一种燃料电池独立发电逆变器的研究

系统通过蓄电池起动后,需要及时地给蓄电池 充电以备下一次使用。V9、VD13、VD14、L5组成Buck 充电电路。充电流程图如图6所示,蓄电池采用恒 压限流方式充电。充电时,蓄电池电压在28·2V~ 28·8V之间,充电电流不超过容值的四分之一,当电 流小于容量的千分之六时,认为电池充满。此时只 需以涓流充电弥补电池的自放电损失。

因此,系统检测充电电流和蓄电池电压,若电流 或者蓄电池电压超过允许最大值,减小充电电流;否则就以蓄电池允许充电的最大值给蓄电池充电。这 样既保护了蓄电池,又能够在最短的时间内给蓄电 池充电。实现了效率与安全的统一。

3　逆变器控制保护设置

PEFC燃料电池是由单体电池串联而成,单体开 路电压在1·15V左右,加负载后,下降到0·6V,当燃 料电池以一定功率工作时,过低的电压会使燃料电 池输出电流过大,以致损坏燃料电池结构,减少其使 用寿命,所以燃料电池输出需设置欠压和输入过流 保护电路;为了有效地保护直流母线,还设置燃料电 池输入过压保护、前端DC/DC变换器输出过压保护 以及DC/DC控制板开关电源的故障保护、蓄电池欠 压保护、蓄电池过压保护、充电过流保护等等。表1 所示为系统所需的所有保护。

4　实验结果

本逆变器使用5kW质子交换膜燃料电池,燃料 电池输入直流电压45V~90V,起动电源使用2节 12V/10Ah蓄电池串联,逆变器负载带500W燃料供 给风机、3kW灯泡、6个燃料电池冷却风扇以及外围 辅助电路。经现场测试(如图10),图7为交流220V 输出电压电流波形,上面为输出电压波形,下面为输 出电流波形,交流输出电压波形正弦度好,通过 AGILENT54624A示波器测试THD小于4%,燃料电 池逆变器系统稳定;图8为燃料电池输入与逆变器 效率曲线,逆变器交流输出1·5kW时,效率为92%, 交流输出3kW时,效率为84%,系统效率较高。图 9为输出功率与输出电压关系曲线。输出电压特性 较硬。

5　小结

本文针对普通家庭用燃料电池应急电源系统, 满足家用电器以及其他一些特殊急需供电装置在无 电条件下对电力的需要,介绍了一种燃料电池发电 的逆变器的拓扑结构及其控制方法,设计并制作了 一套使用5kW PEFC燃料电池独立发电实验装置, 最后经实际系统测试,逆变器输出交流220V电压正 弦度良好、安全可靠,本设计控制、保护完整,通过实 际系统性能测试,验证了该设计的合理性以及系统 方案的可行性。