LV13803B - System of hydrogen fuel cells provided with double layer capacitor and charging battery - Google Patents

Abstract

The invention refers to electrical engineering and can be applied in fuel cell powered electronics supply systems. Its objective is to improve the efficiency of double layer capacitor and battery charging process. Hydrogen fuel cell system offered with double layer capacitor and battery contains fuel cell 1, double layer capacitor 7, battery 8 and DC/AC power converter 3. The distinctive propoerties of the proposed topology are defined by the fuel cell 1 connection to the DC/AC power converter 3 with the first controllable switch 2 and to a DC/DC power converter 5 with the second controllable switch 4. To the output of the DC/DC powerconverter 5 is wired series connection of the double layer capacitor 7 and the battery 8. With the third controllable switch 6 the double layer capacitor 7 is joined to the input of DC/AC power converter 3. The battery 8 supplies the fuel cell 1 at start-up and shutdown processes of the system and double layer capacitor 7 provides necessary power at dynamic property consumers.

Description

ŪDEŅRAŽA DEGVIELAS ELEMENTA SISTĒMA AR DIVSLĀŅU KONDENSATORU UN BATERIJU ’HYDROGEN FUEL CELL SYSTEM WITH TWO-LAYER CAPACITOR AND BATTERY '

Izgudrojums attiecas uz elektrotehniku un to var pielietot degvielas šūnu energoelektronikas barošanas sistēmās.The invention relates to electrical engineering and can be applied to fuel cell power electronics power systems.

Ir zināms tehniskais risinājums ūdeņraža degvielas elementa sistēmai, kas satur degvielas elementu, divslāņu kondensatoru, bateriju un līdzstrāvas-maiņstrāvas enerģijas pārveidotāju [1]. Kā ūdeņraža degvielas elementa sistēmas trūkumu var atzīmēt zemus baterijas un divslāņu kondensatora uzlādēs procesa enerģētiskos rādītājus.A technical solution for a hydrogen fuel cell system comprising a fuel cell, a dual-layer capacitor, a battery, and a DC-to-AC power converter is known [1]. One of the drawbacks of the hydrogen fuel cell system is the low energy performance of the battery and the dual-layer capacitor charge.

Izgudrojuma mērķis - uzlabot baterijas un divslāņu kondensatora uzlādēs procesa enerģētiskos rādītājus.The object of the invention is to improve the energy performance of the process of charging the battery and the dual-layer capacitor.

Ūdeņraža degvielas elementa sistēma ar divslāņu kondensatoru un bateriju satur degvielas elementu, divslāņu kondensatoru, bateriju un līdzstrāvas-maiņstrāvas enerģijas pārveidotāju. Risinājuma atšķirīgā daļa raksturojas ar to, ka ar pirmo vadāmo slēdzi degvielas elementam ir pieslēgts līdzstrāvas-maiņstrāvas enerģijas pārveidotājs un ar otro vadāmo slēdzi - līdzstrāvas-līdzstrāvas enerģijas pārveidotājs, kura izejai pievienots divslāņu kondensatora un baterijas virknes slēgums. Ar trešo vadāmo slēdzi divslāņu kondensators ir pieslēgts līdzstrāvas-maiņstrāvas enerģijas pārveidotāja ieejai.Hydrogen fuel cell system with dual layer capacitor and battery includes fuel cell, dual layer capacitor, battery and DC-to-AC power converter. The different part of the solution is characterized by the fact that the first controlled switch is connected to the fuel cell by a DC-AC converter and the second controlled switch by a DC-DC converter connected to the output by a dual-layer capacitor and battery circuit. With the third controlled switch, the dual-layer capacitor is connected to the input of the DC / AC converter.

1. zīm. izmantoti sekojoši apzīmējumi:Fig. 1 the following terms are used:

- degvielas elements;- fuel cell;

- pirmais vadāmais slēdzis;- first controlled switch;

-līdzstrāvas-maiņstrāvas enerģijas pārveidotājs;- DC to AC converter;

- otrais vadāmais slēdzis;- second control switch;

- līdzstrāvas-līdzstrāvas enerģijas pārveidotājs;- DC-to-DC converter;

- trešais vadāmais slēdzis;- third controlled switch;

- divslāņu kondensators;- double layer capacitor;

-baterija.-battery.

Degvielas elementa 1 spēka izejai ar pirmo vadāmo slēdzi 2 ir pieslēgts līdzstrāvasmaiņstrāvas enerģijas pārveidotājs 3 un ar otro vadāmo slēdzi 4 līdzstrāvas-līdzstrāvas enerģijas pārveidotājs 5, kura izejai pievienots divslāņu kondensatora 7 un baterijas 8 virknes slēgums. Ar trešo vadāmo slēdzi 6 divslāņu kondensators 7 ir pieslēgts līdzstrāvasmaiņstrāvas enerģijas pārveidotāja 3 ieejai.A dc-to-dc converter 3 is connected to the power output of the fuel cell 1 with a first controlled switch 2 and a dc-dc converter 5 with a second controlled switch 4 connected to a dual circuit capacitor 7 and a battery 8 circuit. By means of the third controlled switch 6, the dual-layer capacitor 7 is connected to the input of the DC converter 3.

Ūdeņraža degvielas elementa sistēma ar divslāņu kondensatoru un bateriju darbojas sekojoši. Pie sistēmas palaišanas pirmais vadāmais slēdzis 2, otrais vadāmais slēdzis 4 un trešais vadāmais slēdzis 6 ir atslēgti un degvielas elementam 1 jāpievada papildus enerģija, ko ņem no baterijas 6. Kad degvielas elements 1 sāk ģenerēt elektrisko enerģiju, otrais vadāmais slēdzis 4 tiek saslēgts un ar līdzstrāvas-līdzstrāvas enerģijas pārveidotāju 5 tiek lādēts divslāņu kondensators 7 un baterija 8. Kad divslāņu kondensatora 7 sprieguma vērtība sasniedz uzdotā sprieguma lielumu, sistēmas palaišanas process ir pārtraukts, otrais vadāmais slēdzis 4 tiek atslēgts un pirmais vadāmais slēdzis 2, kā arī trešais vadāmais slēdzis 6 tiek saslēgti.The hydrogen fuel cell system with dual-layer capacitor and battery operates as follows. At system start-up, the first slave switch 2, the second slave switch 4, and the third slave switch 6 are off and the fuel element 1 must supply additional power from the battery 6. When the fuel element 1 starts generating electrical power, the second slave switch 4 is engaged and the DC-to-DC converter 5 charges the dual-layer capacitor 7 and the battery 8. When the voltage value of the double-layer capacitor 7 reaches the set voltage, the system start-up process is interrupted, the second slave switch 4 is disengaged and the first slave switch 2 are locked.

Līdzstrāvas-maiņstrāvas enerģijas pārveidotājs 3 pārveido degvielas elementa 1 spēka izejas līdzspriegumu maiņspriegumā un divslāņu kondensators 5 nodrošina nepieciešamo jaudu pie dinamiska rakstura patērētājiem, kuri pieslēgti līdzstrāvasmaiņstrāvas enerģijas pārveidotāja 3 izejā.The DC-to-AC converter 3 converts the DC output voltage of the fuel cell 1 into an AC voltage and the dual-layer capacitor 5 provides the required power to the dynamic consumers connected to the output of the DC converter 3.

Pie sistēmas apturēšanas pirmais vadāmais slēdzis 2 un trešais vadāmais slēdzis 6 tiek atslēgti un degvielas elementam 1 jāpievada papildus enerģija, ko ņem no baterijas 6, līdz brīdim, kad apturēšanas process ir pārtraukts.When the system is stopped, the first slave switch 2 and the third slave switch 6 are turned off and the fuel element 1 must supply additional energy drawn from the battery 6 until the halting process is interrupted.

Baterijas un divslāņu kondensatora uzlādēs procesa energorādītāju uzlabošana tiek panākta ar divslāņu kondensatoram virknē pieslēgtu bateriju pretslēgumā.In the case of battery and dual-layer capacitor charging, the process energy performance improvement is achieved with a double-layer capacitor connected in series with a countercurrent connection.

IZMANTOTĀ LITERATŪRALITERATURE USED

1. Okusawa T. Yokomizo О. Kahara Т. Chino К. Miyukami Т. Takahashi S. Home-Use Fuel Cell System. United States Patent, No.: US 7,091,625 B2. - 2006.1. Okusawa T. Yokomizo О. Kahara Т. Chino К. Miyukami Т. Takahashi S. Home-Use Fuel Cell System. United States Patent, No .: US 7,091,625 B2. - 2006

Claims (1)

PRETENZIJATHE CLAIM Sistēma, kas satur ūdeņraža degvielas elementu, divslāņu kondensatoru, bateriju un līdzstrāvas-maiņstrāvas enerģijas pārveidotāju, atšķirīga ar to, ka ar pirmo vadāmo slēdzi degvielas elementam ir pieslēgts līdzstrāvas-maiņstrāvas enerģijas pārveidotājs un ar otro vadāmo slēdzi - līdzstrāvas-līdzstrāvas enerģijas pārveidotājs, kura izejai pievienots divslāņu kondensatora un baterijas virknes slēgums, bet ar trešo vadāmo slēdzi divslāņu kondensators ir pieslēgts līdstrāvas-maiņstrāvas enerģijas pārveidotāja ieejai.A system comprising a hydrogen fuel cell, a dual-layer capacitor, a battery, and a DC-to-AC converter, characterized in that the first controlled switch has a DC-to-AC converter connected to the fuel element and a second-controlled DC-to-DC converter, the output is connected to a dual-layer capacitor and battery circuit, and a third controlled switch connects the dual-layer capacitor to the input of the dc-ac converter.