一种一体化燃料电池供电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及燃料电池领域，尤其涉及一种一体化燃料电池供电系统。
【背景技术】
[0002]燃料电池(Fuel Cell)是将反应物的化学能直接转化为电能的电化学装置。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。燃料电池包括磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)等等。如图1所示，在传统的燃料利用方式中，需要进行热交换，如火力发电，需要先将煤、石油、天然气等燃料的化学能转换为热能，热能转换为动能，动能转换为电能。又如内燃机驱动系统中，需要化学能转换为热能，热能转换为动能。在热传递的过程中，热机受到卡诺循环的限制，转换效率为33% -35%，将近2/3的能量在转换过程中以热能的形式散失。而燃料电池由于是利用电化学反应将化学能直接转换成电能，因而不受卡诺循环的限制，转换效率高，能量损失少。
[0003]现有技术中，燃料电池供电系统通常采用模块化结构，如图2所示，燃料电池单元将化学能转化为电能，功率变换单元将电能转换成适合负载的使用电压，在燃料电池未启动之前，由蓄电池向外提供能源供给，保证输出电压稳定。其中的燃料电池起到能量转换的作用，蓄电池起到能量储存的作用。
[0004]随着燃料电池系统应用场景的不断扩展，如何使燃料电池系统应用于便携电子设备上已成为目前燃料电池领域的一个重要课题。这就需要尽量减小燃料电池系统的重量和体积，提高系统的集成度。现有的燃料电池系统多采用一级/ 二级DC/DC装置实现燃料电池和蓄电池的电压转变，且系统中各模块的控制器相互独立，无法实现燃料电池和蓄电池的同一逻辑控制。这不仅增加了各模块之间的通信链路，降低了数据传输的可靠性，而且所形成的燃料电池系统结构复杂，体积和重量都很庞大。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型实施例提供一种一体化燃料电池供电系统，能够利用单个控制器对燃料电池供电系统进行协调管理，提高系统的集成化程度，减小系统的体积，减少生产成本，使得该燃料电池系统便于应用到便携式产品上。
[0006]本实用新型实施例提供一种一体化燃料电池供电系统，该系统包括:燃料电池单元4、主控制器16、充电功率模块15、放电功率模块18、蓄电池单元5 ;
[0007]所述充电功率模块15—端与所述燃料电池单元4连接，另一端与所述蓄电池单元5连接；所述放电功率模块18 —端与所述蓄电池单元5连接，另一端与负载6连接；
[0008]所述充电功率模块15和放电功率模块18分别与所述主控制器16连接；所述主控制器16通过所述充电功率模块15实现由所述燃料电池单元4向蓄电池单元5的充电；所述主控制器16通过所述放电功率模块18实现由所述蓄电池单元5向负载6的放电。
[0009]其中，所述主控制器16控制所述充电功率模块15对蓄电池单元5进行恒定电流或恒定电压充电。
[0010]其中，进一步包括:防反灌电路14;
[0011]所述防反灌电路14的输入端与燃料电池单元4连接，输出端与负载6连接，用于阻断蓄电池单元5对燃料电池单元4放电。
[0012]其中，所述防反灌电路14为一个二极管，或包括并联的至少两个二极管，或M0S管电路。
[0013]其中，进一步包括:总电流与总电压传感器17 ；
[0014]所述总电流与总电压传感器17分别与防反灌电路14和负载6连接，总电流与总电压传感器17的信号线与主控制器16的模拟量输入口连接，用于检测整个系统对外输出的总电压与总电流。
[0015]其中，所述充电功率模块15包括电力电子电路151、电流检测电路152、电压检测电路154和PWM控制电路153 ；
[0016]电力电子电路151的输入端作为充电功率模块15的输入端与防反灌电路14的输出端连接；电力电子电路151的输出端作为充电功率模块15的输出端与蓄电池单元5连接，同时，所述电力电子电路151还包括电子开关PWM端、电流传感器和电压传感器；
[0017]电流检测电路152 —端与电力电子电路151的电流传感器连接，另一端与主控制器16的模拟量输入口连接，用于检测蓄电池单元5的充电电流；
[0018]电压检测电路154 —端与电力电子电路151中的电压传感器连接，另一端与主控制器16的模拟量输入口连接，用于检测蓄电池单元5的充电电压；
[0019]PWM控制电路153 —端与主控制器16的PWM输出口连接，另一端与电力电子电路151的电子开关PWM端连接，用于接收主控制器16的PWM信号，控制电力电子电路151对蓄电池单元5充电。
[0020]其中，所述电力电子电路151包括第一 M0S管301、电感302、第一二极管303、第二二极管304和第二 M0S管305 ；
[0021]第一 M0S管301的栅极连接主控制器16，漏极连接燃料电池单元4，源极分别与第一二极管303的负极和电感302的一端连接；第二 M0S管305的栅极连接主控制器16、源极连接蓄电池单元5负极，漏极分别与电感302的另一端和第二二极管304的正极连接；第一二极管303正极与蓄电池单元5正极连接，第二二极管304负极与蓄电池单元5负极连接。
[0022]其中，进一步包括:电池均衡与安全监测电路156，所述电池均衡与安全监测电路156连接在所述蓄电池单元5和主控制器16之间。
[0023]其中，所述蓄电池单元5为包括至少一节锂电池的锂电池单元。
[0024]其中，所述电池均衡与安全监测电路156包括安全监测专用芯片、电池均衡专用芯片、热敏电阻分压电路、至少一个M0S管和至少一个限流电阻；
[0025]所述热敏电阻分压电路与所述安全监测专用芯片连接，用于检测每一节锂电池的欠压信号、过压信号和过温信号；所述安全监测专用芯片与每一节锂电池的正负极相连，并将欠压信号、过压信号和过温信号返回至主控制器16 ;
[0026]所述每一个M0S管与一个限流电阻串联，并分别与一节锂电池并联；所述电池均衡专用芯片分别与每一节锂电池的正负极和每一个M0S管的栅极相连，并通过SPI总线与主控制器16连接。
[0027]其中，所述安全监测专用芯片为AD8280 ;和/或，所述电池均衡专用芯片为AD7280。
[0028]其中，所述放电功率模块18为由电子开关组成的方向功率电路；所述电子开关的控制端与主控制器16连接，所述电子开关的功率回路与所述充电功率模块15的输入端和输出端连接。
[0029]其中，所述放电功率模块18为由M0S管组成的电子开关。
[0030]其中，进一步包括:燃料供给控制模块10和燃料供给2 ;
[0031]所述燃料供给控制模块10包括尾气阀101、进气阀102和压力传感器103 ；
[0032]所述进气阀102 —端与燃料供给2通过气路连接，另一端与燃料电池单元4进口通过气路连接，所述进气阀102用于向燃料电池单元4提供可燃气体；
[0033]所述压力传感器103测量端与燃料供给2连接；
[0034]所述尾气阀101 —端与燃料电池单元4出口通过气路连接，另一端通过气路连接到系统外部出气口，所述尾气阀101用于排出可燃气体的燃烧尾气；
[0035]进气阀102和尾气阀101的电气端分别与主控制器16的控制端连接，压力传感器103与主控制器16的模拟量输入口连接。
[0036]其中，所述压力传感器103、进气阀102和尾气阀101采用PCB板安装固定。
[0037]其中，进一步包括:空气供给控制模块11和风扇3 ;
[0038]所述空气供给控制模块11包括风扇电源控制开关111，风扇转速检测电路112和风扇PWM控制电路113 ;
[0039]风扇PWM控制电路112 —端与主控制器16的PWM端连接，另一端与风扇3的控制端连接，用于调节风扇转速；
[0040]风扇转速检测电路112 —端与风扇3的转速反馈端连接，另外一端与主控制器16的模拟量输入连接，用于检测风扇转速；
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