一種基于超級電容啟動的燃料電池備用電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于超級電容啟動的燃料電池備用電源系統(tǒng)。其包括電堆模塊、DCDC轉(zhuǎn)換器、輔助儲能模塊、輔助系統(tǒng)模塊、市電整流模塊及負(fù)載模塊，所述的輔助儲能模塊為超級電容，所述的電堆模塊輸出端并聯(lián)DCDC轉(zhuǎn)換器和超級電容，電堆模塊與DCDC轉(zhuǎn)換器、超級電容之間分別設(shè)置開關(guān)；所述的超級電容輸出端接地；所述的DCDC轉(zhuǎn)換器分別與輔助系統(tǒng)模塊、市電整流模塊及負(fù)載模塊并聯(lián)；所述的超級電容的輸入端與輔助系統(tǒng)模塊輸入端之間設(shè)置導(dǎo)線相連，所述的導(dǎo)線上設(shè)置開關(guān)。本實用新型體積小、成本低、循環(huán)壽命長、安全性高，可以很好滿足在燃料電池備用電源系統(tǒng)的應(yīng)用。
【專利說明】
一種基于超級電容啟動的燃料電池備用電源系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于超級電容啟動的燃料電池備用電源系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池料電池備用電源系統(tǒng)的啟動特性決定了其必須配備一個輔助儲能單元，在其啟動的初期為燃料電池系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)(包含控制系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，燃料供給系統(tǒng))供電，同時承擔(dān)負(fù)載供電。一般來講，燃料電池從啟動到達(dá)到工作點(diǎn)需要30秒左右的時間，此階段輔助儲能單元為低電壓，大電流放電狀態(tài)，這就要求輔助儲能單元具有較好的高倍率放電性能。
[0003]目前常規(guī)使用的輔助儲能單元主要有鉛酸蓄電池組及磷酸鐵鋰電池組。鉛酸蓄電池的高倍率放電性能較差，在電壓不變的條件下，為了獲得較大的放電電流，我們必須提高其容量，這就導(dǎo)致了成本的急劇上升，且其體積也相應(yīng)變大，不利于系統(tǒng)整體的布局及小型化。另外，鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命較差，在燃料電池系統(tǒng)的設(shè)計壽命周期內(nèi)需要進(jìn)行定期的維護(hù)及更換，這無疑增加了系統(tǒng)后期的使用成本。磷酸鐵鋰電池相對鉛酸蓄電池來講，其高倍率放電性能較好，在相同的電壓及放電電流條件下，其容量需求沒有鉛酸蓄電池那么大，體積上可以大大縮減，便于系統(tǒng)的布局設(shè)計及小型化要求。但受制于其單體的價格及電池管理系統(tǒng)的成本，整個電池組的成本優(yōu)勢相對鉛酸蓄電池不太明顯。其循環(huán)壽命方面較蓄電池有大的優(yōu)勢，后期維護(hù)方面的費(fèi)用較低，但是局限于鋰離子電池的特性，其環(huán)境適應(yīng)性及安全性不如蓄電池，針對某些極端環(huán)境，其需要進(jìn)行特殊的保護(hù)設(shè)計。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本實用新型提供一種體積小、成本低、循環(huán)壽命長、安全性高的基于超級電容啟動的燃料電池備用電源系統(tǒng)。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]—種基于超級電容啟動的燃料電池備用電源系統(tǒng)，包括電堆模塊、DCDC轉(zhuǎn)換器、輔助儲能模塊、輔助系統(tǒng)模塊、市電整流模塊及負(fù)載模塊，其所述的輔助儲能模塊為超級電容，所述的電堆模塊輸出端并聯(lián)DCDC轉(zhuǎn)換器和超級電容，電堆模塊與DCDC轉(zhuǎn)換器、超級電容之間分別設(shè)置開關(guān)；所述的超級電容輸出端接地；所述的DCDC轉(zhuǎn)換器分別與輔助系統(tǒng)模塊、市電整流模塊及負(fù)載模塊并聯(lián)；所述的超級電容的輸入端與輔助系統(tǒng)模塊輸入端之間設(shè)置導(dǎo)線相連，所述的導(dǎo)線上設(shè)置開關(guān)。
[0007]上述的一種基于超級電容啟動的燃料電池備用電源系統(tǒng)，其所述的市電整流模塊為模擬實際工況，模擬外部供電正常和停電狀況的模塊。
[0008]上述的一種基于超級電容啟動的燃料電池備用電源系統(tǒng)，其所述的負(fù)載模塊為模擬實際工況的電能消耗的設(shè)備。
[0009]有益效果:
[0010]本實用新型采用超級電容作為輔助儲能模塊，超級電容作為新興的輔助儲能單元，擁有的一些優(yōu)勢可以很好滿足在燃料電池備用電源系統(tǒng)的應(yīng)用。首先，由于其能量密度大，非常適合大電流充放電，且充放電時間短，效率高，這很好滿足了燃料電池備用電源系統(tǒng)的啟動需求。其次，能夠滿足設(shè)計需求的電容組容量要求較小，就目前的超級電容市場價格而言，其成本與鋰離子電池組相當(dāng)，伴隨著超級電容應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，其成本擁有較大的下降空間，且其體積方面較蓄電池和鋰電池有優(yōu)勢，便于系統(tǒng)的布局設(shè)計及小型化要求。最后，其循環(huán)壽命，環(huán)境適應(yīng)性及安全性方面較蓄電池和鋰電池有明顯的優(yōu)勢，在燃料電池備用電源系統(tǒng)設(shè)計壽命周期內(nèi)，超級電容基本免維護(hù)，其能量密度的衰減也較小，無需做更換，大大減低了后期維護(hù)及使用成本。其環(huán)境適應(yīng)范圍比鋰電池要好很多，并由于鉛酸蓄電池，安全性相對兩者有較大的優(yōu)勢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】來詳細(xì)說明本實用新型；
[0012]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框架圖。

【具體實施方式】
[0013]為使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實施方式】，進(jìn)一步闡述本實用新型。
[0014]參照圖1，本實用新型包括電堆模塊1、D⑶C轉(zhuǎn)換器2、輔助儲能模塊為超級電容3、輔助系統(tǒng)模塊4、市電整流模塊5及負(fù)載模塊6，所述的電堆模塊I輸出端并聯(lián)DCDC轉(zhuǎn)換器2和超級電容3，電堆模塊I與DCDC轉(zhuǎn)換器2之間設(shè)置開關(guān)K3、電堆模塊I與超級電容3之間分別設(shè)置開關(guān)K2，電堆模塊I將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為電能提供電源。DCDC轉(zhuǎn)換器2分別與輔助系統(tǒng)模塊4、市電整流模塊5及負(fù)載模塊6并聯(lián)，DCDC轉(zhuǎn)換器將電堆模塊I輸出的電源調(diào)整為直流電輸出。超級電容3的輸入端與輔助系統(tǒng)模塊4輸入端之間設(shè)置導(dǎo)線相連，所述的導(dǎo)線上設(shè)置開關(guān)Kl，超級電容3輸出端接地。輔助系統(tǒng)模塊4包括控制整個系統(tǒng)正常運(yùn)行的控制系統(tǒng)和為電堆提供氫、氧燃料并對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行冷卻的輔助系統(tǒng)。市電整流模塊5為模擬實際工況，模擬外部供電正常和停電狀況的模塊。負(fù)載模塊6為模擬實際工況的電能消耗的設(shè)備。
[0015]本實用新型的工作情況如下:
[0016]市電正常時，市電整流模塊5輸出為負(fù)載模塊6供電，此時圖中Kl閉合，K2，K3斷開，輔助系統(tǒng)模塊4上電，處于待機(jī)狀態(tài)，超級電容3處于充電狀態(tài)。
[0017]市電異常時，市電整流模塊5停止輸出，此時圖中Κ2閉合，Kl斷開，超級電容3提供電能經(jīng)過DCDC轉(zhuǎn)換器2調(diào)整后為系統(tǒng)啟動及負(fù)載供電，輔助系統(tǒng)模塊4的控制系統(tǒng)啟動燃料電池，輔助系統(tǒng)開始供應(yīng)氫和氧，為電堆提供燃料。
[0018]當(dāng)電堆模塊I啟動到適合輸出的狀態(tài)時，Κ3閉合，Κ2斷開，Kl閉合，燃料電池電堆I輸出電能，經(jīng)DCDC轉(zhuǎn)換器2調(diào)整后供給負(fù)載模塊6及輔助系統(tǒng)模塊4，同時給超級電容3充電。
[0019]市電再次恢復(fù)正常時，Κ3斷開，Κ2斷開，Kl閉合，市電整流模塊5輸出為負(fù)載模塊6供電，輔助系統(tǒng)模塊4上電，處于待機(jī)狀態(tài)，超級電容3處于充電狀態(tài)。
[0020]超級電容擁有的一些優(yōu)勢，首先，由于其能量密度大，非常適合大電流充放電，且充放電時間短，效率高，這很好滿足了燃料電池備用電源系統(tǒng)的啟動需求。其次，能夠滿足設(shè)計需求的電容組容量要求較小，其成本擁有較大的下降空間，且其體積方面便于系統(tǒng)的布局設(shè)計及小型化要求。最后，其循環(huán)壽命，環(huán)境適應(yīng)性及安全性方面較蓄電池和鋰電池有明顯的優(yōu)勢，在燃料電池備用電源系統(tǒng)設(shè)計壽命周期內(nèi)，超級電容基本免維護(hù)，其能量密度的衰減也較小，無需做更換，大大減低了后期維護(hù)及使用成本，安全性相對兩者有較大的優(yōu)勢?？梢院芎脻M足在燃料電池備用電源系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0021]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超級電容啟動的燃料電池備用電源系統(tǒng)，包括電堆模塊、DCDC轉(zhuǎn)換器、輔助儲能模塊、輔助系統(tǒng)模塊、市電整流模塊及負(fù)載模塊，其特征在于，所述的輔助儲能模塊為超級電容， 所述的電堆模塊輸出端并聯(lián)DCDC轉(zhuǎn)換器和超級電容，電堆模塊與DCDC轉(zhuǎn)換器、超級電容之間分別設(shè)置開關(guān)； 所述的超級電容輸出端接地； 所述的DCDC轉(zhuǎn)換器分別與輔助系統(tǒng)模塊、市電整流模塊及負(fù)載模塊并聯(lián)； 所述的超級電容的輸入端與輔助系統(tǒng)模塊輸入端之間設(shè)置導(dǎo)線相連，所述的導(dǎo)線上設(shè)置開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超級電容啟動的燃料電池備用電源系統(tǒng)，其特征在于，所述的負(fù)載模塊為模擬實際工況的電能消耗的設(shè)備。
【文檔編號】H02J9/04GK203933141SQ201420324371
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】顧榮鑫, 馬天才, 蔣煜琪 申請人:昆山弗爾賽能源有限公司