[实用新型]一种用于质子交换膜燃料电池备用电源系统的DC/DC变换及控制系统

说明书

技术领域

本实用新型属于质子交换膜燃料电池应用技术领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池通信备用电源系统的设计，特别针对质子交换膜燃料电池通信备用电源系统中DC/DC变换器的设计及控制。 

背景技术

质子交换膜燃料电池(以下简称FC)具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的诱人特点，它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源，还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源，又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给，还能解决电网调峰问题，因而对于FC作为核心部件，应用在各行业的备用电源系统上以成趋势，随着燃料电池的商业化推广，市场前景十分广阔。 

FC备用电源系统在工作时，由于FC从接到开机信号到正常工作需要一定时间，要达到系统无缝切换的目的，我们通常采用外接备用蓄电池，在切换过程中起到应急的关键作用，而此备用蓄电池容量又不能选择太大，主要受到成本、体积影响，如果选择太大，就失去FC备用电源系统的作用； 

FC工作时，受周围环境影响较大，FC工作温度点在50℃左右最为理想，此时FC输出功率能力最强，而工作温度超出最佳范围后，对于FC的最大功率输出点、工作效率、寿命等都有一定影响，温度偏差越大影响也就越大； 

湿度是FC工作时非常重要的一个条件，只有在质子交换膜(简称MEA)上保持一定的湿度，氢氧才能通过MEA发生电化学反应传输出电能，如果空气中的湿度较小，MEA上比较干燥，MEA传输电能将受到影响，而使MEA无法达到最佳工作状态，即达不到将最优工作状态发挥出来，MEA只有带载工作时，自身能产生水分，也就是自己能够增加湿度，而没达到最佳湿度时输出功率无法达到最佳点。 

FC通常通过保护控制器来对FC进行性能检测，主要检测方式是通过监测输出电压，判断如果输出电压低至FC最低工作电压时，将FC关闭，来保护FC的超负荷运行。 

实用新型内容

根据以上背景可知： 

1、FC会受工作最佳温度点的影响，达不到最佳工作温度时，FC将达不到最佳输出功率点，只能降额使用，如果实际输出负载需要FC输出应该输出的额定功率时，FC保护控制器只有将其保护性关闭，此时如出现反复开关机，将对FC寿命受到较大影响； 

2、FC会受环境湿度影响，起始工作是达不到MEA所使用的环境湿度的，FC将达不到最佳输出功率点，只能通过降额使用，如果实际输出负载需要FC输出应该输出的额定功率时，FC保护控制器只有将其保护性关闭； 

以上可知：FC如果在起始启动工作的情况下，受工作环境影响，工作温度和湿度均不能完全满足，但FC在起始工作时，由于不是工作在最佳功率点上，只有保护控制器起到保护作用，将FC输出关闭，FC工作将中断，只能靠备用蓄电池弥补，直至备用蓄电池放电至保护后，整个系统将停止工作。 

根据FC起始工作时，温度、湿度不能达到最佳工作点；FC在带负载工作时自身能发热(加温)产生水(自加湿)；通信用高频开关电源具有电压调节功能(依据YD/T731-2008通信用高频开关整流器中的4.3可知)这些特点，为解决以上技术问题，根据FC此特性，通过在主电路回路上设置可反馈控制的控制回路跟随调节负载电路，使输出功率平稳过渡到额定功率，保证整个过程中FC的输出电压和输出电流保持在FC的保护点之上，避免FC自身通过FC保护控制器频繁的保护性关闭对FC的伤害。 

为实现本实用新型目的的具体技术方案如下： 

一种用于质子交换膜燃料电池备用电源系统的DC/DC变换及控制系统，包括主电路回路和控制回路， 

所述的主电路回路包括供气单元、气路控制电磁阀、质子交换膜燃料电池、DC/DC变换器的DC/DC变换电路及备用蓄电池； 

控制回路包括PLC采集控制器、DC/DC变换器的通讯模块及MCU电路， 

所述的通讯模块用于实现PLC采集控制器及MCU电路之间的通讯， 

所述的MCU电路与负载电路及DC/DC变换器连接，用于采集DC/DC变换器的输出电压Vout及输出电流Iout(即负载电压和负载电流)并将其通过通讯模块 发送给PLC采集控制器，接收PLC采集控制器的处理信息并据此调节DC/DC变换器的PWM芯片， 

所述的PLC采集控制器由备用蓄电池供电，与质子交换膜燃料电池相连接，其设有电压跟随调节模块，