本实用新型涉及新能源领域，具体涉及一种基于燃料电池的供电系统。
背景技术：
由于恶劣天气条件、自然灾害或者输电线路故障等造成公用市电电网断电时，政府、医院、电信、银行等一些特定部门的直流设备就需要一种可以连续运行数小时甚至数日的可靠直流备用电源，以防止市电突然断电而造成巨大损失。
备用电源是在工作电源中断或不充足时为维持设备安全稳定运行提供电源的供电装置，目前常用的备用电源有柴油发电机和铅酸蓄电池。
柴油发电机存在工作噪音大、释放有害气体的缺点；而铅酸蓄电池存在体积大、备电时间有限的缺点，且具有不确定性，对环境温度要求苛刻。
因此，基于上述问题需要设计一种基于燃料电池的供电系统。
技术实现要素：
基于上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种基于燃料电池的供电系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于燃料电池的供电系统，包括：
AC/DC模块，将市电转换为直流电输出至负载；
系统控制单元，用于连接AC/DC模块的输入端采集市电信号，并当市电信号低于设定阈值时，控制燃料电池装置启动，以对负载进行供电；以及
燃料电池装置，包括超级电容；
在市电信号正常时，所述系统控制单元适于控制AC/DC模块对超级电容进行充电。
进一步，所述燃料电池装置包括：与超级电容和燃料电池相连的三端DC/DC变换器；
所述三端DC/DC变换器包括：由超级电容供电单元和燃料电池供电单元构成的输出单元；
所述输出单元的输出端分别通过反向耦合储能电感L3、反向耦合储能电感L4分别与续流开关管Q5、续流开关管Q6及续流开关管Q3、续流开关管Q4相连，以及所述续流开关管Q5、续流开关管Q6的输出端相连后接入负载的正端，所述续流开关管Q3、续流开关管Q4的输出端相连后接入负载的负端；并且
四个续流开关管均由系统控制单元控制。
进一步，所述超级电容供电单元包括：一端与超级电容正端相连的滤波电感L1；
所述滤波电感L1的另一端连接续流开关管Q1，且同时作为所述输出单元的正输出端；
所述燃料电池供电单元包括：一端与燃料电池正端相连的滤波电感L2，所述滤波电感L2的另一端通过二极管D1连接续流开关管Q2和超级电容的负端；所述燃料电池的负端作为所述输出单元的负输出端；其中所述续流开关管Q1和续流开关管Q2也由系统控制单元控制。
进一步，所述AC/DC模块的输出端设有一由所述系统控制单元控制的开关；当市电信号低于设定阈值时，所述系统控制单元切断所述开关，并控制燃料电池装置启动。
进一步，所述负载的两端并联连接有一滤波电容。
本实用新型的有益效果是，本实用新型的供电系统能够在外电网电压不稳定的情况下，启动燃料电池装置维持对负载进行供电，当外电网供电恢复后后能切换为外电网供电，实现了不间断供电。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的供电系统的原理框图；
图2是本实用新型的燃料电池装置的电路原理图。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1所示，本实施例提供了一种基于燃料电池的供电系统，包括：AC/DC模块，将市电转换为直流电输出至负载；系统控制单元，用于连接AC/DC模块的输入端采集市电信号，并当市电信号低于设定阈值（本阈值可以设定为市电信号如电压的80%）时，控制燃料电池装置启动，以对负载RL进行供电；以及燃料电池装置，包括超级电容，在市电信号正常时，所述系统控制单元适于控制AC/DC模块对超级电容进行充电，使超级电容一直维持在充电状态，以在燃料电池装置切换时能够先通过超级电容进行维持，然后在燃料电池稳定输出后，由燃料电池进行供电。
本供电系统能够在外电网电压不稳定的情况下，启动燃料电池装置维持对负载进行供电，当外电网供电恢复后能切换为外电网供电，实现了不间断供电。
如图2所示，在图中Vin1表示超级电容，Vin2表示燃料电池；Vin表示输出单元的输出电压；所述燃料电池装置包括：与超级电容和燃料电池相连的三端DC/DC变换器；所述三端DC/DC变换器包括：由超级电容供电单元和燃料电池供电单元构成的输出单元；所述输出单元的输出端分别通过反向耦合储能电感L3、反向耦合储能电感L4分别与续流开关管Q5、续流开关管Q6及续流开关管Q3、续流开关管Q4相连，以及所述续流开关管Q5、续流开关管Q6的输出端相连后接入负载的正端，所述续流开关管Q3、续流开关管Q4的输出端相连后接入负载的负端；并且四个续流开关管均由系统控制单元控制。
以图2显示方向，反向耦合储能电感L3的同名端在左侧，反向耦合储能电感L4的同名端在右侧。
所述超级电容供电单元包括：一端与超级电容正端相连的滤波电感L1；所述滤波电感L1的另一端连接续流开关管Q1，且同时作为所述输出单元的正输出端；所述燃料电池供电单元包括：一端与燃料电池正端相连的滤波电感L2，所述滤波电感L2的另一端通过二极管D1连接续流开关管Q2和超级电容的负端；所述燃料电池的负端作为所述输出单元的负输出端。
所述系统控制单元还适于采集负载的输入电压、燃料电池的输出电压，且六个续流开关管均由所述系统控制单元可以根据负载的输入电压进行控制。
具体的工作原理如下：
当负载功率需求突增以及系统处于启动状态时，燃料电池单独工作无法满足需求或者在燃料电池启动时无法快速输出稳定值时，此时超级电容单独或超级电容与燃料电池共同工作为负载提供有效功率；在燃料电池正常工作时单独向负载提供能量；负载功率需求突减的情况下，由负载端通过续流开关管Q5、续流开关管Q6向超级电容充电；当燃料电池储能单元出现故障工作不正常时，由超级电容单独向负载供电，其具体工作模式如下：
工作模式一：当负载功率需求突增或系统处于启动状态时，由燃料电池与超级电容共同供电，续流开关管Q1、续流开关管Q2、续流开关管Q5、续流开关管Q6均关闭不工作，三端DC/DC变换器在交错耦合Boost方式下工作，续流开关管Q3、续流开关管Q4交替工作在PWM调制方式，在一个开关周期Ts内，续流开关管Q3、续流开关管Q4占空比均取0.75，其交错控制开关信号相位相差180°，此时也可以采用由超级电容单独供电的方式。
工作模式二：正常工作时，由燃料电池单独向负载供电，此时续流开关管Q2关闭，续流开关管Q1导通，三端DC/DC变换器在交错耦合Boost方式下工作，续流开关管Q3、续流开关管Q4交替工作在PWM调制方式，续流开关管Q3、续流开关管Q4交替工作方式与工作模式一的交错控制方式相同。
工作模式三：当负载功率需求突减的情况下，即系统控制单元检测负载端的电压发生变化，则由负载端向超级电容回馈储存能量，DC/DC 变换器反向工作，三端DC/DC变换器在Buck方式工作，续流开关管Q5、续流开关管Q6始终导通工作，续流开关管Q3、续流开关管Q4交替工作，续流开关管Q1关闭不工作，续流开关管Q2导通工作，通过滤波电感L1向超级电容充电。
三端DC/DC变换器反向工作时，通过Vout侧向Vin侧传输能量，向超级电容充电，输出电压由工作在Buck降压方式下交错导通的续流开关管Q3、续流开关管Q4开关的频率决定。
工作模式四：燃料电池工作不正常时，即系统控制单元检测负载端的电压不稳，则由超级电容单独向负载供电，续流开关管Q1关闭，续流开关管Q2导通工作，续流开关管Q5、续流开关管Q6关闭不工作，相当于普通二极管。反向耦合储能电感L3、反向耦合储能电感L4通过续流开关管Q3、续流开关管Q4交替工作，其工作方式与工作模式一的交错控制方式相同。
所述AC/DC模块的输出端设有一由所述系统控制单元控制的开关K；当市电信号低于设定阈值时，所述系统控制单元切断所述开关，并控制燃料电池装置启动；当外电网的市电恢复后，闭合开关，并且关闭燃料电池装置，并使系统控制单元控制三端DC/DC变换器通过负载端向超级电容回馈储存能量，DC/DC 变换器反向工作，三端DC/DC变换器在Buck方式工作，续流开关管Q5、续流开关管Q6始终导通工作，续流开关管Q3、续流开关管Q4交替工作，续流开关管Q1关闭不工作，续流开关管Q2导通工作，通过滤波电感L1向超级电容充电，超级电容在充电后处于待机状态，等待市电再次出现不稳定时，由燃料电池装置维持供电。
在本实施例中，所述负载的两端并联连接有一滤波电容。
在本实施例中，所述系统控制单元是以DSP芯片TMS320F2802为控制核心搭建的系统平台，续流开关管选用STY60Nm60，二极管选用MUR60，反向耦合储能电感L3=200uH、反向耦合储能电感L4=200uH，耦合系数=0.95。通过PWM信号控制各续流开关管工作。
本供电系统结合内部的燃料电池装置以及超级电容实现了两次补偿，即当市电出现不稳定时，由燃料电池装置进行供电，如果在市电并未恢复，且燃料电池不稳定时，又能够通过超级电容进行补偿，由超级电容进行供电。因此通过两次补偿机制确保了本供电系统输出的稳定性。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。