一种双路直流供电控制装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种双路直流供电控制装置及方法，其中装置分别与负载、燃料电池模块、外部电源或储能部件连接，所述的控制装置包括两路供电支路选择模块、功率变换电路和中央控制器，所述的两路供电支路选择模块输入端分别与燃料电池模块、外部电源或储能部件连接，其输出端与功率变换电路连接，所述的中央控制器和功率变换电路连接；所述的控制装置根据外部启停与切换信号来启停及选择供电支路，并执行远程根据不同条件下对供电支路的选择与控制，或根据输入支路电压状态自动切换供电支路，向负载输送被选择的供电支路变换后的信号，同时提供远程所需的反馈信息。与现有技术相比，本发明具有结构简单、节省空间、节能环保等优点。
【专利说明】一种双路直流供电控制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种供电控制装置，尤其是涉及一种双路直流供电控制装置及方法。【背景技术】
[0002]在燃料电池系统中(比如氢燃料电池系统)，为了给电堆提供氧化剂，需要向电堆提供空气。部分燃料电池系统设计方案中采用供气装置来向电堆提供空气氧化剂。
[0003]传统的供气装置供电方案是将供气装置的供电输入端连接到燃料电池系统的最终直流输出端，也就是燃料电池系统DCDC变换器的输出端，并与负载并联在一起。燃料电池系统工作时先由备用电池启动供气装置，供气装置工作后为燃料电堆提供氧化剂，燃料电堆在控制系统合理的控制下产出电能，为负载提供电力。
[0004]供气装置能耗通常有几百瓦。使用传统连接方式，供气装置将从燃料电池系统DCDC变换器的输出端取电，由于DCDC变换器存在变换能量损耗，最终结果增加了系统总损耗，导致燃料消耗量大，燃料系统续航时间短等问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、节省空间、节能环保的双路直流供电控制装置及方法。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]—种双路直流供电控制装置，该控制装置分别与负载(如:供气装置)、燃料电池模块、外部电源或储能部件(如电池、电容等)连接，其特征在于，所述的控制装置包括两路供电支路选择模块、功率变换电路和中央控制器，所述的两路供电支路选择模块输入端分别与燃料电池模块、外部电源或储能部件连接，其输出端与功率变换电路连接，所述的中央控制器和功率变换电路连接；
[0008]所述的控制装置根据外部启停与切换信号来启停及选择供电支路，并执行远程根据不同条件下对供电支路的选择与控制，或根据输入支路电压状态自动切换供电支路，向负载输送被选择的供电支路变换后的信号，同时提供远程所需的反馈信息。
[0009]所述的两路供电支路选择模块包括第一供电支路和第二供电支路，所述的第一供电支路输入端与外部电源或储能部件连接，所述的第二供电支路输入端与燃料电池模块连接。
[0010]所述的供电支路选择模块还包括二极管，该二极管设置第一供电支路上，其正极与外部电源或储能部件连接，其负极分别与第二供电支路输出端、功率变换电路连接。
[0011]所述的供电支路选择模块还包括接在二极管负极的开关器件，该开关器件包括三极管、MOS管、IGBT或继电器。
[0012]所述的供电支路选择模块还包括第一二极管、第二二极管和开关器件，所述的第一二极管正极与外部电源或储能部件连接，负极通过开关器件与功率变换电路连接，所述的第二二极管正极与燃料电池模块连接，负极与功率变换电路连接。[0013]所述的供电支路选择模块还包括二极管、第一开关器件和第二开关器件，所述的二极管正极与外部电源或储能部件连接，负极通过第一开关器件后与功率变换电路连接；所述的第二开关器件设在第二供电支路上。
[0014]所述的供电支路选择模块还包括第一开关器件和第二开关器件，所述的第一开关器件设在第一供电支路上，所述的第二开关器件设在第二供电支路上，所述的第一开关器件和第二开关器件均与中央控制器控制连接。
[0015]一种双路直流供电控制装置的控制方法，其特征在于，在装置初始运行时由第一供电支路供电给负载，接着再根据外部信号切换到第二供电支路，或根据输入支路电压状态自动切换供电支路供电给负载。
[0016]装置启动时通过第一供电支路向外部电源或储能部件获取能量来为负载工作。
[0017]装置长期运行状态时通过第二供电支路向燃料电池模块获取能量来为负载工作。
[0018]功率变换电路为由全桥、半桥、H桥、BUCK、BOOST中任一或组合所组成的拓朴电路结构。
[0019]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0020]1、使供气装置在启动时从燃料电池系统启动作用的备用电池取电，然后在燃料电池系统的电堆准备就绪并产出电能后，可自动或由控制系统在适当的时候切换供气装置的供电源，让供气装置直接从电堆输出端取电。由于燃料电池系统DCDC变换器的效率一般在90%左右，这样改进后，可以节省相当一部分的电能。
[0021]2、采用非隔离电路结构，在变换电路输入端即进行并联，减小电路元器件，还可实现自动切换到燃料电堆供电支路，进一步减小切换时间及提高效率。
[0022]3、保证两路电源切换时能不间断为负载供电，有利于简化结构、节省空间，降低生产成本，在燃料电池系统中，本发明应用到空压机供电控制，提高了系统工作效率，节省了燃料消耗量，增加了燃料系统续航时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为实施例1的结构示意图；
[0024]图2为实施例1的另一种结构示意图；
[0025]图3为实施例2的结构示意图；
[0026]图4为实施例3的结构示意图；
[0027]图5为实施例4的结构示意图；
[0028]图6为本发明工作的时序图；
[0029]图7为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，一种双路直流供电控制装置，该控制装置分别与燃料电池模块、蓄电池和供气装置连接，所述的控制装置包括两路供电支路I和2、功率变换电路3、外部接口和中央控制器4，所述的两路供电支路并联设置，其输入端分别与燃料电池模块、蓄电池连接，其输出端与功率变换电路连接，所述的中央控制器4和功率变换电路3连接，所述的供电支路选择模块设在供电支路上；
[0033]所述的控制装置根据外部启停与切换信号来启停及选择供电支路，并执行远程根据不同条件下对供电支路的选择与控制，向负载(如:供气装置)输送被选择的供电支路变换后的信号，同时提供远程所需的反馈信息。
[0034]所述的两路供电支路包括第一供电支路I和第二供电支路2，所述的第一供电支路I输入端与蓄电池连接，所述的第二供电支路2输入端与燃料电池模块连接。所述的供电支路选择模块包括二极管D1，该二极管Dl设置第一供电支路上，其正极与蓄电池连接，其负极分别与第二供电支路2输出端、供气装置、功率变换电路连接。
[0035]第二供电支路2的电压始终高于第一供电支路I，第一供电支路I的二极管Dl可以保护第一供电支路1，避免第二供电支路2的过高电压的影响，实现供电支路的自适应切换。
[0036]如图2所示，所述的供电支路选择模块还包括接在二极管负极的开关器件K1。
[0037]实施例2
[0038]如图3所示，一种双路直流供电控制装置，该控制装置分别与供气装置、燃料电池模块、蓄电池连接，所述的控制装置包括两路供电支路的供电支路选择模块、功率变换电路3和中央控制器4，所述的两路供电支路并联设置，其输入端分别与燃料电池模块、蓄电池连接，其输出端与功率变换电路连接，所述的中央控制器4和功率变换电路3连接，所述的供电支路选择模块设在供电支路上；
[0039]所述的控制装置根据外部启停与切换信号来启停及选择供电支路，并执行远程根据不同条件下对供电支路的选择与控制，向供气装置输送被选择的供电支路变换后的信号，同时提供远程所需的反馈信息。
[0040]所述的两路供电支路包括第一供电支路I和第二供电支路2，所述的第一供电支路I输入端与蓄电池连接，所述的第二供电支路2输入端与燃料电池模块连接。
[0041]所述的供电支路选择模块包括第一二极管D2、第二二极管D3和开关器件K2，所述的第一二极管正极D2与蓄电池连接，负极通过开关器件K2分别与供气装置、功率变换电路连接，所述的第二二极管D3正极与燃料电池模块连接，负极分别与供气装置、功率变换电路连接。
[0042]第二供电支路2的大负载工作时电压低于第一供电支路1，系统要在适当时候关闭第一供电支路I的开关器件K2，由第二供电支路2来单独供电，提高系统的用电效率。两路供电支路的二极管可以保护各自支路，避免另一供电支路过高电压的影响。
[0043]实施例3
[0044]如图4所示，一种双路直流供电控制装置，该控制装置分别与供气装置、燃料电池模块、蓄电池连接，所述的控制装置包括两路供电支路的供电支路选择模块、功率变换电路3和中央控制器4，所述的两路供电支路并联设置，其输入端分别与燃料电池模块、蓄电池连接，其输出端与功率变换电路连接，所述的中央控制器4和功率变换电路3连接，所述的供电支路选择模块设在供电支路上；
[0045]所述的控制装置根据外部启停与切换信号来启停及选择供电支路，并执行远程根据不同条件下对供电支路的选择与控制，向供气装置输送被选择的供电支路变换后的信号，同时提供远程所需的反馈信息。
[0046]所述的两路供电支路包括第一供电支路I和第二供电支路2，所述的第一供电支路I输入端与蓄电池连接，所述的第二供电支路2输入端与燃料电池模块连接。
[0047]所述的供电支路选择模块包括二极管D4、第一开关器件K3和第二开关器件K4，所述的二极管D4正极与蓄电池连接，负极通过第一开关器件K3后分别与供气装置、功率变换电路连接；所述的第二开关器件K4设在第二供电支路上。
[0048]第二供电支路2的大负载工作时电压低于第一供电支路1，系统要在适当时候关闭第一供电支路I的开关器件，由第二供电支路2来单独供电，提高系统的用电效率。第二供电支路2的开关器件代替二极管，可以减少二极管带来的功率损耗，进一步提高系统效率。
[0049]实施例4
[0050]如图5所示，一种双路直流供电控制装置，该控制装置分别与供气装置、燃料电池模块、蓄电池连接，所述的控制装置包括两路供电支路的供电支路选择模块、功率变换电路3和中央控制器4，所述的两路供电支路并联设置，其输入端分别与燃料电池模块、蓄电池连接，其输出端与功率变换电路连接，所述的中央控制器4和功率变换电路3连接，所述的供电支路选择模块设在供电支路上；
[0051]所述的控制装置根据外部启停与切换信号来启停及选择供电支路，并执行远程根据不同条件下对供电支路的选择与控制，向供气装置输送被选择的供电支路变换后的信号，同时提供远程所需的反馈信息。
[0052]所述的两路供电支路包括第一供电支路I和第二供电支路2，所述的第一供电支路I输入端与蓄电池连接，所述的第二供电支路2输入端与燃料电池模块连接。
[0053]所述的供电支路选择模块包括第一开关器件K5和第二开关器件K6，所述的第一开关器件K5设在第一供电支路I上，所述的第二开关器件K6设在第二供电支路2上，所述的第一开关器件K5和第二开关器件K6均与中央控制器4控制连接。
[0054]两路供电支路都通过开关器件由变换器控制系统根据系统状态切换。任一时刻只有一个供电支路独立工作，减少二极管带来的功率损耗，进一步提高系统效率。
[0055]如图6和7所示，本发明的工作过程如下:
[0056]I)第一供电支路开启；
[0057]2)判断是否切换到第一供电支路，若为是，执行步骤3)，否则继续执行步骤2)；
[0058]3)第一供电支路输入电能；
[0059]4)判断是否切换到第二供电支路，若为是，执行步骤5)，否则执行步骤6)；
[0060]5)第二供电支路输入电能；
[0061]6)判断是否关闭或保护停止供电，若为是，执行步骤7)，否则返回步骤2)；
[0062]7)停止供电。
【权利要求】
1.一种双路直流供电控制装置，该控制装置分别与负载、燃料电池模块、外部电源或储能部件连接，其特征在于，所述的控制装置包括两路供电支路选择模块、功率变换电路和中央控制器，所述的两路供电支路选择模块输入端分别与燃料电池模块、外部电源或储能部件连接，其输出端与功率变换电路连接，所述的中央控制器和功率变换电路连接； 所述的控制装置根据外部启停与切换信号来启停及选择供电支路，并执行远程根据不同条件下对供电支路的选择与控制，或根据输入支路电压状态自动切换供电支路，向负载输送被选择的供电支路变换后的信号，同时提供远程所需的反馈信息。
2.根据权利要求1所述的一种双路直流供电控制装置，其特征在于，所述的两路供电支路选择模块包括第一供电支路和第二供电支路，所述的第一供电支路输入端与外部电源或储能部件连接，所述的第二供电支路输入端与燃料电池模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种双路直流供电控制装置，其特征在于，所述的供电支路选择模块还包括二极管，该二极管设置第一供电支路上，其正极与外部电源或储能部件连接，其负极分别与第二供电支路输出端、功率变换电路连接。
4.根据权利要求3所述的一种双路直流供电控制装置，其特征在于，所述的供电支路选择模块还包括接在二极管负极的开关器件，该开关器件包括三极管、MOS管、IGBT或继电器。
5.根据权利要求2所述的一种双路直流供电控制装置，其特征在于，所述的供电支路选择模块还包括第一二极管、第二二极管和开关器件，所述的第一二极管正极与外部电源或储能部件连接，负极通过开关器件与功率变换电路连接，所述的第二二极管正极与燃料电池模块连接，负极与功率变换电路连接。
6.根据权利要求2所述的一种双路直流供电控制装置，其特征在于，所述的供电支路选择模块还包括二极管、第一开关器件和第二开关器件，所述的二极管正极与外部电源或储能部件连接，负极通过第一开关器件后与功率变换电路连接；所述的第二开关器件设在第二供电支路上。
7.根据权利要求2所述的一种双路直流供电控制装置，其特征在于，所述的供电支路选择模块还包括第一开关器件和第二开关器件，所述的第一开关器件设在第一供电支路上，所述的第二开关器件设在第二供电支路上，所述的第一开关器件和第二开关器件均与中央控制器控制连接。
8.—种如权利要求2所述的双路直流供电控制装置的控制方法，其特征在于，在装置初始运行时由第一供电支路供电给负载，接着再根据外部信号切换到第二供电支路，或根据输入支路电压状态自动切换供电支路供电给负载。
9.根据权利要求8所述的双路直流供电控制装置的控制方法，其特征在于，装置启动时通过第一供电支路向外部电源或储能部件获取能量来为负载工作。
10.根据权利要求8所述的双路直流供电控制装置的控制方法，其特征在于，装置长期运行状态时通过第二供电支路向燃料电池模块获取能量来为负载工作。
【文档编号】H02J9/06GK103915888SQ201310003823
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年1月6日 优先权日:2013年1月6日
【发明者】高勇, 陈焕光 申请人:上海恒劲动力科技有限公司