一种适用于新型氢燃料电池系统的模块化处理装置的制作方法

1.本实用新型属于氢燃料电池领域，尤其涉及一种适用于新型氢燃料电池系统的模块化处理装置。


背景技术：

2.当前氢燃料电池堆能量输出系统有效方案为单电池堆输出方案。按照电池堆片数差异分为输出电压降压型与升压型方案。
3.现有燃料电池堆能量输出系统都是在单个电池堆的基础完成整个系统设计，在后级外接升压或降压的dc-dc变换器，经dc-dc变换器稳压后，向外部负载提供能量。同时要在外部负载侧并联锂电池模块，以在系统开始启动时提供能量。
4.现有的基于单个电池堆的燃料电池系统，对于不同功率段的燃料电池系统，均需要单独设计不同的dc-dc变换器与后级系统进行适配，增加了设计工作量，延长了项目设计周期。此外，有部分方案使用整个系统并联的方式提升功率，增加了系统内控制硬件与电气成本。而第三种大功率系统兼容小功率系统的方案，在小功率应用时成本过高。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种适用于新型氢燃料电池系统的模块化处理装置。
6.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种适用于新型氢燃料电池系统的模块化处理装置，包括上位机，所述上位机与fcu控制单元相交互连接，还包括若干相互独立的氢燃料电池堆功率模组，所述氢燃料电池堆功率模组的受控端与fcu控制单元的控制端相连，所述fcu控制单元的采样端与氢燃料电池堆功率模组的采样输出端相连，所述氢燃料电池堆功率模组的输出端与输出适配电路的输入端相连，所述输出适配电路的输出端与外部负载的输入端相连，锂电池与输出适配电路之间连接有锂电池状态监测与充放电控制模块，所述锂电池状态监测与充放电控制模块的受控端与fcu控制单元的电池监控端相连。
8.优选地，所述的一种适用于新型氢燃料电池系统的模块化处理装置，所述氢燃料电池堆功率模组包括氢燃料电池堆、第一传感器采样模块、dc-dc变换器和第二传感器采样模块，所述氢燃料电池堆的输出端通过第一传感器采样模块与dc-dc变换器的输入端相连，所述dc-dc变换器的输出端与第二传感器采样模块的输入端相连，所述第二传感器采样模块的输出端与输出适配电路相连，所述fcu控制单元的控制端与dc-dc变换器的受控端相连，所述fcu控制单元采样端与第一传感器采样模块和第二传感器采样模块输出端相连。
9.优选地，所述的一种适用于新型氢燃料电池系统的模块化处理装置，所述输出适配电路为斩波电路，其中斩波电路与制动电阻相连。
10.借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：
11.本实用新型通过对每个基本单元的主动均流控制，实现了氢燃料电池堆单元的n
倍功率扩容。并且还可以兼容不同功率段的电池堆系统要求，降低了整个系统的成本。
12.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
14.图1是本实用新型的结构示意图；
15.图2是本实用新型中的输出适配电路的电路图。
具体实施方式
16.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
17.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
19.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或竖直，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
21.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
22.实施例
23.如图1和图2所示，一种适用于新型氢燃料电池系统的模块化处理装置，包括上位
机1，所述上位机1与fcu控制单元2相交互连接，还包括若干相互独立的氢燃料电池堆功率模组3，所述氢燃料电池堆功率模组3的受控端与fcu控制单元2的控制端相连，所述fcu控制单元2的采样端与氢燃料电池堆功率模组3的采样输出端相连，所述氢燃料电池堆功率模组3的输出端与输出适配电路4的输入端相连，所述输出适配电路4的输出端与外部负载5的输入端相连，锂电池6与输出适配电路4之间连接有锂电池状态监测与充放电控制模块7，所述锂电池状态监测与充放电控制模块7的受控端与fcu控制单元2的电池监控端相连。
24.本实用新型中所述氢燃料电池堆功率模组3包括氢燃料电池堆8、第一传感器采样模块9、dc-dc变换器10和第二传感器采样模块11，所述氢燃料电池堆8的输出端通过第一传感器采样模块9与dc-dc变换器10的输入端相连，所述dc-dc变换器10的输出端与第二传感器采样模块11的输入端相连，所述第二传感器采样模块11的输出端与输出适配电路相连，所述fcu控制单元2的控制端与dc-dc变换器10的受控端相连，所述fcu控制单元2采样端与第一传感器采样模块9和第二传感器采样模块11输出端相连。
25.本实用新型中所述输出适配电路4为斩波电路，其中斩波电路与制动电阻相连。
26.本实用新型的工作原理如下：
27.具体工作时，该系统包括氢燃料电池堆，dc-dc变换器，输出适配电路，锂电池，外部负载，电池堆输出参数采样模块，dc-dc变换器输出参数采样模块，锂电池充放电与采样模块，燃料电池控制单元(fcu)，上位机。
28.系统启动时，fcu控制锂电池放电进行启动能量的提供，并开始燃料电池的反应。稳态工作时，电池堆输出能量进入dc-dc变换器，将电池堆电压变换为负载所需要的稳定电压。经过防反二极管，向负载提供能量。同时根据锂电池状态，对锂电池进行充电，并在负载突变工况下与锂电池一起向负载供电。其中fcu通过采样模块采集的电池堆与dc-dc变换器信息进行dc-dc变换器的控制，同时通过锂电池监测信息对锂电池进行充/放电控制。上位机与fcu实时通讯，整个系统借由上位机进行系统状态的显示与系统控制操作动作的输入。
29.基于上述的工作将氢燃料电池堆功率模组输出并联实现功率扩容。与单电池系统类似，稳态工作时，系统由每个并联的基本单元同时输出能量，最大输出功率为单个基本单元的n倍(n为此时并联的基本单元数量，n≥2)。在该系统中，fcu通过监控每个基本单元内部的电池堆与dc-dc变换器信息，并在对所采集信息计算之后，实现系统内所有并联单元的单独控制，使其输出能量符合此时整个系统的能量流动策略。
30.例如，实现基本单元的主动均流控制，使每个单元输出功率为总功率的1/n。同时也可以实现在隔离故障电池堆的同时保证输出电压稳定(此时最大功率为基本单元功率的(n-m)倍，m为故障电池堆的个数)。在如图1所示，充足的fcu控制资源，可以在不改变系统配置的情况下，实现基本单元的n倍功率扩容。相比于现有的单电堆系统技术，在系统功率变化时无需重新开发软硬件，可以直接并联扩容增大功率。同时相比于现有的系统并联扩容方案，能达到降低成本的目的。
31.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。