一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及燃料电池【技术领域】，具体涉及一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统。其包括电堆模块、DCDC转换器、辅助储能模块、燃料电池控制/辅助系统模块、市电整流模块及负载模块，所述的辅助储能模块为超级电容，所述的电堆模块输出端并联DCDC转换器和超级电容，电堆模块与DCDC转换器、超级电容之间分别设置开关；所述的超级电容输出端接地；所述的DCDC转换器分别与燃料电池控制/辅助系统模块、市电整流模块及负载模块并联；所述的超级电容的输入端与燃料电池控制/辅助系统模块输入端之间设置导线相连，所述的导线上设置开关。本发明体积小、成本低、循环寿命长、安全性高，可以很好满足在燃料电池备用电源系统的应用。
【专利说明】一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及燃料电池【技术领域】，具体涉及一种基于超级电容启动的燃料电池备用 电源系统。
【背景技术】
[0002] 燃料电池料电池备用电源系统的启动特性决定了其必须配备一个辅助储能单元， 在其启动的初期为燃料电池系统的辅助系统（包含控制系统，冷却系统，燃料供给系统）供 电，同时承担负载供电。一般来讲，燃料电池从启动到达到工作点需要30秒左右的时间，此 阶段辅助储能单元为低电压，大电流放电状态，这就要求辅助储能单元具有较好的高倍率 放电性能。
[0003] 目前常规使用的辅助储能单元主要有铅酸蓄电池组及磷酸铁锂电池组。铅酸蓄电 池的高倍率放电性能较差，在电压不变的条件下，为了获得较大的放电电流，我们必须提高 其容量，这就导致了成本的急剧上升，且其体积也相应变大，不利于系统整体的布局及小型 化。另外，铅酸蓄电池的循环寿命较差，在燃料电池系统的设计寿命周期内需要进行定期的 维护及更换，这无疑增加了系统后期的使用成本。磷酸铁锂电池相对铅酸蓄电池来讲，其高 倍率放电性能较好，在相同的电压及放电电流条件下，其容量需求没有铅酸蓄电池那么大， 体积上可以大大缩减，便于系统的布局设计及小型化要求。但受制于其单体的价格及电池 管理系统的成本，整个电池组的成本优势相对铅酸蓄电池不太明显。其循环寿命方面较蓄 电池有大的优势，后期维护方面的费用较低，但是局限于锂离子电池的特性，其环境适应性 及安全性不如蓄电池，针对某些极端环境，其需要进行特殊的保护设计。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种体积小、成本低、循环寿命长、安全 性高的基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统。
[0005] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
[0006] -种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统，包括将氢气和氧气转化为电能 提供电源的电堆模块、将电堆模块输出电源调整为直流电输出的DCDC转换器、辅助储能模 块、燃料电池控制/辅助系统模块、市电整流模块及负载模块，其特征在于，所述的辅助储 能模块为超级电容，
[0007] 所述的电堆模块输出端并联DCDC转换器和超级电容，电堆模块与DCDC转换器、超 级电容之间分别设置开关；
[0008] 所述的超级电容输出端接地；
[0009] 所述的DCDC转换器分别与燃料电池控制/辅助系统模块、市电整流模块及负载模 块并联；
[0010] 所述的超级电容的输入端与燃料电池控制/辅助系统模块输入端之间设置导线 相连，所述的导线上设置开关。 toon] 上述的一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统，其所述的燃料电池控制 /辅助系统模块包括控制整个系统正常运行的控制系统和为电堆提供氢、氧燃料并对系统 运行进行冷却的辅助系统。
[0012] 上述的一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统，其所述的市电整流模块 为模拟实际工况，模拟外部供电正常和停电状况的模块。
[0013] 上述的一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统，其所述的负载模块为模 拟实际工况的电能消耗的设备。
[0014] 有益效果：
[0015] 本发明采用超级电容作为辅助储能模块，超级电容作为新兴的辅助储能单元，拥 有的一些优势可以很好满足在燃料电池备用电源系统的应用。首先，由于其能量密度大， 非常适合大电流充放电，且充放电时间短，效率高，这很好满足了燃料电池备用电源系统的 启动需求。其次，能够满足设计需求的电容组容量要求较小，就目前的超级电容市场价格 而言，其成本与锂离子电池组相当，伴随着超级电容应用领域的不断扩大，其成本拥有较大 的下降空间，且其体积方面较蓄电池和锂电池有优势，便于系统的布局设计及小型化要求。 最后，其循环寿命，环境适应性及安全性方面较蓄电池和锂电池有明显的优势，在燃料电池 备用电源系统设计寿命周期内，超级电容基本免维护，其能量密度的衰减也较小，无需做更 换，大大减低了后期维护及使用成本。其环境适应范围比锂电池要好很多，并由于铅酸蓄电 池，安全性相对两者有较大的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 下面结合附图和【具体实施方式】来详细说明本发明；
[0017] 图1为本发明的结构框架图。
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合
【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0019] 参照图1，本发明包括电堆模块1、D⑶C转换器2、辅助储能模块为超级电容3、燃 料电池控制/辅助系统模块4、市电整流模块5及负载模块6,所述的电堆模块1输出端并 联D⑶C转换器2和超级电容3,电堆模块1与D⑶C转换器2之间设置开关K3、电堆模块1 与超级电容3之间分别设置开关K2,电堆模块1将氢气和氧气转化为电能提供电源。DCDC 转换器2分别与燃料电池控制/辅助系统模块4、市电整流模块5及负载模块6并联，DCDC 转换器将电堆模块1输出的电源调整为直流电输出。超级电容3的输入端与燃料电池控制 /辅助系统模块4输入端之间设置导线相连，所述的导线上设置开关K1，超级电容3输出端 接地。燃料电池控制/辅助系统模块4包括控制整个系统正常运行的控制系统和为电堆提 供氢、氧燃料并对系统运行进行冷却的辅助系统。市电整流模块5为模拟实际工况，模拟外 部供电正常和停电状况的模块。负载模块6为模拟实际工况的电能消耗的设备。
[0020] 本发明的工作情况如下：
[0021] 市电正常时，市电整流模块5输出为负载模块6供电，此时图中K1闭合，K2，K3断 开，燃料电池控制/辅助系统模块4上电，处于待机状态，超级电容3处于充电状态。
[0022] 市电异常时，市电整流模块5停止输出，此时图中K2闭合，K1断开，超级电容3提 供电能经过DCDC转换器2调整后为系统启动及负载供电，燃料电池控制/辅助系统模块4 的控制系统启动燃料电池，辅助系统开始供应氢和氧，为电堆提供燃料。
[0023] 当电堆模块1启动到适合输出的状态时，Κ3闭合，Κ2断开，Κ1闭合，燃料电池电堆 1输出电能，经DCDC转换器2调整后供给负载模块6及燃料电池控制/辅助系统模块4,同 时给超级电容3充电。
[0024] 市电再次恢复正常时，Κ3断开，Κ2断开，Κ1闭合，市电整流模块5输出为负载模块 6供电，燃料电池控制/辅助系统模块4上电，处于待机状态，超级电容3处于充电状态。
[0025] 超级电容拥有的一些优势，首先，由于其能量密度大，非常适合大电流充放电，且 充放电时间短，效率高，这很好满足了燃料电池备用电源系统的启动需求。其次，能够满足 设计需求的电容组容量要求较小，其成本拥有较大的下降空间，且其体积方面便于系统的 布局设计及小型化要求。最后，其循环寿命，环境适应性及安全性方面较蓄电池和锂电池有 明显的优势，在燃料电池备用电源系统设计寿命周期内，超级电容基本免维护，其能量密度 的衰减也较小，无需做更换，大大减低了后期维护及使用成本，安全性相对两者有较大的优 势。可以很好满足在燃料电池备用电源系统的应用。
[0026] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【权利要求】
1. 一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统，包括将氢气和氧气转化为电能 提供电源的电堆模块、将电堆模块输出电源调整为直流电输出的DCDC转换器、辅助储能模 块、燃料电池控制/辅助系统模块、市电整流模块及负载模块，其特征在于，所述的辅助储 能模块为超级电容， 所述的电堆模块输出端并联DCDC转换器和超级电容，电堆模块与DCDC转换器、超级电 容之间分别设置开关； 所述的超级电容输出端接地； 所述的DCDC转换器分别与燃料电池控制/辅助系统模块、市电整流模块及负载模块并 联； 所述的超级电容的输入端与燃料电池控制/辅助系统模块输入端之间设置导线相连， 所述的导线上设置开关。
2. 根据权利要求1所述的一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统，其特征在 于，所述的燃料电池控制/辅助系统模块包括控制整个系统正常运行的控制系统和为电堆 提供氢、氧燃料并对系统运行进行冷却的辅助系统。
3. 根据权利要求1所述的一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统，其特征在 于，所述的市电整流模块为模拟实际工况，模拟外部供电正常和停电状况的模块。
4. 根据权利要求1所述的一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统，其特征在 于，所述的负载模块为模拟实际工况的电能消耗的设备。
【文档编号】H02J9/04GK104092280SQ201410270536
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】顾荣鑫, 马天才, 蒋煜琪 申请人:昆山弗尔赛能源有限公司