燃料电池保护控制方法、控制系统、控制器及发电装置

摘要

本发明属于燃料电池领域，公开了一种燃料电池保护控制方法、控制系统、控制器及发电装置，对燃料电池输出电压进行检测，若输出电压值正常，打开氢气电磁阀；开始对燃料电池输出电流进行阈值判断并调整电磁阀氢气的流量，当输出电流使用电设备达到额定功率时，控制器将保持电磁阀的开度；当燃料电池输出电压或电流被检测超过设定阈值时，控制器发出过压、过流保护指令，对燃料电池以及用电设备进行保护。本发明能快速精准的监测并通过控制电磁阀的氢流量来调整燃料电池输出电参量，满足用电设备需求。在用电设备异常时，能快速地切断负载，避免燃料电池因为电路流过的大电流导致烧坏。

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池保护控制方法、控制系统、控制器及发电装置。

背景技术

氢能作为21世纪清洁能源，其燃料利用效率高、没有环境污染，目前以氢能源作为能源供给的燃料电池被认为是潜力最大的发电装置。近年来，大量的科研学者投入对氢燃料电池的研究，随着燃料电池技术的发展，对燃料电池堆的效率、燃料电池系统的稳定性以及燃料电池对用电设备的输出特性等要求越来越高。

燃料电池的输出特性直接影响用电设备的运行稳定性以及使用寿命，用电设备运行的稳定性反过来又影响燃料电池系统的运行，所以如何有效地控制燃料电池输出特性是燃料电池系统高效稳定运行的重要因素。当用电设备出现异常时，如何保护燃料电池系统正常运行，减小燃料电池系统的损坏，也是研究的重要内容。

专利号为200710176877.6的专利公开了一种光伏逆变器过流保护电路，该电路包括过流保护电路、过流保护驱动电路和过流保护控制电路等。该过流电路通过电流传感器采集到DCDC输出电流，将电流采样值输出给过流保护控制电路，过流保护控制电路通过逻辑判断，向过流保护驱动电路发出控制信号，过流保护驱动电路将此控制信号转换为对过流保护开关管IGBT1的驱动信号，控制开关管IGBT开通或关断。此过流保护电路是通过对四个功率开关管进行电流采样，造成采样电路、过流保护驱动电路繁琐复杂，成本浪费。

专利号为201520182217.9的专利提出了一种电流采样保护电路和一种空调器，所述电流采样保护电路包括：主控芯片、高速集成运算放大电路、IPM模块等，高速集成运算放大电路用于电流采样；IPM模块用于接受高速集成运算放大电路后的采样电流，已实现电流采样。该专利利用了硬件第一限幅箝位保护电路、第二限幅箝位保护电路作为过流保护手段，硬件手段与软件手段相比，硬件对于阈值比较固定，而且对采样电阻的精度要求非常高。而且该专利在外置式直流电机出现异常时，无法及时切断电源，所以该过流保护电路不利于使用在燃料电池系统中。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有的燃料电池输出电参量(功率、电压、电流等)过大但不超过用电设备设定值需求的110％时，用电设备不能在该工作状态下长时间运行。

(2)现有的燃料电池输出电参量过大或者因为用电设备故障或者短路时，电路中的电参量瞬间增大，容易造成用电设备或燃料电池损坏。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种燃料电池保护控制方法、控制系统、控制器及发电装置。

本发明是这样实现的，一种燃料电池保护控制方法，包括：

控制器对采样到的燃料电池输出电参量与用电设备额定电参量进行对比；

所述燃料电池输出电参量小于用电设备额定电参量，调整电磁阀氢气的流量，并增大所述燃料电池输出电参量；

所述燃料电池输出电参量大于用电设备额定电参量且小于用电设备额定电参量的1.1倍，调整电磁阀氢气的流量，减小燃料电池输出电参量；

所述燃料电池输出电参量大于用电设备额定电参量1.1倍，关闭所述电磁阀，切断用电设备的供电电源。

进一步，所述燃料电池输出电参量等于用电设备额定电参量，控制器保持电磁阀的当前开度。

进一步，所述控制器采样到的燃料电池输出电参量包括通过采集燃料电池母线上的输出电流、输出电压及温度参数。

进一步，所述控制器通过接收温度传感器传输的温度信号调节风机转速，对燃料电池进行散热。

进一步，所述控制器采样到的燃料电池输出电流、输出电压信号小于用电设备额定电参量，控制器根据输出电流或输出电压调整电磁阀氢气的流量，增大燃料电池输出电流或电压；

采样到的燃料电池输出电流、输出电压信号大于用电设备额定电参量而小于1.1倍的电设备额定电参量，所述控制器调整电磁阀氢气的流量，减小燃料电池输出电流或电压；

采样到的燃料电池输出电流、输出电压信号等于用电设备额定电参量，所述控制器保持电磁阀的张合大小；

采样到的燃料电池输出电流、输出电压信号大于用电设备额定电参量的1.1倍，所述控制器发出过压、过流保护指令，对燃料电池以及用电设备进行保护。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池保护控制系统，燃料电池保护控制系统包括：

燃料电池，设有电流采样模块、电压采样模块、温度采样模块，用于传输电流、电压、温度信号；

电磁阀，用于控制氢气流量；

风扇，用于对燃料电池进行散热；

开关，用于控制风扇的开合。

用电设备，对燃料电池提供的能源进行应用；

控制器，用于控制燃料电池、电磁阀、风扇、开关及用电设备的运行状态。

进一步，所述燃料电池由多片双极板串联堆叠而成。

进一步，所述电流采样模块采集燃料电池输出电流，控制器根据输出电流调整电磁阀氢气的流量；

所述电压采样模块采集燃料电池输出电压，控制器根据输出电流判断是否开启氢气电磁阀；

所述温度采样模块采集燃料电池的温度，控制器根据温度调节风扇转速。

本发明的另一目的在于提供一种控制器，所述控制器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述控制器执行时，使得所述控制器执行如下步骤：

对采样到的燃料电池输出电参量与用电设备额定电参量进行对比；

所述燃料电池输出电参量小于用电设备额定电参量，调整电磁阀氢气的流量，并增大所述燃料电池输出电参量；

所述燃料电池输出电参量大于用电设备额定电参量且小于用电设备额定电参量的1.1倍，调整电磁阀氢气的流量，减小燃料电池输出电参量；

所述燃料电池输出电参量大于用电设备额定电参量1.1倍，关闭所述电磁阀，切断用电设备的供电电源。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述燃料电池保护控制系统的发电装置。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

(1)本发明各类传感器采样燃料电池输出参量，通过获得的采样值来判断是否对系统进行保护，当燃料电池输出电参量超过设定的阈值时，能快速精准的监测到并通过控制电磁阀的氢流量来调整燃料电池输出电参量，满足用电设备需求。

(2)本发明在用电设备异常时，能快速地切断负载，避免燃料电池因为电路流过的大电流导致烧坏；当燃料电池发电异常时，能快速切断电源，避免用电设备因为燃料电池输出电流、电压异常导致用电设备烧坏。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例提供的燃料电池保护控制系统图。

图中：1、燃料电池；2、电磁阀；3、控制器；4、风扇；5、开关；6、用电设备；11、电流采样模块；12、电压采样模块；13、温度采样模块。

图2是本发明实施例提供的燃料电池保护控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种燃料电池保护控制方法、控制系统、控制器及发电装置，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示本发明实施例提供的燃料电池保护控制系统图，由燃料电池1、电磁阀2、控制器3、风扇4、开关5以及用电设备6部分构成。

该系统包括燃料电池上电流采样模块11、电压采样模块12、温度采样模块13以及用电设备6，由于燃料电池堆的输出电压由多片双极板串联堆叠而成，双极板数目确定，则输出电压确定。检测逻辑上，先对燃料电池1输出电压进行检测，输出电压值正常，开始打开氢气电磁阀2，这时开始对燃料电池输出电流进行阈值判断，当输出电流使用电设备6达到额定功率时，控制器3将保持电磁阀2的开度，当燃料电池1输出电压或电流被检测超过设定阈值时，该保护系统将发出过压、过流保护指令，将对该系统燃料电池1以及用电设备6进行保护；温度采样模块13的信号用来调节风扇4转速，使燃料电池1发电过程中产生的热量及时散出去，防止燃料电堆内温度过高导致双极板烧毁。

通过电流采样模块11、电压采样模块12、温度采样模块13采集燃料电池母线上的电参量，为了让燃料电池1输出稳定，给负载提供稳定的电源，需要对燃料电池1的输出电参量进行采样并进行调控。

控制器3采样到功率、电流、电压信号等称为电参量X1，例如当X1小于用电设备6额定电参量X2时，控制器3将根据输出电流调整电磁阀2氢气的流量，以增大燃料电池输出电流；当X1大于用电设备6额定电参量X2而小于1.1倍的X2时，控制器3将调整电磁阀2氢气的流量，来减小燃料电池输出电参量；当X1等于用电设备6额定电参量X2时，控制器3保持电磁阀2的张合大小，保持氢气的流量，使燃料电池输出电参量维持在用电设备6额定电参量；当X1大于用电设备6额定电参量1.1倍X2时，控制器3关闭电磁阀2，控制器3将切断用电设备6的供电电源。

当用电设备6发生短路故障时，电路中电流激增，会导致燃料电池输出功率激增，不立即暂停燃料电池运行的话，会导致燃料电池烧毁。

该系统通过温度采集燃料电池的温度，通过燃料电池的温度控制风扇4占空比来控制风扇4转速，风扇4转速越大散热越快；如果燃料电池内部温度大于燃料电池承受的最大温度，控制器3将进行过温保护，控制电磁阀2切断氢气，停止燃料电池运行。

如图2所示为本发明实施例提供的燃料电池保护控制方法流程图，X1大于用电设备电参量X2而小于1.1倍的X2时的保护称为初级保护；称X1大于用电设备电参量1.1倍X2时的保护称为终级保护；在燃料电池输出电参量X1在大于用电设备电参量X2而小于1.1倍的X2阶段，因为用电设备可以在该电流下运行，但长时间该电流下运行会对用电设备造成损坏，所以这阶段的保护可以进行电流反馈调节。

在燃料电池输出用电参量X1在大于用电设备电参量1.1倍的X2阶段，硬件输出采样值超出用电设备可承受的范围，所以软件需要立即发出停止燃料电池输出的命令以保护用电设备。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。