CN110071570A - 一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源***及控制方法,所述燃料电池堆的输出经接触器1与保险丝相连,所述保险丝后接二极管,所述二极管可以防止负载电流回流至燃料电池堆而损坏电堆。同时,所述燃料电池堆的输出接接触器7和负载电阻,在必要时接入所述负载电阻用来匹配电堆电压和超级电容电压。所述超级电容的输出接保险丝和电压表,再连接接触器2,然后与逆变器的母线经电流表和接触器3相连。所述逆变器的母线与充电器相连,所述充电器经接触器6连接至24V的蓄电池,所述蓄电池的输出经二极管,接触器5,电流表接至辅助***,所述辅助***经并联组成的二极管和接触器4相连至DC/DC变换器,与电流表和接触器3相连至逆变器的直流母线。使得电梯应急电源***的集成度增加,减小了体积重量和成本,提高了燃料电池性能以及使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及应急电源领域,具体涉及一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源***及控制方法。
背景技术
燃料电池是一种利用氢气和氧气反应产生电子移动,从而产生电能的电化学装置,其能量转换效率高且能量密度高,且不会产生污染环境的有害气体,被认为是一种环境友好的能量转换装置,广泛应用于电梯、电动汽车,航空航天,航海,风电等驱动***中。然而由于燃料电池的功率密度低,动态响应特性慢等由自身的一些物理条件使单独由燃料电池驱动的***体积和重量较大。可喜的是,超级电容和蓄电池具有较高功率密度和较好的动态响应特性,将燃料电池和另一种储能装置结合使得***具有高能量密度和高功率密度的特点。
燃料电池的输出电压随着负载电流的增加变化很大。一般情况下,在交流电应用场合中,根据后级负载要求,采用DC/DC直流变换器将燃料电池的输出电压稳定在一个合适的范围内,再经过DC/AC逆变器将该直流电转换为交流电。该方法结构简单,易于控制,但是由于额外DC/DC变换器的引入不可避免的在变换器中存在功率和能量的损失,使得***效率降低,同时还增加了***体积,重量和成本。
发明内容
本发明为解决上述问题,公开了一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源***及控制方法,将燃料电池和超级电容直接并联作为供电装置,将其直接连接至逆变器的直流母线上,使得***的集成度增加,减小了体积重量和成本。
为达到上述目的,本发明提供了一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源***及控制方法,电梯应急电源***包括燃料电池堆、接触器1、保险丝、二极管、接触器7、负载电阻、超级电容、电压表、接触器2、逆变器、电流表、接触器3、充电器、接触器6、24V蓄电池、接触器5、辅助***、接触器4以及DC/DC变换器等。所述燃料电池堆的输出经接触器1与保险丝相连,所述保险丝后接二极管,所述二极管可以防止负载电流回流至燃料电池堆而损坏电堆。同时,所述燃料电池堆的输出接接触器7和负载电阻,在必要时接入所述负载电阻用来匹配电堆电压和超级电容电压。所述超级电容的输出接保险丝和电压表,再连接接触器2,然后与逆变器的母线经电流表和接触器3相连。所述逆变器的母线与充电器相连,所述充电器经接触器6连接至24V的蓄电池,所述蓄电池的输出经二极管,接触器5,电流表接至辅助***,所述辅助***经并联组成的二极管和接触器4相连至DC/DC变换器,与电流表和接触器3相连至逆变器的直流母线。
一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源***控制方法,包括启动过程的控制方法和关机过程的控制方法。在启动过程中,氢气和空气之间形成的边界导致催化剂腐蚀,并且降低燃料电池的寿命。并且,燃料电池长期处于空载闲置状态,其开路电压导致质子交换膜入口和出口之间形成很大的电位差,从而加速催化剂的腐蚀,极大的影响燃料电池性能。所述启动过程的控制方法是通过以下步骤实现的:
步骤1:通过闭合接触器5,打开接触器1、接触器7、接触器2、接触器3、接触器6和接触器4接通电梯应急电源***,使用24V蓄电池开始给燃料电池堆的辅助***供电。
步骤2:接通吹风机,并且接通氢气,使其工作在很高的流量状态下,以便将燃料电池堆内残余的空气排除。此后,燃料电池堆的电压将很快上升到它的开路电压。
步骤3:闭合接触器1,一旦辅助***完全由燃料电池堆供电,辅助***使得燃料电池堆的输出电压和超级电容的开路输出电压相等,然后闭合接触器2。
步骤4:闭合DC/DC变换器和辅助***之间的接触器4,从而燃料电池堆和超级电容向辅助***供电。
步骤5:打开接触器5,将24V蓄电池从电梯应急电源***中断开。此时,辅助***完全由燃料电池堆和超级电容供电。
步骤6:通过闭合接触器3和接触器6,逆变器将与电梯应急电源***连接,从而使逆变器可以正常工作。此时,辅助电池可以通过逆变器进行充电。
在辅助***被24V蓄电池启动之后,辅助***由连接至***直流母线上的DC/DC变换器供电。此时,***可以正常运行。当***负载为0时,燃料电池可以在***负载为0时向辅助***提供一定的电能,避免了燃料电池堆的空载闲置状态,减缓了燃料电池催化剂的腐蚀,延长了其寿命。所述关机过程的控制方法是通过以下步骤实现的:
步骤1:打开接触器3和接触器6,使得逆变器和24蓄电池的充电器与电梯应急电源***断开,从而关闭逆变器。
步骤2:等待燃料电池堆尽可能的接近其开路电压,以便对超级电容进行充电。
步骤3:打开接触器4并且关闭接触器5,使得辅助***仅由24V蓄电池供电。
步骤4:关闭接触器7,打开接触器1和接触器2,充好电的超级电容与燃料电池堆断开连接。此时燃料电池堆的负载仅为一个电阻负载。将燃料电池堆切换至恒压模式,逐步降低其输出电压,目的是消耗掉电堆内的残留氢气。
步骤5:关闭辅助***。
本发明的有益效果在于:将燃料电池和超级电容直接并联作为供电装置,将其直接连接至逆变器的直流母线上,使得***的集成度增加,减小了体积重量和成本,提高了燃料电池性能以及使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源***及控制方法,电梯应急电源***包括燃料电池堆、接触器1、保险丝、二极管、接触器7、负载电阻、超级电容、电压表、接触器2、逆变器、电流表、接触器3、充电器、接触器6、24V蓄电池、接触器5、辅助***、接触器4以及DC/DC变换器等。所述燃料电池堆的输出经接触器1与保险丝相连,所述保险丝后接二极管,所述二极管可以防止负载电流回流至燃料电池堆而损坏电堆。同时,所述燃料电池堆的输出接接触器7和负载电阻,在必要时接入所述负载电阻用来匹配电堆电压和超级电容电压。所述超级电容的输出接保险丝和电压表,再连接接触器2,然后与逆变器的母线经电流表和接触器3相连。所述逆变器的母线与充电器相连,所述充电器经接触器6连接至24V的蓄电池,所述蓄电池的输出经二极管,接触器5,电流表接至辅助***,所述辅助***经并联组成的二极管和接触器4相连至DC/DC变换器,与电流表和接触器3相连至逆变器的直流母线。
一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源***控制方法,包括启动过程的控制方法和关机过程的控制方法。在启动过程中,氢气和空气之间形成的边界导致催化剂腐蚀,并且降低燃料电池的寿命。并且,燃料电池长期处于空载闲置状态,其开路电压导致质子交换膜入口和出口之间形成很大的电位差,从而加速催化剂的腐蚀,极大的影响燃料电池性能。所述启动过程的控制方法是通过以下步骤实现的:
步骤1:通过闭合接触器5,打开接触器1、接触器7、接触器2、接触器3、接触器6和接触器4接通电梯应急电源***,使用24V蓄电池开始给燃料电池堆的辅助***供电。
步骤2:接通吹风机,并且接通氢气,使其工作在很高的流量状态下,以便将燃料电池堆内残余的空气排除。此后,燃料电池堆的电压将很快上升到它的开路电压。
步骤3:闭合接触器1,一旦辅助***完全由燃料电池堆供电,辅助***使得燃料电池堆的输出电压和超级电容的开路输出电压相等,然后闭合接触器2。
步骤4:闭合DC/DC变换器和辅助***之间的接触器4,从而燃料电池堆和超级电容向辅助***供电。
步骤5:打开接触器5,将24V蓄电池从电梯应急电源***中断开。此时,辅助***完全由燃料电池堆和超级电容供电。
步骤6:通过闭合接触器3和接触器6,逆变器将与电梯应急电源***连接,从而使逆变器可以正常工作。此时,辅助电池可以通过逆变器进行充电。
在辅助***被24V蓄电池启动之后,辅助***由连接至***直流母线上的DC/DC变换器供电。此时,***可以正常运行。当***负载为0时,燃料电池可以在***负载为0时向辅助***提供一定的电能,避免了燃料电池堆的空载闲置状态,减缓了燃料电池催化剂的腐蚀,延长了其寿命。所述关机过程的控制方法是通过以下步骤实现的:
步骤1:打开接触器3和接触器6,使得逆变器和24蓄电池的充电器与电梯应急电源***断开,从而关闭逆变器。
步骤2:等待燃料电池堆尽可能的接近其开路电压,以便对超级电容进行充电。
步骤3:打开接触器4并且关闭接触器5,使得辅助***仅由24V蓄电池供电。
步骤4:关闭接触器7,打开接触器1和接触器2,充好电的超级电容与燃料电池堆断开连接。此时燃料电池堆的负载仅为一个电阻负载。将燃料电池堆切换至恒压模式,逐步降低其输出电压,目的是消耗掉电堆内的残留氢气。
步骤5:关闭辅助***。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式,对于本领域的普通技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源***,其特征在于,包括燃料电池堆、接触器1、保险丝、二极管、接触器7、负载电阻、超级电容、电压表、接触器2、逆变器、电流表、接触器3、充电器、接触器6、24V蓄电池、接触器5、辅助***、接触器4以及DC/DC变换器等,所述燃料电池堆的输出经接触器1与保险丝相连,所述保险丝后接二极管,所述二极管可以防止负载电流回流至燃料电池堆而损坏电堆,同时,所述燃料电池堆的输出接接触器7和负载电阻,在必要时接入所述负载电阻用来匹配电堆电压和超级电容电压,所述超级电容的输出接保险丝和电压表,再连接接触器2,然后与逆变器的母线经电流表和接触器3相连,所述逆变器的母线与充电器相连,所述充电器经接触器6连接至24V的蓄电池,所述蓄电池的输出经二极管,接触器5,电流表接至辅助***,所述辅助***经并联组成的二极管和接触器4相连至DC/DC变换器,与电流表和接触器3相连至逆变器的直流母线。
2.一种基于燃料电池和超级电容的电梯应急电源***控制方法,其特征在于,该电梯应急电源***控制方法包括启动过程的控制方法和关机过程的控制方法,所述启动过程的控制方法是通过以下步骤实现的:
步骤1:通过闭合接触器5,打开接触器1、接触器2、接触器3、接触器4、接触器6和接触器7接通电梯应急电源***,使用24V蓄电池开始给燃料电池堆的辅助***供电;
步骤2:接通吹风机,并且接通氢气,使其工作在很高的流量状态下,以便将燃料电池堆内残余的空气排除,此后,燃料电池堆的电压将很快上升到它的开路电压;
步骤3:闭合接触器1,一旦辅助***完全由燃料电池堆供电,辅助***使得燃料电池堆的输出电压和超级电容的开路输出电压相等,然后闭合接触器2;
步骤4:闭合DC/DC变换器和辅助***之间的接触器4,从而燃料电池堆和超级电容向辅助***供电;
步骤5:打开接触器5,将24V蓄电池从电梯应急电源***中断开,此时,辅助***完全由燃料电池堆和超级电容供电;
步骤6:通过闭合接触器3和接触器6,逆变器将与电梯应急电源***连接,从而使逆变器可以正常工作,此时,辅助电池可以通过逆变器进行充电;
所述关机过程的控制方法是通过以下步骤实现的:
步骤1:打开接触器3和接触器6,使得逆变器和24蓄电池的充电器与电梯应急电源***断开,从而关闭逆变器;
步骤2:等待燃料电池堆尽可能的接近其开路电压,以便对超级电容进行充电;
步骤3:打开接触器4并且关闭接触器5,使得辅助***仅由24V蓄电池供电;
步骤4:关闭接触器7,打开接触器1和接触器2,充好电的超级电容与燃料电池堆断开连接,此时燃料电池堆的负载仅为一个电阻负载,将燃料电池堆切换至恒压模式,逐步降低其输出电压,目的是消耗掉电堆内的残留氢气;
步骤5:关闭辅助***。
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