风冷燃料电池备用电源系统及其控制方法与流程

本发明实施例涉及发电机，特别是涉及一种风冷燃料电池备用电源系统，以及一种风冷燃料电池备用电源系统的控制方法。

背景技术：

1、柴油发电机、铅酸蓄电池和燃料电池等作为电源，可以提供电能供应给各种设备或系统。具体地，柴油发电机通过燃烧柴油燃料产生动力并转化为电能，铅酸蓄电池可以将电能储存起来，并在需要时释放出来以供应电能，燃料电池利用化学反应将燃料直接转化为电能，可以利用氢气、甲醇等不同燃料来产生电能，无污染且高效率。

2、柴油发电机和铅酸蓄电池等作为常规备用电源存在噪音大、污染环境、能量利用率低等缺点。燃料电池作为一种高效的电化学能量转换装置，可以直接将燃料的化学能转化为电能，不受卡诺循环限制，具有清洁、无污染、噪声低、能量密度高。随着能源危机和人们环保意识的提高，使用燃料电池作为备用电源，逐渐受到业界广泛关注，其中，以风冷燃料电池作为通讯基站备用电源最为应用广泛。然而，目前针对风冷燃料电池的系统结构复杂，系统实现困难。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种风冷燃料电池备用电源系统，以解决现有技术中风冷燃料电池备用电源系统的结构复杂，系统实现困难的问题。

2、相应的，本发明实施例还提供了一种风冷燃料电池备用电源系统的控制方法，用以保证上述风冷燃料电池备用电源系统的实现及应用。

3、为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种风冷燃料电池备用电源系统，包括燃料电池(1)、dc/dc变换器(2)、双向ac/dc转换器(3)、常闭急停继电器km1(4)、断路器(5)、交流220vac电网或用电端(6)、常闭主正继电器km2和常闭主负继电器km3(7)和锂电池(8)，其中：

4、所述dc/dc变换器(2)的输入侧连接所述燃料电池(1)，所述dc/dc变换器(2)的输出侧连接所述双向ac/dc转换器(3)的直流侧形成高压直流母线，并将所述燃料电池(1)输出的直流电压转换为稳定直流电压，所述双向ac/dc转换器(3)的交流侧通过所述常闭急停继电器km1(4)和所述断路器(5)连接到所述交流220vac电网或用电端(6)；

5、所述锂电池(8)通过所述常闭主正继电器km2和常闭主负继电器km3(7)与所述高压直流母线连接，所述常闭主正继电器km2和常闭主负继电器km3(7)，用于根据所述风冷燃料电池备用电源系统的启用时间是否超过预设启用时间时来控制所述锂电池(8)与高压直流母线之间连接或者断开。

6、可选地，还包括开关电源(9)、燃料电池控制器fcu(10)、继电器km4(11)、风机(12)、电压巡检仪(13)、温度巡检仪(14)、氢气浓度传感器(15)，其中：

7、所述双向ac/dc转换器(3)的交流侧通过所述常闭急停继电器km1(4)连接所述开关电源(9)，所述开关电源(9)连接以为所述燃料电池控制器fcu(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)以及所述氢气浓度传感器(15)提供电源，其中，所述开关电源(9)通过所述继电器km4(11)连接所述风机(12)，所述km4(11)用于控制所述风机(12)的启用或者停止。

8、可选地，所述风冷燃料电池备用电源系统包括若干工作模式，所述工作模式至少包括充放电模式、并网启动模式和离网启动模式：

9、在处于所述充放电模式时，所述锂电池(8)依次通过所述交流220vac电网或用电端(6)、所述断路器(5)、所述常闭急停继电器km1(4)、所述双向ac/dc转换器(3)、所述常闭主正继电器km2和常闭主负继电器km3(7)进行充放电；

10、在处于所述并网启动模式时，所述风冷燃料电池备用电源系统输出端并网，所述燃料电池(1)启动时，所述燃料电池控制器fcu(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)和所述氢气浓度传感器(15)的电能均通过所述交流220vac电网或用电端(6)和所述开关电源(9)提供；

11、在处于所述离网启动模式时，所述风冷燃料电池备用电源系统输出端离网，所述燃料电池(1)启动时，所述燃料电池控制器fcu(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)和所述氢气浓度传感器(15)的电能均通过所述锂电池(8)、所述双向ac/dc转换器(3)和所述开关电源(9)提供。

12、可选地，在处于所述并网启动模式和所述离网启动模式时，在所述燃料电池(1)启动完成后，所述燃料电池控制器fcu(10)、所述风机(12)、所述电压巡检仪(13)、所述温度巡检仪(14)和所述氢气浓度传感器(15)的电能由所述燃料电池(1)提供并将多余电能供给所述交流220vac电网或用电端(6)。

13、可选地，所述风冷燃料电池备用电源系统的通过燃气供应系统为提供燃气，其中，所述燃气供应系统包括第一过滤器(16)、第一单向阀(17)、电子三通阀(18)、第二过滤器(19)、第二单向阀(20)、压力传感器(21)、减压阀(22)、安全阀(23)、第一手阀(24)、阻火器(25)和第二手阀(26)，其中：

14、氢气气瓶通过通过所述第一过滤器(16)和所述第一单向阀(17)与所述电子三通阀(18)的进气侧的一端连接，氮气气瓶通过所述第二过滤器(19)和所述第二单向阀(20)与所述电子三通阀(18)的进气侧的另一端连接，所述电子三通阀(18)的出气侧通过所述压力传感器(21)连接所述减压阀(22)的一端，所述减压阀(22)的另一端连所述第二手阀(26)，所述减压阀(22)的另一端与所述手阀(26)之间设有安全泄压出口，所述安全泄压出口包括所述安全阀(23)、所述手阀(24)和所述阻火器(25)。

15、可选地，所述所述电子三通阀(18)包括若干工作状态，所述工作状态至少包括第一工作状态、第二工作状态和第三工作状态：

16、在所述电子三通阀(18)处于第一工作状态下，所述电子三通阀(18)的阀芯全关闭，使氢气的进气侧和氮气的进气侧均截止；

17、在所述电子三通阀(18)处于第二工作状态下，所述电子三通阀(18)开启氢气的进气侧，并截止氮气的进气侧，以使氢气通过所述电子三通阀(18)进入所述风冷燃料电池备用电源系统；

18、在所述电子三通阀(18)处于第三工作状态下，所述电子三通阀(18)开启氮气的进气侧，并截止氢气的进气侧，以使氮气通过所述电子三通阀(18)进入所述风冷燃料电池备用电源系统。

19、本发明实施例还公开了一种风冷燃料电池备用电源系统的控制方法，应用于上述的风冷燃料电池备用电源系统，所述方法包括：

20、获取所述风冷燃料电池备用电源系统的状态标志的数值；

21、根据所述状态标志的数值确定所述风冷燃料电池备用电源系统的系统控制状态；

22、按照所述系统控制状态控制所述风冷燃料电池备用电源系统进行工作。

23、可选地，所述系统控制状态至少包括系统初始化状态、供电就绪状态、启动状态、运行状态、关机状态和急停状态，所述按照所述系统控制状态控制所述风冷燃料电池备用电源系统进行工作，包括：

24、进入所述启动状态时，对所述风冷燃料电池备用电源系统的部件进行检测，并在检测到所述部件存在异常时进入所述急停状态；若未检查到所述部件存在异常，则进行系统气密性检测，若系统气密性检测失败，则进行所述急停状态，若系统气密性检测成功，则开启风机(12)执行氢气吹扫；

25、进入所述运行状态时，执行氢气压力检测，若氢气压力检测失败，则进入所述急停状态，若氢气压力检测成功，则执行氢气泄漏检测，若氢气泄漏检测失败，则进入急停状态，若氢气泄漏检测成功，则执行燃料电池单片电压巡检；若燃料电池单片电压巡检失败，则进入所述急停状态，若燃料电池单片电压巡检成功，则执行燃料电池温度巡检，若燃料电池温度巡检失败，则进入急停状态，若燃料电池温度巡检成功，则进入系统运行功率设定；

26、在进入所述关机状态时，将所述dc/dc变换器(2)输入端设定电流值降为dc/dc变换器(2)输入端实际电流值的指定百分值，并在所述dc/dc变换器(2)输入端电流小于指定电流时关闭所述dc/dc变换器(2)，关闭所述双向ac/dc转换器(3)，关闭电子三通阀(18)并开启风机(12)，在关闭电子三通阀(18)达到指定指定延时时间后，打开电子三通阀(18)对氮气的进气侧进行吹扫，并在吹扫完成后关闭风机(12)；

27、进入所述急停状态时，关闭dc/dc变换器(2)，关闭所述双向ac/dc转换器(3)，所述风机(12)开启，并打开电子三通阀(18)对氮气的进气侧按照指定吹扫时间进行吹扫。

28、本发明实施例包括以下优点：

29、在本发明实施例中，风冷燃料电池备用电源系统可以包括燃料电池(1)、dc/dc变换器(2)、双向ac/dc转换器(3)、常闭急停继电器km1(4)、断路器(5)、交流220vac电网或用电端(6)、常闭主正继电器km2和常闭主负继电器km3(7)和锂电池(8)，其中，dc/dc变换器(2)的输入侧连接燃料电池(1)，dc/dc变换器(2)的输出侧连接双向ac/dc转换器(3)的直流侧形成高压直流母线，并将燃料电池(1)输出的直流电压转换为稳定直流电压，双向ac/dc转换器(3)的交流侧通过常闭急停继电器km1(4)和断路器(5)连接到交流220vac电网或用电端(6)，锂电池(8)通过常闭主正继电器km2和常闭主负继电器km3(7)与高压直流母线连接，常闭主正继电器km2和常闭主负继电器km3(7)，用于根据风冷燃料电池备用电源系统的启用时间是否超过预设启用时间时来控制所述锂电池(8)与高压直流母线之间连接或者断开。本发明实施例的风冷燃料电池备用电源系统结构简单，可以通过锂电池(8)和双向ac/dc转换器(3)实现风冷燃料电池备用电源系统的并离网启动、发电馈网。

30、并且，本发明实施例的风冷燃料电池备用电源系统是采用燃料电池(1)作为能源，整个燃料电池(1)的反应过程清洁无污染，实现稳定可靠的供电。