一种燃料电池发电系统的DC/DC电路和供电运行方法与流程

本发明涉及氢燃料电池发电，具体涉及一种燃料电池发电系统的dc/dc电路和供电运行方法。

背景技术：

1、燃料电池发电系统通常包括燃料电池堆、dc/dc变换器、辅机等。其中，辅机包括空压机、氢气循环泵、循环水泵、电加热器、散热风扇等。各辅机对供电电压和功率有一定要求，需要为其提供匹配的电压。

2、图1示出了常规燃料电池发电系统的电气原理示意图。如图1所示，常规方案中需要匹配两组全功率dc/dc变换器，一组主升压dc/dc变压器和一组辅助dc/dc变换器，主升压dc/dc变换器与燃料电池直接相连，功率与燃料电池功率相匹配，功率为175kw。辅助dc/dc变换器为辅机供电，功率完全覆盖辅机的最大功率，功率为45kw。从能量传递角度来看，燃料电池发出来的电能先通过主升压dc/dc变换器传递到锂电池或者直流母线，再将电能从锂电池或者直流母线通过辅助dc/dc变换器输出至辅机。这个过程中，辅机所得到的电能经过了两个dc/dc变换器，总功率为220kw（175kw+45kw），存在两个环节的能量损失，导致系统发电效率较低。且两套dc/dc变换器尺寸较大，整体成本较高。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本方案提供了一种燃料电池发电系统的dc/dc电路和供电运行方法，能够有效管理和分配燃料电池产生的电能，使其既能够满足动力电池的需求，又能为辅机提供所需的电压，可以实现高效率的能量利用。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池发电系统的dc/dc电路，包括：主dc/dc模块和辅助dc/dc模块，主dc/dc模块包括第一dc/dc模块和第二dc/dc模块，主dc/dc模块的输入端连接燃料电池，第一dc/dc模块的输出端连接至动力电池，第二dc/dc模块的输出端连接至辅机，辅助dc/dc模块的输入端连接第一dc/dc模块的输出端，辅助dc/dc模块的输出端连接至辅机。

3、通过上述技术方案，主dc/dc模块具有不同组输出电压，其中一组为动力电池供电，其他组输出电压可以通过辅助dc/dc模块或第二dc/dc模块单独为辅机供电，能够提高系统能量利用效率。

4、可选地，在本发明提供的燃料电池发电系统的dc/dc电路中，辅助dc/dc模块为隔离型dc/dc变换器，辅助dc/dc模块的输出功率不小于辅机的最小启动功率。

5、通过上述技术方案，可以有效隔离主dc/dc模块和辅助dc/dc模块，减少电路干扰，提供系统稳定性。

6、可选地，在本发明提供的燃料电池发电系统的dc/dc电路中，第二dc/dc模块的输出功率不小于辅机的最大功率，且第二dc/dc模块的输出功率小于第一dc/dc模块的输出功率。

7、通过上述技术方案，可以使主dc/dc模块的功率分配更为灵活，同时防止过度供电辅机，能够灵活地调整以满足不同的工作条件。

8、可选地，在本发明提供的燃料电池发电系统的dc/dc电路中，主dc/dc模块和辅助dc/dc模块的总输入功率为燃料电池的输出功率。

9、可选地，在本发明提供的燃料电池发电系统的dc/dc电路中，第二dc/dc模块的工作模式为输出恒压控制，用于将燃料电池的宽范围直流电转换为辅机工作所需的稳定电压。

10、通过上述技术方案，可以确保第二dc/dc模块输出电压的稳定性，即使在辅机负载变化或电池电压波动的情况下也能保持恒定的输出电压。

11、可选地，在本发明提供的燃料电池发电系统的dc/dc电路中，第二dc/dc模块和辅助dc/dc模块的输出电压根据辅机所需供电电压确定。

12、通过上述技术方案，第二dc/dc模块和辅助dc/dc模块的输出电压可以根据辅机的工作电压范围来确定，这样可以确保系统的匹配性。

13、可选地，在本发明提供的燃料电池发电系统的dc/dc电路中，在燃料电池发电之前，由辅助dc/dc模块为辅机供电使辅机负载启动，在燃料电池发电之后，由第二dc/dc模块为辅机供电。

14、可选地，在本发明提供的燃料电池发电系统的dc/dc电路中，第一dc/dc模块和第二dc/dc模块分别包括一个或多个并联的dc/dc变换器。

15、通过并联多个dc/dc变换器，可以实现更高的输出功率和更好的电流分配，可以根据需要扩展系统的功率容量。

16、可选地，在本发明提供的燃料电池发电系统的dc/dc电路中，主dc/dc模块和辅助dc/dc模块的输出端正极设置有防反二极管。

17、通过上述技术方案，可以防止电流在系统关闭或电源断开时逆向流动，从而保护电路中的其他组件和设备不受损坏。

18、根据本发明的第二方面，提供了一种燃料电池发电系统的供电运行方法，基于如本发明第一方面的燃料电池发电系统的dc/dc电路执行，包括：在燃料电池发电系统发电之前，通过辅助dc/dc模块为辅机提供所需的启动电压，使辅机负载启动；当燃料电池发电系统开始发电，通过第一dc/dc模块为动力电池供电，通过第二dc/dc模块为辅机提供所需的运行电压。随着主dc/dc功率的提升，第二dc/dc模块为辅机供电功率逐渐增大，辅助dc/dc功率逐渐减小或自动停机。

19、根据本发明提供的燃料电池发电系统的dc/dc电路，能够有效管理和分配燃料电池产生的电能，使其既能够满足动力电池的需求，又能为辅机提供所需的电压，可以提高电能转换效率和能量利用率，所需dc/dc变换器较少，可有效降低dc/dc总成本。

20、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种燃料电池发电系统的dc/dc电路，其特征在于，包括：主dc/dc模块和辅助dc/dc模块，所述主dc/dc模块包括第一dc/dc模块和第二dc/dc模块，所述主dc/dc模块的输入端连接燃料电池，所述第一dc/dc模块的输出端连接至动力电池，所述第二dc/dc模块的输出端连接至辅机，所述辅助dc/dc模块的输入端连接所述第一dc/dc模块的输出端，所述辅助dc/dc模块的输出端连接至辅机。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的dc/dc电路，其特征在于，所述辅助dc/dc模块为隔离型dc/dc变换器，所述辅助dc/dc模块的输出功率不小于辅机的最小启动功率。

3.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的dc/dc电路，其特征在于，所述第二dc/dc模块的输出功率不小于辅机的最大运行功率，且所述第二dc/dc模块的输出功率小于所述第一dc/dc模块的输出功率。

4.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的dc/dc电路，其特征在于，所述主dc/dc模块和辅助dc/dc模块的总输入功率为燃料电池的输出功率。

5.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的dc/dc电路，其特征在于，所述第二dc/dc模块的工作模式为输出恒压控制，用于将燃料电池输出的宽范围直流电转换为辅机所需的稳定的直流电。

6.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的dc/dc电路，其特征在于，所述第二dc/dc模块和辅助dc/dc模块的输出电压根据辅机所需供电电压确定。

7.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的dc/dc电路，其特征在于，在燃料电池发电之前，由所述辅助dc/dc模块为辅机供电使辅机负载启动，在燃料电池发电之后，由所述第二dc/dc模块为辅机供电。

8.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的dc/dc电路，其特征在于，所述第一dc/dc模块和第二dc/dc模块分别包括一个或多个并联的dc/dc变换器。

9.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的dc/dc电路，其特征在于，所述主dc/dc模块和辅助dc/dc模块的输出端正极设置有防反二极管。

10.一种燃料电池发电系统的供电运行方法，基于如权利要求1-9任一项中所述的燃料电池发电系统的dc/dc电路执行，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种燃料电池发电系统的DC/DC电路和供电运行方法，该电路包括：主DC/DC模块和辅助DC/DC模块，主DC/DC模块包括第一DC/DC模块和第二DC/DC模块，主DC/DC模块的输入端连接燃料电池，第一DC/DC模块的输出端连接至动力电池，第二DC/DC模块的输出端连接至辅机，辅助DC/DC模块的输入端连接第一DC/DC模块的输出端，辅助DC/DC模块的输出端连接至辅机。本方案能够提高燃料电池系统的能量转换效率，降低DC/DC总成本。技术研发人员：侯钰珠受保护的技术使用者：北京动力源新能源科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29