一種應(yīng)用于10kW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種應(yīng)用于10kW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)，其特征是：利用一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)控制風(fēng)扇、電磁閥、蜂鳴器、負(fù)載等的運(yùn)行；并通過(guò)氣壓傳感器、溫度傳感器、水位傳感器、電壓傳感器、電流傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)液晶屏來(lái)實(shí)時(shí)顯示；電堆的各種工作參數(shù)可以通過(guò)顯示板上的按鍵來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電堆可以工作在最佳的運(yùn)行環(huán)境中；此外，控制系統(tǒng)還具有防反向電流功能，及燃料電池工作在異常環(huán)境下時(shí)，系統(tǒng)的保護(hù)功能，防止電堆及負(fù)載受到損害，同時(shí)還具有報(bào)警提示功能。
【專利說(shuō)明】一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明型涉及一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)。特別是燃料電池控制系統(tǒng)的功能，燃料電池工作模式的選擇，燃料電池工作參數(shù)通過(guò)按鍵在屏幕上的設(shè)置，反向電流的檢測(cè)，充電電路構(gòu)成，燃料電池電堆的保護(hù)等方面有了新突破。
【背景技術(shù)】
[0002]能源和環(huán)境問(wèn)題目前在世界上已經(jīng)成為一個(gè)被廣泛關(guān)注的話題。傳統(tǒng)一次能源逐漸匱乏以及大氣污染程度的日益加劇，都迫使各國(guó)在研究和開(kāi)發(fā)新能源方面加快了步伐，尤其是不斷增加的車(chē)輛和工作熱機(jī)排放出的二氧化碳?xì)怏w對(duì)大氣組成成份的影響，造成了全球氣候的變暖。氫能燃料電池是一種直接將化學(xué)能裝換成電能的裝置，具有低噪聲、無(wú)污染、功率可變、系統(tǒng)可靠、適用環(huán)境能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此成為全世界研究的重點(diǎn)方向。只要是用電的地方都可以用到它，如工廠、電站、電動(dòng)汽車(chē)、航空航天、輪船等領(lǐng)域，但他的轉(zhuǎn)換過(guò)程受到外界因素影響，特別是發(fā)出的功率越高，對(duì)外部的條件要求就越高，就需要控制系統(tǒng)來(lái)控制這些外部因素，如:電堆的溫度、濕度、電壓等，同時(shí)燃料電池采用的是氫氣作為燃料，就需要控制進(jìn)氣的流量，同時(shí)控制一些閥門(mén)的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)斷，使燃料電池產(chǎn)生的電壓可以安全，方便的應(yīng)用在負(fù)載上。傳統(tǒng)的電動(dòng)車(chē)，每次用戶使用完電瓶里面的電，就需要換電瓶進(jìn)行充電，比較繁瑣。本發(fā)明采用雙電源供電系統(tǒng)，不需要外部電源充電，給用戶帶來(lái)了很大的方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明型的目的是:
[0004]1.當(dāng)燃料電池用于供電系統(tǒng)上時(shí)，使用者可以通過(guò)顯示屏觀察到燃料電池的工作狀態(tài)，同時(shí)工程師可以通過(guò)按鍵來(lái)調(diào)節(jié)燃料電池的工作狀態(tài)，針對(duì)每個(gè)燃料電池的性能差異，找出最佳的工作狀態(tài)。
[0005]2.實(shí)現(xiàn)雙電源自動(dòng)切換功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電。
[0006]3.通過(guò)自動(dòng)控制供給負(fù)載電壓的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流防反向，防止反向電流對(duì)造成對(duì)電堆的損害。
[0007]4.通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)，可以選擇三種不同的工作參數(shù)，滿足不同用戶的需求。
[0008]5.通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制水閥實(shí)現(xiàn)加濕器的自動(dòng)加水，當(dāng)水箱里面的水位過(guò)低時(shí)，水閥打開(kāi)加水，超過(guò)設(shè)定值水閥自動(dòng)關(guān)閉。
[0009]本發(fā)明型的技術(shù)解決方案是:一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng),其特征是系統(tǒng)剛開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)通過(guò)蓄電池供電，啟動(dòng)完成后通過(guò)DC-DC降壓模塊將燃料電池產(chǎn)生的電壓降到13.8V給系統(tǒng)供電，同時(shí)給蓄電池充電。通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)選擇燃料電池的工作狀態(tài)，分為A、B、C三種模式，模式選擇之后，可以通過(guò)按鍵進(jìn)入?yún)?shù)調(diào)節(jié)模式，來(lái)調(diào)節(jié)燃料電池的參數(shù):風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與溫度、電流的關(guān)系，排氣頻率與電流的關(guān)系，負(fù)載的開(kāi)啟電壓與關(guān)斷電壓，電流的最大值、開(kāi)機(jī)活化次數(shù)和燃料電池運(yùn)行過(guò)程中的活化次數(shù)及時(shí)間等，以便使燃料電池工作在最佳狀態(tài)。當(dāng)燃料電池在運(yùn)行的過(guò)程中，出現(xiàn)異常時(shí)，蜂鳴器報(bào)警及屏幕相應(yīng)參數(shù)閃爍，同時(shí)，屏幕上還會(huì)提示“請(qǐng)?zhí)幚懋惓！碑惓＝鉀Q了之后會(huì)提示“請(qǐng)開(kāi)機(jī)”，開(kāi)機(jī)成功之后會(huì)顯示“運(yùn)行中”，方便用戶發(fā)現(xiàn)報(bào)警的原因，并及時(shí)解決，這樣既保護(hù)電堆也防止負(fù)載受損，使負(fù)載可以安全，平穩(wěn)的運(yùn)行。
[0010]本發(fā)明型的有益效果為:通過(guò)顯示及自動(dòng)控制，更好的保護(hù)電堆，提高壽命及效率，同時(shí)方便用戶了解燃料電池的工作狀態(tài)，可以更安全，平穩(wěn)的出行。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)原理圖。
[0012]圖2為一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]附圖展示了本發(fā)明型的結(jié)構(gòu)及工作實(shí)施例。系統(tǒng)原理圖中:
[0014]1、傳感器模塊2、反向電流檢測(cè)模塊3、雙電源供電及自動(dòng)充電模塊4、模式選擇模塊5、電磁閥模塊6、顯不模塊7、風(fēng)扇模塊
[0015]下面綜合附圖對(duì)本發(fā)明型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]首先整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)雙電源供電及自動(dòng)充電模塊(3)中的12V蓄電池進(jìn)行供電，可以通過(guò)顯示模塊出)中的按鍵，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置單元，把燃料電池的工作參數(shù)設(shè)置進(jìn)去，例如:短路的參數(shù)、燃料電池的溫度極限值、負(fù)載的最大電流、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與溫度及電流的關(guān)系表、排氣閥頻率與電流之間的關(guān)系、氣瓶的最低氣壓值、進(jìn)氣閥的最高氣壓值，負(fù)載的開(kāi)啟及關(guān)閉電壓等。參數(shù)設(shè)置完成后進(jìn)入模式選擇模塊(4)，把撥碼開(kāi)關(guān)分別置于A、B、C檔，把不同的參數(shù)下載進(jìn)去，在程序運(yùn)行中，選擇哪個(gè)檔，運(yùn)行哪段程序。單片機(jī)接受傳感器模塊
(I)中的溫度傳感器、電流傳感器、氣壓傳感器、水位傳感器采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，與顯示模塊(6)進(jìn)行通信，顯示在液晶屏上顯示，當(dāng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)與設(shè)定值不吻合時(shí)，顯示模塊(6)中的顯示屏上會(huì)提示“請(qǐng)?zhí)幚懋惓！?，出現(xiàn)異常的參數(shù)會(huì)閃爍，同時(shí)發(fā)出報(bào)警提示聲，異常處理完畢之后，屏幕上顯示“請(qǐng)開(kāi)機(jī)”，同時(shí)報(bào)警，閃爍消失。按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，屏幕上會(huì)提示“運(yùn)行中”。當(dāng)燃料電池產(chǎn)生的電壓大于設(shè)定值時(shí)，負(fù)載打開(kāi)，同時(shí)雙電源供電及自動(dòng)充電模塊⑶中的DC-DC降壓模塊把電壓降到13.8V給系統(tǒng)供電，同時(shí)給蓄電池充電。在正常運(yùn)行中，電磁閥模塊(5)中的高壓閥打開(kāi)、進(jìn)氣閥打開(kāi)、排氣閥根據(jù)電流調(diào)整排氣頻率排氣、水閥關(guān)閉。電磁閥模塊(5)中的排氣電磁閥隨著傳感器模塊(I)中的電流傳感器檢測(cè)的值而改變，電流越大排氣頻率越快，電流越小排氣頻率越慢。風(fēng)扇模塊(7)中的風(fēng)扇不僅與傳感器器模塊(I)中電流傳感器檢測(cè)到的電流有關(guān)還與溫度傳感器檢測(cè)到的溫度有關(guān)，沒(méi)有電流時(shí)，風(fēng)扇隨著溫度而改變，有電流時(shí)，隨著電流的大小而改變。一旦傳感器模塊
(I)中的傳感器檢測(cè)值與設(shè)定值不吻合時(shí)，單片機(jī)會(huì)進(jìn)行一些列的保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)發(fā)出報(bào)警提示音，便于用戶排查故障。當(dāng)反向電流檢測(cè)模塊(2)中反向檢測(cè)裝置檢測(cè)到的小于IOA時(shí)，此時(shí)會(huì)關(guān)閉負(fù)載，防止電流進(jìn)入電堆，影響電堆性能。
[0017]本次發(fā)明型中的功能，不僅方便了工程師得到燃料電池的最佳工作參數(shù)，而且方便了用戶在日常中的使用，不需要外部電源給蓄電池充電。同時(shí)系統(tǒng)的啟動(dòng)響應(yīng)快，比較平穩(wěn)，在安全上有了保證。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)，其特征是:利用一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)控制風(fēng)扇、電磁閥、蜂鳴器、負(fù)載等的運(yùn)行；并通過(guò)氣壓傳感器、溫度傳感器、水位傳感器、電壓傳感器、電流傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)液晶屏來(lái)實(shí)時(shí)顯示；電堆的各種工作參數(shù)可以通過(guò)顯示板上的按鍵來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電堆可以工作在最佳的運(yùn)行環(huán)境中；此外，控制系統(tǒng)還具有防反向電流功能，及燃料電池工作在異常環(huán)境下時(shí)，系統(tǒng)的保護(hù)功能，防止電堆及負(fù)載受到損害，同時(shí)還具有報(bào)警提示功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)，其特征是:顯示裝置通過(guò)液晶屏顯示電流、電壓、功率、水位、溫度、氣壓，蓄電池電壓、當(dāng)前系統(tǒng)的工作模式等參數(shù)，并告訴用戶目前處于那種工作狀態(tài)，只有設(shè)置的所有參數(shù)正常時(shí)，才可以正常的開(kāi)機(jī)運(yùn)行；并且可以靈活的通過(guò)屏幕按扭設(shè)置初始參數(shù)，方便工程師調(diào)節(jié)參數(shù)，找出電堆的最佳工作狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)，其特征是:供給主板的電源可以自行切換，系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)通過(guò)12V鉛酸蓄電池啟動(dòng)，當(dāng)電堆產(chǎn)生的電壓高于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)DC-DC降壓模塊輸出13.8V電源給主板供電，同時(shí)給12V鉛蓄電池自行充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)，其特征是:當(dāng)電堆的電壓、電流、溫度、氣壓、水位等出現(xiàn)異常時(shí)，影響燃料電池正常工作，單片機(jī)會(huì)采取保護(hù)措施及報(bào)警動(dòng)作，方便用戶及時(shí)解決問(wèn)題。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)，其特征是:系統(tǒng)擁有三種工作模式，通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行選擇不同的工作參數(shù)，并且適用季節(jié)的變化，滿足不同消費(fèi)者的需求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)，其特征是:排氣閥的頻率的設(shè)置，排氣閥的頻率與負(fù)載電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以通過(guò)屏幕上的按鍵來(lái)進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)電流大時(shí)，排氣閥的頻率可以設(shè)置的快一些，電流小時(shí)排氣閥的頻率可以慢一些，排氣閥在運(yùn)行的時(shí)候可以根據(jù)負(fù)載電流的不同，進(jìn)行查表調(diào)節(jié)頻率，可以設(shè)置255組參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)，其特征是:風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制功能，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不僅與電堆的溫度有關(guān)，還與負(fù)載的電流有關(guān)，因此在屏幕上設(shè)置了一個(gè)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速表，方便風(fēng)扇在運(yùn)行的時(shí)候，根據(jù)外部條件的變化進(jìn)行及時(shí)的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使電堆的效率最好。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)，其特征是:燃料電池逆向電流保護(hù)功能，當(dāng)電流傳感器檢測(cè)到的電流低于設(shè)定值時(shí)，會(huì)關(guān)斷負(fù)載，防止反向電流進(jìn)入電堆，對(duì)電堆進(jìn)行損害。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種應(yīng)用于IOkW以下的氫能燃料電池控制系統(tǒng)，其特征是: 13.8V開(kāi)關(guān)電源通過(guò)光耦控制MOSFET的通斷實(shí)現(xiàn)防逆流功能，當(dāng)開(kāi)關(guān)電源關(guān)斷時(shí)，蓄電池電壓應(yīng)不能加載在開(kāi)關(guān)電源輸出端。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK103715439SQ201210381304
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】范繼寶, 魏艷芹, 趙志剛 申請(qǐng)人:南京慧宇能源科技有限公司