一種具有交流電輸出功能的氫燃料電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種具有交流電輸出功能的氫燃料電池，其解決了現(xiàn)有氫燃料電池不能向交流用電負載提供交流電的技術(shù)問題，其包括相互連接的燃料電池模塊、中央控制單元、蓄電池、室外散熱單元、DC／DC轉(zhuǎn)換單元和電磁閥，燃料電池模塊包括供氫單元和發(fā)電單元，電磁閥通過管道與供氫單元連接，還設(shè)有逆變電路、PWM隔離驅(qū)動電路、交流輸出濾波電路和保護電路，逆變電路與DC／DC轉(zhuǎn)換單元連接，PWM隔離驅(qū)動電路設(shè)于逆變電路與中央控制單元之間，交流輸出濾波電路與逆變電路連接，保護電路設(shè)于交流輸出濾波電路與中央控制單元之間。本實用新型廣泛應(yīng)用于應(yīng)急、后備電源【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】—種具有交流電輸出功能的氫燃料電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電源，特別是涉及一種具有交流電輸出功能的氫燃料電池?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]氫燃料電池已經(jīng)成功應(yīng)用在基站、變電站、電信設(shè)備等領(lǐng)域，其作為應(yīng)急或后備直流電源使用，具有很多傳統(tǒng)電池所不具備的優(yōu)勢。氫燃料電池由陽極、陰極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)構(gòu)成，其工作原理是將氫氣送到陽極且被氧化，將氧化劑送到陰極其被還原，氫原子中的電子被分離來，失去電子的氫離子(質(zhì)子)穿過質(zhì)子交換膜，到達電池陰極，而電子從陽極通過負載流向陰極構(gòu)成電回路。
[0003]然而，現(xiàn)有的氫燃料電池只能提供直流電源，而不能向交流用電負載提供交流電源。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型為了解決現(xiàn)有氫燃料電池不能向交流用電負載提供交流電的技術(shù)問題，提供一種能夠輸出交流電的具有交流電輸出功能的氫燃料電池。
[0005]本實用新型提供一種具有交流電輸出功能的氫燃料電池，包括燃料電池模塊、中央控制單元、蓄電池、室外散熱單元、DC / DC轉(zhuǎn)換單元和電磁閥，DC / DC轉(zhuǎn)換單元與中央控制單元連接，燃料電池模塊與DC / DC轉(zhuǎn)換單元連接；燃料電池模塊包括供氫單元和發(fā)電單元，電磁閥通過管道與供氫單元連接；蓄電池與中央控制單元連接，室外散熱單元與中央控制單兀連接；
[0006]還設(shè)有逆變電路、PWM隔離驅(qū)動電路、交流輸出濾波電路和保護電路，逆變電路與DC / DC轉(zhuǎn)換單元連接，PWM隔離驅(qū)動電路設(shè)于逆變電路與中央控制單元之間，交流輸出濾波電路與逆變電路連接，保護電路設(shè)于交流輸出濾波電路與中央控制單元之間。
[0007]優(yōu)選地，逆變電路包括四個功率開關(guān)管，該四個功率開關(guān)分別為第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管、第三功率開關(guān)管和第四功率開關(guān)管；第一功率開關(guān)管的集電極和第二功率開關(guān)管的集電極連接，第三功率開關(guān)管的發(fā)射級和第四功率開關(guān)管的發(fā)射級連接；第一功率開關(guān)管的柵極通過第一電阻連接到PWM隔離驅(qū)動電路，第二功率開關(guān)管的柵極通過第二電阻連接到PWM隔離驅(qū)動電路，第三功率開關(guān)管的柵極通過第三電阻連接到PWM隔離驅(qū)動電路，第四功率開關(guān)管的柵極通過第四電阻連接到PWM隔離驅(qū)動電路；
[0008]第一電阻的兩端并聯(lián)有第一二極管，第二電阻的兩端并聯(lián)有第二二極管，第三電阻的兩端并聯(lián)有第三二極管，第四電阻的兩端并聯(lián)有第四二極管；第一電阻的一端與第一功率開關(guān)管的發(fā)射極之間連接有第五電阻，第二電阻的一端與第二功率開關(guān)管的發(fā)射極之間連接有第七電阻，第三電阻的一端與第三功率開關(guān)管的發(fā)射極之間連接有第六電阻，第四電阻的一端與第四功率開關(guān)管的發(fā)射極之間連接有第八電阻；
[0009]第一功率開關(guān)管和第三功率開關(guān)管之間的節(jié)點通過第一電感和第二電容連接到第二功率開關(guān)管和第四功率開關(guān)管之間的節(jié)點，第二電容的兩端并聯(lián)有第二電感，第二電感的兩端并聯(lián)第三電容，第四電容和第五電容串聯(lián)后并在第三電容兩端。
[0010]本實用新型的有益效果是，體積小，集成化程度高；能夠同時輸出直流電和交流電，輸出的交流電波形平滑穩(wěn)定，不易受負載變化而波動；本裝置運行安全、穩(wěn)定、可靠，具有過流/過壓/欠壓保護功能；具有自動切換電源輸出的功能，使得使用更加方便。
[0011]本實用新型進一步的特征，將在以下【具體實施方式】的描述中，得以清楚地記載。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的原理框圖；
[0013]圖2是逆變電路的電路原理圖。
[0014]附圖符號說明:
[0015]1.中央控制單元，2.DC / DC轉(zhuǎn)換單元，3.燃料電池模塊，4.電磁閥，5.蓄電池，
6.室外散熱單元，7.逆變電路，8.PWM隔離驅(qū)動電路，9.交流輸出濾波電路，10.保護電路，
11.氫氣源，3a.供氫單元，3b.發(fā)電單元，VTl.第一功率開關(guān)管，VT2.第二功率開關(guān)管，VT3.第三功率開關(guān)管，VT4.第四功率開關(guān)管，C1、C2、C3、C4、C5分別為第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容，DU D2、D3、D4分別為第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管，LUL2分別為第一電感、第二電感，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9分別為第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本實用新型包括中央控制單元1、DC / DC轉(zhuǎn)換單元2、燃料電池模塊
3、電磁閥4、蓄電池5和室外散熱單元6，DC / DC轉(zhuǎn)換單元2與中央控制單元I連接，燃料電池模塊3與DC / DC轉(zhuǎn)換單元2連接，電磁閥4通過管道與燃料電池模塊3連接，蓄電池5與中央控制單元I連接，室外散熱單元6與中央控制單元I連接。
[0017]燃料電池模塊3包括供氫單元3a和發(fā)電單元3b，供氫單元3a與發(fā)電單元3b連接。電磁閥4通過管道與供氫單元3a連接形成氫氣輸入流通路徑。發(fā)電單元3b接收來自供氫單元3a的氫氣并發(fā)出直流電，該直流電是燃料電池模塊3的輸出。
[0018]DC / DC轉(zhuǎn)換單元2將燃料電池模塊3輸出的電壓轉(zhuǎn)換成DC45V直流電，DC / DC轉(zhuǎn)換單元2的輸出端可以連接直流負載，向直流負載提供DC45V的直流電。蓄電池5的輸出端也可以連接直流負載，向直流負載提供DC45V的直流電。
[0019]中央控制單元I為整個裝置的中央數(shù)據(jù)處理及控制裝置，用于控制整個裝置的工作。中央控制單元I可以是包括MCU、ARM或DSP等芯片的控制裝置。
[0020]本實用新型還設(shè)有逆變電路7、PWM隔離驅(qū)動電路8、交流輸出濾波電路9和保護電路10。逆變電路7與DC / DC轉(zhuǎn)換單元2連接，逆變電路7與中央控制單元I之間連接有PWM隔離驅(qū)動電路8，交流輸出濾波電路9與逆變電路7連接，交流輸出濾波電路9的輸出端與保護電路10連接。保護電路10的輸出端與所述中央控制單元I連接。
[0021]逆變電路7為IGBT型全橋逆變器，用于將DC / DC轉(zhuǎn)換單元2輸出的DC45V進行DC / AC逆變，輸出AC220V / 60Hz的交流電，該交流電再通過交流輸出濾波電路9實現(xiàn)對噪音和干擾的濾除，使AC220V / 60Hz交流電的波形平滑、穩(wěn)定。
[0022]PWM隔離驅(qū)動電路8采用PWM脈寬調(diào)制控制電路，用于接收中央控制單元I的指令驅(qū)動逆變電路7工作。
[0023]保護電路10能夠?qū)涣鬏敵鰹V波電路9輸出的交流電壓進行過流、欠壓和過壓保護電路，保證整個裝置的安全可靠運行。
[0024]室外散熱單元6能夠在中央控制單元I的控制下對燃料電池模塊3、逆變電路7和PWM隔離驅(qū)動電路8進行散熱冷卻。推薦使用風機進行風冷，保證燃料電池模塊3、逆變電路7和PWM隔離驅(qū)動電路8的正常工作溫度。
[0025]電磁閥4的輸入端與氫氣源11連通，電磁閥4能夠控制流入燃料電池模塊3的供氫單元3a的氫氣的流量大小。具體是中央控制單元I向電磁閥4發(fā)出指令，驅(qū)動電磁閥4的打開或關(guān)閉，電磁閥4不是開關(guān)閥，其開關(guān)量是可以呈線性變化的。
[0026]進一步對本實用新型進行說明，如圖2所示，逆變電路7由四個功率開關(guān)管構(gòu)成的橋式逆變電路，直流電壓DC45V經(jīng)過第一電容Cl輸入給橋式逆變電路。
[0027]四個功率開關(guān)分別為第一功率開關(guān)管VT1、第二功率開關(guān)管VT2、第三功率開關(guān)管VT3、第四功率開關(guān)管VT4。直流電壓DC45V的正極與第一功率開關(guān)管VTl的集電極和第二功率開關(guān)管VT2的集電極連接，負極與第三功率開關(guān)管VT3的發(fā)射級和第四功率開關(guān)管VT4發(fā)射級連接。第一功率開關(guān)管VTl的柵極通過第一電阻Rl連接到PWM隔離驅(qū)動電路8，第二功率開關(guān)管VT2的柵極通過第二電阻R2連接到PWM隔離驅(qū)動電路8，第三功率開關(guān)管VT3的柵極通過第三電阻R3連接到PWM隔離驅(qū)動電路8，第四功率開關(guān)管VT4的柵極通過第四電阻R4連接到PWM隔離驅(qū)動電路8。PWM隔離驅(qū)動電路8的驅(qū)動信號發(fā)送到第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4。第一電阻Rl兩端并聯(lián)有第一二極管D1，第二電阻R2兩端并聯(lián)有第二二極管D2，第三電阻R3兩端并聯(lián)有第三二極管D3，第四電阻R4兩端并聯(lián)有第四二極管D4。第一電阻Rl的一端與第一功率開關(guān)管VTl的發(fā)射極之間連接有第五電阻R5，第二電阻R2的一端與第二功率開關(guān)管VT2的發(fā)射極之間連接有第七電阻R7，第三電阻R3的一端與第三功率開關(guān)管VT3的發(fā)射極之間連接有第六電阻R6，第四電阻R4的一端與第四功率開關(guān)管VT4的發(fā)射極之間連接有第八電阻R8。第六電阻R6的一端通過第九電阻R9連接直流電壓DC45V的負極。
[0028]第一功率開關(guān)管VTl和第三功率開關(guān)管VT3之間的節(jié)點與第二功率開關(guān)管VT2和第四功率開關(guān)管VT4之間的節(jié)點組成了交流輸出AC220V / 60HZ。第一功率開關(guān)管VTl和第三功率開關(guān)管VT3之間的節(jié)點通過第一電感LI和第二電容C2連接到第二功率開關(guān)管VT2和第四功率開關(guān)管VT4之間的節(jié)點，第二電容C2兩端并聯(lián)第二電感L2，第二電感L2兩端并聯(lián)第三電容C3，第四電容C4和第五電容C5串聯(lián)后并在第三電容C3兩端。
[0029]功率開關(guān)管可以是IGBT或MOSFET
[0030]本裝置在使用時，直流負載使用DC / DC轉(zhuǎn)換單元2提供的DC45V的直流電，同時直流負載也可以使用蓄電池5輸出的直流電，選擇使用哪個單元供電是由中央控制單元I進行自動切換控制的。交流負載使用交流輸出濾波電路9輸出的AC220V / 60Hz交流電。
[0031]以上所述僅對本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡是在本實用新型的權(quán)利要求限定范圍內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有交流電輸出功能的氫燃料電池，包括燃料電池模塊，其特征在于: 還包括中央控制單元、蓄電池、室外散熱單元、DC / DC轉(zhuǎn)換單元和電磁閥，所述DC /DC轉(zhuǎn)換單元與所述中央控制單元連接，所述燃料電池模塊與所述DC / DC轉(zhuǎn)換單元連接；所述燃料電池模塊包括供氫單元和發(fā)電單元，所述電磁閥通過管道與所述供氫單元連接；所述蓄電池與所述中央控制單元連接，所述室外散熱單元與所述中央控制單元連接； 還設(shè)有逆變電路、PWM隔離驅(qū)動電路、交流輸出濾波電路和保護電路，所述逆變電路與所述DC / DC轉(zhuǎn)換單元連接，所述PWM隔離驅(qū)動電路設(shè)于所述逆變電路與所述中央控制單元之間，所述交流輸出濾波電路與所述逆變電路連接，所述保護電路設(shè)于所述交流輸出濾波電路與所述中央控制單元之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有交流電輸出功能的氫燃料電池，其特征在于，所述逆變電路包括四個功率開關(guān)管，該四個功率開關(guān)分別為第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管、第三功率開關(guān)管和第四功率開關(guān)管；所述第一功率開關(guān)管的集電極和所述第二功率開關(guān)管的集電極連接，所述第三功率開關(guān)管的發(fā)射級和所述第四功率開關(guān)管的發(fā)射級連接；所述第一功率開關(guān)管的柵極通過第一電阻連接到所述PWM隔離驅(qū)動電路，所述第二功率開關(guān)管的柵極通過第二電阻連接到所述PWM隔離驅(qū)動電路，所述第三功率開關(guān)管的柵極通過第三電阻連接到所述PWM隔離驅(qū)動電路，所述第四功率開關(guān)管的柵極通過第四電阻連接到所述PWM隔離驅(qū)動電路； 所述第一電阻的兩端并聯(lián)有第一二極管，所述第二電阻的兩端并聯(lián)有第二二極管，所述第三電阻的兩端并聯(lián)有第三二極管，所述第四電阻的兩端并聯(lián)有第四二極管；所述第一電阻的一端與所述第一功率開關(guān)管的發(fā)射極之間連接有第五電阻，所述第二電阻的一端與所述第二功率開關(guān)管的發(fā)射極之間連接有第七電阻，所述第三電阻的一端與所述第三功率開關(guān)管的發(fā)射極之間連接有第六電阻，所述第四電阻的一端與所述第四功率開關(guān)管的發(fā)射極之間連接有第八電阻； 所述第一功率開關(guān)管和所述第三功率開關(guān)管之間的節(jié)點通過第一電感和第二電容連接到所述第二功率開關(guān)管和所述第四功率開關(guān)管之間的節(jié)點，所述第二電容的兩端并聯(lián)有第二電感，所述第二電感的兩端并聯(lián)第三電容；還設(shè)有第四電容和第五電容，所述第四電容和所述第五電容串聯(lián)后并在所述第三電容兩端。
【文檔編號】H02M7/5387GK203491744SQ201320576907
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】董彪, 董捷, 徐寶軍 申請人:陜西榮基實業(yè)有限公司