一种不间断应急电源及控制方法与流程

本申请涉及供电技术领域，尤其涉及一种不间断应急电源及控制方法。

背景技术：

目前，电能供应对于各行各业都是至关重要的。

为对抗台风、冰冻等重大自然灾害，保障灾区的基本用电，需要采用应急电源对重要用户保电、城市电网应急以及电力紧缺地区进行临时供电。现有应急电源主要以柴油发电机供电，易造成废气污染和噪声污染等问题。基于燃料电池具有安全、无污染、无噪音、供电时间长，是未来应急电源发展的新方向。由于燃料电池需要启动时间，所以存在对突变负荷适应能力弱的问题，为确保应急供电时能实现不间断供电，需要一种不间断应急电源，即通过燃料电池和锂电池共同为负载供电，以解决燃料电池对突变负荷适应能力弱的问题，但燃料电池和锂电池的合理控制成为一个亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种不间断应急电源及控制方法，能够将电池荷电状态保持在预设范围内，保证正常供电的同时，有效地保护锂电池。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种不间断应急电源，包括：控制模块、锂电池模块和燃料电池模块；

所述锂电池模块和所述燃料电池模块用于为负载供电；

当所述锂电池模块和所述燃料电池模块均对负载进行供电时，所述控制模块用于根据负载功率和所述锂电池模块的电池荷电状态调节所述燃料电池模块的输出功率，使得所述电池荷电状态在预设范围内。

优选地，

所述控制模块具体用于：

判断所述电池荷电状态是否超过所述预设范围；

当超过所述预设范围上限时，获取预设负功率作为第一输入值，否则将零作为第一输入值；

当低于所述预设范围下限时，获取预设正功率作为第二输入值，否则将零作为第二输入值；

获取负载功率、所述第一输入值、所述第二输入值和预设系统自耗功率的和作为所述燃料电池模块的预设输出功率；

调节所述燃料电池模块的实际输出功率至预设输出功率。

优选地，

所述的不间断应急电源还包括：整流模块、逆变模块、直流母线、开关管模块、控制模块、第一二极管、第一开关和第二开关；

所述整流模块和逆变模块依次串联在市电到负载的供电线路上；

所述直流母线一端连接在所述整流模块和所述逆变模块之间的供电线路上，另一端分别与所述燃料电池模块、所述锂电池模块连接；

所述第一开关设置在所述直流母线与所述燃料电池模块之间；

所述开关管模块设置在所述直流母线与所述锂电池模块之间，且当所述直流母线的实际电压高于所述锂电池模块的工作电压时，所述开关管模块关断，当所述直流母线的实际电压低于所述锂电池模块的工作电压时，所述开关管模块导通；

所述第一二极管和所述第二开关串联在所述燃料电池模块和所述锂电池模块之间，且所述第一二极管的负极与所述燃料电池模块连接；

当所述第一开关和所述第二开关均闭合后，所述控制模块用于根据负载功率和所述锂电池模块的电池荷电状态调节所述燃料电池模块的输出功率，使得所述电池荷电状态在预设范围内。

优选地，

所述的不间断应急电源还包括变流器；

所述变流器设置在所述第一开关和所述燃料电池模块之间。

优选地，

当所述燃料电池模块为氢燃料电池时，调节所述燃料电池模块的实际输出功率至预设输出功率具体包括：

根据所述预设输出功率进行计算得到氢气调节信号；

根据所述氢气调节信号调节所述氢燃料电池的氢气调节阀。

优选地，

所述开关管模块包括第二二极管，且所述第二二极管的正极与所述锂电池模块连接。

本申请第二方面提供了一种不间断应急电源的控制方法，包括：

当锂电池模块和燃料电池模块均对负载进行供电时，控制模块根据负载功率和锂电池模块的电池荷电状态调节燃料电池模块的输出功率，使得所述电池荷电状态在预设范围内；

其中所述锂电池模块和所述燃料电池模块用于为负载供电。

优选地，

控制模块根据负载功率和锂电池模块的电池荷电状态调节燃料电池模块的输出功率，使得所述电池荷电状态在预设范围内，具体包括：

判断所述锂电池模块的电池荷电状态是否超过所述预设范围；

当超过所述预设范围上限时，获取预设负功率作为第一输入值，否则将零作为第一输入值；

当低于所述预设范围下限时，获取预设正功率作为第二输入值，否则将零作为第二输入值；

获取负载功率、所述第一输入值、所述第二输入值和预设系统自耗功率的和作为所述燃料电池模块的预设输出功率；

调节所述燃料电池模块的实际输出功率至预设输出功率。

优选地，

所述燃料电池为氢燃料电池；

调节所述燃料电池模块的实际输出功率至预设输出功率具体包括：

根据所述预设输出功率进行计算得到氢气调节信号；

根据所述氢气调节信号调节所述氢燃料电池的氢气调节阀。

优选地，

所述锂电池模块和所述燃料电池模块均与直流母线一端连接；

所述直流母线另一端连接在整流模块和逆变模块之间的供电线路上；

所述直流母线与所述燃料电池模块之间设置有第一开关；

所述直流母线与所述锂电池模块之间设置有开关管模块，且当所述直流母线的实际电压高于所述锂电池模块的工作电压时，所述开关管模块关断，当所述直流母线的实际电压低于所述锂电池模块的工作电压时，所述开关管模块导通；

所述第一二极管和所述第二开关串联在所述燃料电池模块和所述锂电池模块之间，且所述第一二极管的负极与所述燃料电池模块连接；

当所述第一开关和所述第二开关均闭合后，所述控制模块用于根据负载功率和所述锂电池模块的电池荷电状态调节所述燃料电池模块的输出功率，使得所述电池荷电状态在预设范围内。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例中，提供了一种不间断应急电源，包括：控制模块、锂电池模块和燃料电池模块；锂电池模块和燃料电池模块用于为负载供电；当锂电池模块和燃料电池模块均对负载进行供电时，控制模块用于根据负载功率和锂电池模块的电池荷电状态调节燃料电池模块的输出功率，使得电池荷电状态在预设范围内。

当负载突然增加的情况下，由于燃料电池模块的功率上升速度有限，此时可以通过锂电池模块放电供给负载；而当燃料电池功率达到一定程度后，此时锂电池模块停止放电，完全由燃料电池为负载供电，从而燃料电池存在对突变负荷适应能力弱的问题，以实现不间断供电；

另外，当锂电池模块和燃料电池模块均对负载进行供电时，控制模块可以根据负载功率和锂电池模块的电池荷电状态调节燃料电池模块的输出功率，使得电池荷电状态在预设范围内，电池荷电状态不至于过高，也不至于过低，实现锂电池模块荷电状态的闭环控制，确定锂电池模块发挥正常作用。

附图说明

图1为本申请实施例中不间断应急电源的结构图；

图2为本申请实施例中不间断应急电源的控制方法的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例中不间断应急电源的结构图。

本申请实施例提供了一种不间断应急电源的一个实施例，包括：控制模块11、锂电池模块10和燃料电池模块4；锂电池模块10和燃料电池模块4用于为负载供电；

当锂电池模块10和燃料电池模块4均对负载进行供电时，控制模块11用于根据负载功率和锂电池模块10的电池荷电状态调节燃料电池模块4的输出功率，使得电池荷电状态在预设范围内。

进一步地，控制模块11具体用于：

判断电池荷电状态是否超过预设范围；

当超过预设范围上限时，获取预设负功率作为第一输入值，否则将零作为第一输入值；

当低于预设范围下限时，获取预设正功率作为第二输入值，否则将零作为第二输入值；

获取负载功率、第一输入值、第二输入值和预设系统自耗功率的和作为燃料电池模块4的预设输出功率；

调节燃料电池模块4的实际输出功率至预设输出功率。

需要说明的是，当荷电状态高于预设范围上限时，代表锂电池模块的荷电状态较高，不需要充电，所以本申请实施例将预设负功率作为第一输入值，以降低燃料电池模块4的实际输出功率；同理，当荷电状态低于预设范围下限时，代表锂电池模块的荷电状态较低，需要及时充电，以保证不间断应急电源的应急能力，所以本申请实施例将预设正功率作为第二输入值，以增加燃料电池模块4的实际输出功率。

为了准确控制燃料电池模块4的实际输出功率，本申请实施例在计算预设输出功率时考虑了系统自耗。

如图2所示，本申请实施例中不间断应急电源的控制方法的示意图。

另外，从图2中可以看出，预设范围上限为锂电池模块10荷电状态总量的75％，预设范围下限为锂电池模块10荷电状态总量的65％，k1和k2分别为第一输入值和第二输入值，其中第一输入值和第二输入值可以根据实际需要进行调整。

进一步地，

本申请实施例的不间断电源还可以包括整流模块1、逆变模块2、直流母线3、开关管模块9、第一二极管8、第一开关6和第二开关7。

整流模块1和逆变模块2依次串联在市电到负载的供电线路上。

如图1所示，可以看到，市电通过供电电路传输到负载，在供电电路上依次串联有整流模块1和逆变模块2。

直流母线3一端连接在整流模块1和逆变模块2之间的供电线路上，另一端分别与燃料电池模块4、锂电池模块10连接。

可以理解的是，燃料电池模块4和锂电池模块10作为备用电源，为突变的负载供电；而燃料电池模块4和锂电池模块10输出直流电，通过直接母线接入整流模块1和逆变模块2之间，逆变模块2将直流电转换成交流电为负载供电；另外，燃料电池模块4可以为氢燃料电池。

第一开关6设置在直流母线3与燃料电池模块4之间，第一开关6用于控制燃料电池模块4的供电。

开关管模块9设置在直流母线3与锂电池模块10之间，且当直流母线3的实际电压高于锂电池模块10的工作电压时，开关管模块9关断，当直流母线3的实际电压低于锂电池模10块的工作电压时，开关管模块9导通。

第一二极管8和第二开关7串联在燃料电池模块4和锂电池模块10之间，且第一二极管8的负极与燃料电池模块4连接。

当第一开关6和第二开关7均闭合后，控制模块11用于根据负载功率和锂电池模块10的电池荷电状态调节燃料电池模块4的输出功率，使得电池荷电状态在预设范围内。

进一步地，燃料电池模块4可以为氢燃料电池。

进一步地，不间断应急电源还可以包括变流器，其中变流器设置在第一开关6和燃料电池模块4之间。

进一步地，当燃料电池模块4为氢燃料电池时，调节燃料电池模块4的实际输出功率至预设输出功率具体可以包括：

根据预设输出功率进行计算得到氢气调节信号；

根据氢气调节信号调节氢燃料电池的氢气调节阀。

进一步地，开关管模块9可以包括第二二极管，且第二二极管的正极与锂电池模块10连接。

本申请实施例还提供一种不间断应急电源的控制方法的一个实施例，包括：

当锂电池模块10和燃料电池模块4均对负载进行供电时，控制模块11用于根据负载功率和锂电池模块10的电池荷电状态调节燃料电池模块4的输出功率，使得电池荷电状态在预设范围内。

锂电池模块10和燃料电池模块4用于为负载供电。

进一步地，控制模块11根据负载功率和锂电池模块10的电池荷电状态调节燃料电池模块4的输出功率，使得电池荷电状态在预设范围内，具体包括：

判断锂电池模块10的电池荷电状态是否超过预设范围；

当超过预设范围上限时，获取预设负功率作为第一输入值，否则将零作为第一输入值；

当低于预设范围下限时，获取预设正功率作为第二输入值，否则将零作为第二输入值；

获取负载功率、第一输入值、第二输入值和预设系统自耗功率的和作为燃料电池模块4的预设输出功率；

调节燃料电池模块4的实际输出功率至预设输出功率。

进一步地，当燃料电池模块4为氢燃料电池时，调节燃料电池模块4的实际输出功率至预设输出功率具体包括：

根据预设输出功率进行计算得到氢气调节信号；

根据氢气调节信号调节氢燃料电池的氢气调节阀。

进一步地，锂电池模块10和燃料电池模块4可以均与直流母线3一端连接；

直流母线3另一端连接在整流模块1和逆变模块2之间的供电线路上；

直流母线3与燃料电池模块4之间设置有第一开关6；

直流母线3与锂电池模块10之间设置有开关管模块9，且当直流母线3的实际电压高于锂电池模块10的工作电压时，开关管模块9关断，当直流母线3的实际电压低于锂电池模块10的工作电压时，开关管模块9导通；

第一二极管8和第二开关7串联在燃料电池模块4和锂电池模块10之间，且第一二极管8的负极与燃料电池模块4连接。

当第一开关6和第二开关7均闭合后，控制模块11根据负载功率和锂电池模块10的电池荷电状态调节燃料电池模块4的输出功率，使得电池荷电状态在预设范围内。

本申请实施例根据负载情况、锂电池模块10的荷电状态计算氢燃料电池的预设输出功率，然后将预设输出功率转换成氢气调节信号，最后根据氢气调节信号调节氢气调节阀，以将燃料电池模块4的实际输出功率调节至预设输出功率，实现了燃料电池模块4输出功率的自动控制以及锂电池模块10的自动充放电。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。