第二误差放大器，第二误差放大器的正向输入端接收燃料电池的输出电压，第二误差放大器的反向输入端接收预设输出电压。进一步地，功率监控模块包括计算子模块，用于根据获取到的功率之和计算燃料电池的预设输出电流和预设输出电压，其中，第一误差放大器的正向输入端用于接收来自计算子模块的电流输出信号，第二误差放大器的负向输入端用于接收来自计算子模块的电压输出信号。进一步地，燃料电池供电装置还包括滤波单元，与逆变器的输入端相连接。为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种供电系统，包括本发明上述内容所提供的任一种燃料电池供电装置。通过本发明，采用包括以下结构的燃料电池供电装置燃料电池；逆变器；第一变换单元，输入端与燃料电池相连接，输出端与逆变器的输入端相连接；第二变换单元，第一电能传输端连接至第一节点，其中，第一节点为燃料电池与第一变换单元之间的节点；充放电储能单元，与第二变换单元的第二电能传输端相连接；第一输出端，设置在第二节点，用于连接直流负载，其中，第二节点为第二变换单元与充放电储能单元之间的节点；第二输出端，设置在逆变器的输出端，用于连接交流负载；以及控制单元，与第二变换单元的控制端相连接，用于根据直流负载或交流负载需求功率的变化，控制第二变换单元的变换方向。通过在燃料电池的供电装置中设置连接在第一节点和充放电储能单元之间的第二变换单元，并根据负载的需求功率来控制第二变换单元的变换方向，实现了当交流负载的需求功率突增时，可以由充放电储能单元通过第二变换单元向交流负载补充能量，当交流负载的需求功率突减时，可以由燃料电池通过第二变换单元将富余能量存储在充放电储能单元中，当直流负载的需求功率突增时，由充放电储能单元直接对直流负载补充能量，当直流负载的需求功率突减时，可以由燃料电池通过第二变换单元将富余能量存储在充放电储能单元中，避免燃料电池因瞬态特性差而出现发电功率容易受负载功率影响的弊端，进而达到了提高燃料的发电效率。解决了现有技术中燃料电池的发电效率容易受负载影响的问题，进而达到了提高燃料电池的发电效率和使用寿命。
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是根据本发明实施例的燃料电池供电装置的示意图；图2是根据本发明实施例的燃料电池供电装置中切换单元的一种电路图；图3a是根据本发明实施例的燃料电池供电装置中燃料电池的输出电流的波形；图3b是根据本发明实施例的燃料电池供电装置中第一变换单元的输入电流的波形；图3c是根据本发明实施例的燃料电池供电装置中第二变换单元的输入电流的波形；以及图4是根据本发明实施例的供电系统的示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。本发明实施例提供了一种燃料电池供电装置，以下对本发明实施例所提供的燃料电池供电装置进行具体介绍图1是根据本发明实施例的燃料电池供电装置的示意图，如图1所示，该实施例的燃料电池供电装置包括燃料电池1、逆变器6、第一变换单元I (S卩，DC/DC2)、第二变换单元2 (即，DC/DC3)、充放电储能单元3、第一输出端01、第二输出端02和控制单元。具体地，第一变换单元I和第二变换单元2均为直流功率变换单元，并且第二变换单元2为双向直流功率变换单元，`直流功率变换单元DC/DC2的输入端与燃料电池I的输出相连接，直流功率变换单元DC/DC2的输出端与逆变器6的输入端相连接；双向直流功率变换单元DC/DC3的一个电能传输端与第一节点相连接，另一个电能传输端与充放电储能单元3相连接，第一节点为燃料电池I与直流功率变换单元DC/DC2之间的节点；第一输出端01设置在第二节点，第二节点为双向直流功率变换单元DC/DC3与充放电储能单元3之间的节点，用于连接直流负载；第二输出端02设置在逆变器的输出端，用于连接交流负载；控制单元与双向直流功率变换单元DC/DC4的控制端相连接，用于根据直流负载或交流负载需求功率的变化，控制双向直流功率变换单元DC/DC3的变换方向。其中，双向直流功率变换单元DC/DC3的一种功率转换方向是燃料电池的能量到直流负载和充放电储能模块，另一种功率转换方向是释放储能模块的能量为直流功率变换单元DC/DC2供电；直流功率变换单元DC/DC2用于将燃料电池的输出电压、或将燃料电池的输出电压和来自双向直流功率变换单元DC/DC3的输出电压转换为逆变器的前级电压，其中，直流功率变换单元DC/DC2包括但不限于推挽电路、半桥电路和全桥电路等功率拓扑。本发明实施例通过在燃料电池的供电装置中设置连接在第一节点和充放电储能单元之间的第二变换单元，并根据负载的需求功率来控制第二变换单元的变换方向，实现了当交流负载的需求功率突增时，可以由充放电储能单元通过第二变换单元向交流负载补充能量，当交流负载的需求功率突减时，可以由燃料电池通过第二变换单元将富余能量存储在充放电储能单元中，当直流负载的需求功率突增时，由充放电储能单元直接对直流负载补充能量，当直流负载的需求功率突减时，可以由燃料电池通过第二变换单元将富余能量存储在充放电储能单元中，避免燃料电池因瞬态特性差而出现发电功率容易受负载功率影响的弊端，进而达到了提高燃料的发电效率。解决了现有技术中燃料电池的发电效率容易受负载影响的问题，进而达到了提高燃料电池的发电效率和使用寿命。进一步,控制单元还用于对双向直流功率变换单元进行能量传递时的功率变换幅度进行控制，所谓功率变换幅度也即是能量传递大小，具体地，控制单元可以包括功率监控模块7和控制模块，其中，功率监控模块7用于对连接在第二输出端02的交流负载的功率Pa。、连接在第一输出端01的直流负载的功率PD。和充放电储能单元3的功率Pbat进行实时获取，并按照实时获取到的功率之和控制燃料电池的输出功率，即，产生与获取的功率之和相对应的功率需求指令，并按照功率需求指令供应燃料最终产生电能，其中，功率监控模块控制燃料电池的输出功率Pi义Pac+Pdc+Pbat^精确地，可以控制Prc=PAe+PDe+PBAT ;控制模块则用于根据功率监控模块确定出的燃料电池的输出功率的变化，来控制双向直流功率变换单元DC/DC3的变换方向和功率变换幅度，其中，充放电储能单元的功率Pbat包括但不限于通过监测充放电储能单元的电压、充放电储能单元荷电状态(State Of Charge,简称S0C)获取。其中，控制模块包括第一控制子模块和第二控制子模块，第一控制子模块用于根据燃料电池输出电流的变化来控制双向直流功率变换单元的变换方向和功率变换幅度；第二控制子模块用于根据所述燃料电池输出电压的变化来控制双向直流功率变换单元的变换方向和功率变换幅度。本发明实施例的燃料电池供电装置还包括切换单元24，其中，第一控制子模块和第二控制子模块均通过切换单元24与双向直流功率变换单元DC/DC3的控制端相连接，切换单元24用于选中第一控制子模块对双向直流功率变换单元DC/DC3的变换方向和功率变换幅度进行控制，或选中第二控制子模块对双向直流功率变换单元DC/DC3的变换方向和功率变换幅度进行控制。本发明实施例中第一控制子模块和第二控制子模块的功能可以通过电压型运算放大器、电流型跨导放大器和数字PID控制等来实现，切换单元24可以模拟通道电路实现选择切换、也可以在数字PID控制下实现选择切换，以下以各个控制子模块均采用误差放大器(电压型运算放大器或电流型跨 导放大器)，切换单元24采用图2中示出的二极管与电压源、限流电阻相配合的方式，来进一步说明本发明实施例的燃料电池供电装置具体地,第一控制子模块可以包括第一误差放大器21,第一误差放大器21的正向输入端接收燃料电池的预设输出电流Iref，第一误差放大器21的反向输入端接收燃料电池的实际输出电流Ifc，第一误差放大器21的输出端连接二极管27的阴极，5V直流电压源经电阻R1、光耦隔离芯片U9连接至二极管27的阳极；第二控制子模块可以包括第二误差放大器23,第二误差放大器23的正向输入端接收燃料电池的输出电压Vdc,第二误差放大器23的反向输入端接收预设输出电压Vref，第二误差放大器23的输出端连接二极管26的阴极，5V直流电压源经电阻R1、光耦隔离芯片U9连接至二极管26的阳极；光耦隔离芯片U9、电阻Rl和Re、电容Ce、电压源V5C以及二极管26和27组成切换单元，输出端连接至双向直流功率变换单元的控制端，输入端为二极管26和27的阴极，图2中示出的误差放大器21，23上的电阻和电容起到闭环补偿的作用(B卩，闭环控制中的PI调节器)。其中，燃料电池的实际输出电流Ifc可以通过设置在燃料电池输出线路上的电流采样部件20来获取，燃料电池的预设输出电流Iref和预设输出电压Vref包括但不限于根据燃料电池的工作状态的给定或者根据燃料电池的回馈信号的给定，在本发明实施例中，所谓根据燃料电池的工作状态或者根据燃料电池的回馈信号给定燃料电池的预设输出电流Iref和预设输出电压Vref,即是指由功率监控模块7中的计算子模块根据输出功率Pfc计算出燃料电池的预设输出电流Iref和预设输出电压Vref，简单来讲，在燃料电池未启动完成或未投入运行的情况下，Ifc为O，只要lref>0，第一误差放大器输出高电平，二极管26截止，第二误差放大器闭环工作，使得DC/DC3工作于放电状态，第一节点的电压Vdc等于Vref，通过设定Vref接近燃料电池的接入电压，可以避免燃料电池在投入运行时由于电压差而引起的电流过冲；在燃料电池投入运行后，根据功率输出设定Iref，同时降低Vref，直到Vref〈Vdc，第二误差放大器输出高电平，二极管27截止，第一误差放大器闭环工作；此时Vref可以起到燃料电池最低放电电压限制的作用，在燃料电池发生电压突变的情况下，保护燃料电池。当控制燃料电池的输出功率Pr大时，所计算出的预设输出电流变大，反之，则小。其中，燃料电池包括燃料电池堆、燃料电池发电控制系统、辅助设备(Balance of Plant，简称B0P，也叫辅机，可能包括电磁阀、质量流量计、空气泵等)单元等，其发电控制系统可根据功率监控模块的Prc指令，控制燃料供应、BOP的运行，发电控制系统同时实时的监控燃料电池堆并与功率监控模块信息交互，将燃料电池堆的工作状态反馈至功率监控模块，并由功率监控模块中的计算子模块根据回馈信号和输出功率Pr计算预设输出电流Iref和预设输出电压Vref。基于燃料电池供电装置的以上构造说明本发明实施例的燃料电池供电装置的工作原理双向直流功率变换单元DC/DC3采用电流控制或电压控制，在网侧电压异常、但燃料电池尚未启动的情况下，由电压控制环路来决定双向直流功率变换单元DC/DC3的功率变换幅度和变换方向，DC/DC3从充放电储能单元3中获取的能量由预设输出电压Vref和燃料电池实际应输出的电压Vdc给定，即，当网侧电压异常时，功率监控单元给定预设输出电压Vref，以第一节点的电压大小为Vdc，该Vdc的大小应该满足负载需求，但是由于燃料电池尚未投入运行，误差放大器23闭环工作，二极管27导通，在二极管27导通的情况下，双向直流功率变换单元DC/DC3的控制端接收到控制信号，在该控制信号下，双向直流功率变换单元DC/DC3实现将充放电储能单元3中的能量传递给直流功率变换单元DC/DC2，传递幅度的大小通过误差放大器23上的电容和电阻的闭环补偿，跟踪误差放大器23的输出降低程度，以此实现通过电压环控制环路来控制双向直流功率变换单元DC/DC3 ;在网侧电压异常、燃料电池启动后，燃料电池有电流输出，此种情况下，由电流控制环路来决定双向直流功率变换单元DC/DC3的功率变换幅度和变换方向。燃料电池供电装置开始投入运行后，燃料电池I产生的一部分电能通过直流功率变换单元DC/DC2、逆变器6后给交流负载供电，另一部分电能通过双向直流功率变换单元DC/DC3后给直流负载和充放电储能单元3供电。交流负载功率PA。突增时，需要从燃料电池获取到较大的输出电流Ifc，功率监控模块将会给出信号到燃料电池堆，使其发出更多的Pfc，此时，在燃料电池需要输出的功率变大的情况下，给定燃料电池的预设输出电流Iref逐渐变大，在燃料电池输出功率和实际输出电流增加到相应的目标值之前，直流功率变换单兀DC/DC2需要的输入电流大于Iref,第一误差放大器的输出控制信号变低,二极管26导通，在二极管26导通的情况下，双向直流功率变换单元DC/DC3的变换方向满足充放电储能单元3通过双向直流功率变换单元DC/DC3放电，来补充交流负载所需能量；双向直流功率变换单元DC/DC3的传递幅度的大小通过误差放大器21上的电容和电阻的闭环补偿，跟踪误差放大器21的输出降低程度，即，在误差放大器21输出控制信号越低，说明需要补偿越多；交流负载P&突减时，功率监控模块将会给出信号到燃料电池堆，使其发出更少的PF。，需要从燃料电池获取到较小的输出电流Ifc，此时，在燃料电池需要输出的功率变小的情况下，给定燃料电池的预设输出电流Iref逐渐变小，在燃料电池输出功率和实际输出电流减小到相应的目标值之前，直流功率变换单元DC/DC2需要的输入电流小于Iref，第一误差放大器的输出控制信号变高，二极管26截止，在二极管26截止的情况下，双向直流功率变换单元DC/DC3的变换方向满足燃料电池发出的富余能量通过双向直流功率变换单元DC/DC3为充放电储能单元3供电，同时，双向直流功率变换单元DC/DC3的传递幅度的大小通过误差放大器21上的电容和电阻的闭环补偿，跟踪误差放大器21的输出升高程度，即，在误差放大器21输出控制信号越高，说明需要存储越多。直流负载功率PD。发生变化时，燃料电池备用电源及其控制系统的工作情况与交流负载功率PA。发生变换时类似。直流负载Pd。突增时，储能模块通过放电补充直流负载所需能量。直流负载Pdc突减时，燃料电池发出的富余能量将通过双向直流功率变换单元DC/DC3为储能模块充电。从以上工作原理的描述中可以看出，在系统的总功率需求对应的电流值变大(即，负载的需要功率变大)，给定的预设电流Iref尚未达到需求电流的情况下，燃料电池供电装置通过充放电储能单元放电，来补充能量；在系统的总功率需求对应的电流值变小(即，负载的需要功率变小)，给定的预设电流Iref尚未减小到需求电流的情况下，燃料电池产生的富余能量可以用来对充放电储能单元进行充电，实现能量缓存。其中，本发明实施例中的交流输出不限于交流电压等级，不限于单相输出或者三相输出；逆变器不限于逆变拓扑电路结构及其逆变控制方式及其输出波形；充放电储能单元包含且不仅限于铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池、超级电容等，在采用燃料电池供电装置的供电系统中的网侧电压异常的情况下，充放电储能单元释放能量为直流负载供能；充放电储能单元通过双向直流功率变换单元DC/DC3和直流功率变换单元DC/DC2升压后再通过逆变器单元为交流负载供能；同时充放电储能单元为燃料电池单元供能，准备燃料电池的启动。当燃料电池投入运行后，充放电储能单元进行充电储能。燃料电池正常工作时，燃料电池输出的一部分电能通过直流功率变换单元DC/DC2、逆变器单元后给交流负载供电，另一部分电能通过双向直流功率变换单元DC/DC3后给直流负载和储能模块供电，对于直流功率变换单元DC/DC2因交流负载的存在而造成的工频纹波电流，通过双向直流功率变换单元DC/DC3的电流跟踪控制可以很好的抑制，使得燃料电池实现恒流控制。在本发明实施例中，各个直流功率变换单元的功率拓扑结构包括但不限于隔离型、非隔离型开关变换结构，以直流负载功率保持1. 2kW不变，交流负载功率Pac由800W突增到2. 4kff为例，在本发明实施例的附图中，图3a示出了燃料电池的输出电流的波形，图3b示出了直流功率变换单元DC/DC2的输入电流的波形，图3c示出了双向直流功率变换单元DC/DC3的输入电流的波形，正表示流入，负表示流出，结合图3a至图3c，可见燃料电池的输出电流很好地跟踪了燃料电池的输出电流设置值40-80A，无低频和工频纹波。本发明实施例的燃料电池供电装置通过对各输出功率和储能功率进行监控获取，并按获取到的功率之和来控制燃料电池的功率输出，实现了根据供电装置的功率需求来控制燃料电池提高能量，以使燃料电池稳态运行，提高燃料电池的寿命；并且，本发明实施例所提供的燃料电池供电装置中，燃料电池的发电能量通过直流功率变换单元DC/DC2进行一级变换后传递至逆变器，实现了减小燃料电池输出能量的功率变换环节，提高交直流输出的功率变换效率。此外，本发明实施例所提供的燃料电池供电装置还包括滤波单元，该滤波单元可以为连接在逆变器的输入端的储能电容器5，用于储能滤波，提供逆变器所能的能量的存储，在本发明实施例中，储能电容器5包括但不限于电解电容、薄膜电容和超级电容等。本发明实施例还提供了一种供电系统，该供电系统包括本发明实施例上述内容所提供的任一种燃料电池供电装置，图4是根据本发明实施例的供电系统的示意图，如图4所示，该实施例的供电系统还包括市电交流电源10、有源功率因数校正(Active PowerFactor Correction,简称APFC)单元11、第三变换单元12 (直流功率变换单元DC/DC1)和旁路开关13，本发明实施例上述内容所提供的燃料电池供电装置的第二输出通过旁路开关13接入供电系统的交流输出，第一输出接入供电系统的直流输出，该供电系统的工作原理为在网侧市电正常的情况下，有源功率因数校正APFC单元、直流功率变换单元DC/DCl为直流负载供能的同时为充放电储能单元充电或者补足充电；交流负载通过交流旁路开关单元采用市电直接供能；亦可由市电通过有源功率因数校正APFC单元，而后由逆变器单元逆变成交流输出的方式供能。在网侧电压异常的情况下，有源功率因数校正APFC单元和直流功率变换单元DC/DC1停止运行，充放电储能单元释放能量为直流负载供能；充放电储能单元通过双向功率变换单元DC/DC3和直流功率变换单元DC/DC2升压后再通过逆变器单元为交流负载供能；同时充放电储能单元为燃料电池单元供能，准备燃料电池的启动。当燃料电池投入运行后，工作原理与本发明实施例上述内容所提供的燃料电池供电装置的原理相同，此处不再赘述。从以上的描述中，可以看出，本发明通过双向直流功率变换单元来对燃料电池的输出能量进行补充或者存储，实现了在负载功率发生动态变化时，避免燃料电池的发电功率受负载功率的影响，进而达到了提高发电效率。显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种燃料电池供电装置，其特征在于，包括 燃料电池； 逆变器； 第一变换单元，输入端与所述燃料电池相连接，输出端与所述逆变器的输入端相连接； 第二变换单元，第一电能传输端连接至第一节点，其中，所述第一节点为所述燃料电池与所述第一变换单元之间的节点； 充放电储能单元，与所述第二变换单元的第二电能传输端相连接； 第一输出端，设置在第二节点，用于连接直流负载，其中，所述第二节点为所述第二变换单元与所述充放电储能单元之间的节点； 第二输出端，设置在所述逆变器的输出端，用于连接交流负载；以及控制单元，与所述第二变换单元的控制端相连接，用于根据所述交流负载或所述直流负载需求功率的变化，控制所述第二变换单元的变换方向。
2.根据权利要求1所述的燃料电池供电装置，其特征在于，所述控制单元还用于根据所述直流负载需求功率的变化控制所述第二变换单元的功率变换幅度，所述控制单元包括 功率监控模块，用于对所述交流负载、所述直流负载和所述充放电储能单元的功率进行实时获取，并按照实时获取到的功率之和控制所述燃料电池的输出功率；以及 控制模块，与所述功率监控模块和所述第二变换单元的控制端均相连接，用于根据所述燃料电池输出功率的变化，控制所述第二变换单元的功率变换幅度和变换方向。
3.根据权利要求2所述的燃料电池供电装置，其特征在于，所述控制模块包括 第一控制子模块，与所述第二变换单元的控制端相连接，用于根据所述燃料电池输出电流的变化，控制所述第二变换单元的功率变换幅度和变换方向；以及 第二控制子模块，与所述第二变换单元的控制端相连接，用于根据所述燃料电池输出电压的变化，控制所述第二变换单元的功率变换幅度和变换方向。
4.根据权利要求3所述的燃料电池供电装置，其特征在于，所述燃料电池供电装置还包括 切换单元，其中，所述第一控制子模块和所述第二控制子模块均通过所述切换单元与所述第二变换单元的控制端相连接，所述切换单元用于选中所述第一控制模块子对所述第二变换单元的功率变换幅度和变换方向进行控制，或选中所述第二控制子模块对所述第二变换单元的功率变换幅度和变换方向进行控制。
5.根据权利要求4所述的燃料电池供电装置，其特征在于， 所述第一控制子模块包括第一误差放大器，所述第一误差放大器的正向输入端接收所述燃料电池的预设输出电流，所述第一误差放大器的反向输入端接收所述燃料电池的实际输出电流， 所述第二控制子模块包括第二误差放大器，所述第二误差放大器的正向输入端接收所述燃料电池的输出电压，所述第二误差放大器的反向输入端接收预设输出电压。
6.根据权利要求5所述的燃料电池供电装置，其特征在于，所述功率监控模块包括 计算子模块，用于根据获取到的功率之和计算所述燃料电池的预设输出电流和预设输出电压，其中，所述第一误差放大器的正向输入端用于接收来自所述计算子模块的电流输出信号，所述第二误差放大器的负向输入端用于接收来自所述计算子模块的电压输出信号。
7.根据权利要求1所述的燃料电池供电装置，其特征在于，所述燃料电池供电装置还包括 滤波单元，与所述逆变器的输入端相连接。
8.一种供电系统，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的燃料电池供电装置。
全文摘要
本发明公开了一种燃料电池供电装置和供电系统。其中，燃料电池供电装置包括燃料电池；逆变器；第一变换单元，输入端与燃料电池相连接，输出端与逆变器的输入端相连接；第二变换单元，第一电能传输端连接至第一节点；充放电储能单元，与第二变换单元的第二电能传输端相连接；第一输出端，设置在第二节点，用于连接直流负载；第二输出端，设置在逆变器的输出端，用于连接交流负载；以及控制单元，与第二变换单元的控制端相连接，用于根据直流负载或交流负载需求功率的变化，控制第二变换单元的变换方向。通过本发明，解决了现有技术中燃料电池的发电效率容易受负载影响的问题，进而达到了提高燃料电池的发电效率和使用寿命。
文档编号H02J7/34GK103066676SQ20131003928
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者高建龙, 高 玉, 陶诗涌, 练勇, 张伟明 申请人:中国东方电气集团有限公司