專利名稱：一種直流雙路輸入的供電切換方法及實施該方法的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種直流供電方法，尤其是涉及一種直流雙路輸入的供電切換方法及實施該方法的裝置。
背景技術：
在燃料電池系統(tǒng)中(比如氫燃料電池系統(tǒng))，為了給電堆提供氧化劑，需要向電堆提供空氣。部分燃料電池系統(tǒng)設計方案中采用供氣裝置來向電堆提供空氣氧化劑。電堆產出的電能的電壓范圍一般較寬，在不同的輸出功率條件下輸出壓力也不一樣，因此電堆產出的電能都需要DCDC變換器，將電堆電能變換成通用的輸出電壓(如48V)，以便供用戶使用。傳統(tǒng)的供氣裝置供電方案是將供氣裝置的供電輸入端連接到燃料電池系統(tǒng)的最終直流輸出端，也就是燃料電池系統(tǒng)DCDC變換器的輸出端，并與負載并聯在一起。燃料電池系統(tǒng)工作時先由備用電池啟動供氣裝置，供氣裝置工作后為燃料電堆提供氧化劑，燃料電堆在控制系統(tǒng)合理的控制下產出電能，為負載提供電力。供氣裝置能耗通常有幾百瓦。使用傳統(tǒng)連接方式，供氣裝置將從燃料電池系統(tǒng)DCDC變換器的輸出端取電，導致燃料消耗量大，燃料系統(tǒng)續(xù)航時間短等問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可提高燃料系統(tǒng)工作效率、節(jié)省燃料消耗、增加燃料系統(tǒng)續(xù)航時間的直流雙路輸入的供電切換方法及實施該方法的裝置。本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現一種直流雙路輸入的供電切換方法，其特征在于，該方法是由外部接口控制單元控制切換裝置，對兩路直流輸入供電進行切換，使燃料電池供氣裝置從電源取電或者從燃料電池系統(tǒng)取電。所述的切換裝置由兩個可切換的變換器組成，或者由兩個可切換的電路連接同一變換器組成。所述的變換器包括D⑶C電源模塊，變換器為由全橋、半橋、H橋、BUCK、BOOST中任一或組合所組成的拓樸電路結構。所述的變換器為隔離變換器或非隔離變換器。所述的接口控制單元包括分立元件、集成1C、數字微控制器或可編程邏輯單元，接口控制單元檢測切換裝置的狀態(tài)，為遠程設備提供切換裝置狀態(tài)信息。所述的接口控制單元的電路為光耦隔離器件、電阻、電容、二極管之一或者其組合一種實施直流雙路輸入的供電切換方法的裝置，其特征在于，該裝置包括切換裝置、第一供電支路、第二供電支路和接口控制單元，所述的切換裝置由可切換的第一變換器和第二變換器組成，所述的第一變換器的輸入端通過第一供電支路連接電源，所述的第二變換器通過第二供電支路連接燃料電池系統(tǒng)的供電輸出端，第一變換器的輸出端與第二變換器的輸出端并聯后直接連接供氣裝置，或者通過信號處理單元連接供氣裝置，所述的接口控制單元分別連接第一變換器和第二變換器，接口控制單元根據外部信號控制策略，執(zhí)行外部指令并控制可切換工作的第一變換器和第二變換器。所述的信號處理單元為由電感、電容組成的濾波網絡；或者由開關器件、二極管、電感、電容、電阻、傳感器任一元件或其中任意組合所組成的處理單元；或者直接為一導體。一種實施直流雙路輸入的供電切換方法的裝置，其特征在于，該裝置包括切換裝置、第一供電支路、第二供電支路和接口控制單元，所述的切換裝置由可切換的第一電路和第二電路連接同一變換器組成，所述的第一電路的輸入端通過第一供電支路連接電源，所述的第二電路通過第二供電支路連接燃料電池 系統(tǒng)的供電輸出端，第一電路的輸出端與第二電路的輸出端并聯后連接變換器，所述的變換器連接供氣裝置，或者通過信號處理單元連接供氣裝置，所述的接口控制單元分別連接第一電路和第二電路，接口控制單元根據外部信號控制策略，執(zhí)行外部指令并控制可切換工作的第一電路和第二電路。所述的信號處理單元為由電感、電容組成的濾波網絡；或者由開關器件、二極管、電感、電容、電阻、傳感器任一元件或其中任意組合所組成的處理單元；或者直接為一導體。與現有技術相比，本發(fā)明使供氣裝置在啟動時從燃料電池系統(tǒng)DCDC變換器的輸出端取電，然后在燃料電池系統(tǒng)的電堆準備就緒并產出電能后，由控制系統(tǒng)在適當的時候切換供氣裝置的供電源，讓供氣裝置直接從電堆輸出端取電。由于燃料電池系統(tǒng)DCDC變換器的效率一般在90%左右，這樣改進后，可以節(jié)省相當一部分的電能。本發(fā)明提高了燃料系統(tǒng)工作效率、節(jié)省燃料消耗、增加燃料系統(tǒng)續(xù)航時間。


圖I是本發(fā)明實施例I中雙路供電切換電源裝置結構示意圖；圖2是本發(fā)明實施例2中雙路供電切換電源裝置結構示意圖；圖3是本發(fā)明實施例2中雙路供電切換電源裝置工作原理圖；圖4是本發(fā)明實施例2中外部切換信號處理示意圖；圖5是另一種外部切換信號處理不意圖；圖6是本發(fā)明實施例4中雙路供電切換電源裝置結構示意圖。圖中，I為遠程信號，O為輸出電能，CS為外部切換信號，SS為外部啟停信號，M為第一支路輔電，N為第二支路輔電。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例I—種直流雙路輸入的供電切換方法及實施該方法的裝置，該方法是將給燃料電池提供空氣氧化劑的供氣裝置(如空壓機)通過兩個可切換的變換器及各變換器對應的供電支路分別連接電源和燃料電池系統(tǒng)的供電輸出端，兩個變換器分別連接接口控制單元(該接口控制單元可以是遠程接口控制單元，也可以是其他接口控制單元)，通過接口控制單元控制兩個變換器之間切換，使供氣裝置從電源取電或者從燃料電池系統(tǒng)取電。接口控制單元檢測兩個變換器狀態(tài)，當兩個變換器狀態(tài)正常時，如果接收到外部指令的切換信號，則根據切換要求執(zhí)行使能其中一個變換器工作，如果接收到外部指令的啟停信號，則根據啟停要求執(zhí)行兩個變換器反饋控制功能的使能或禁止。該切換方法通過選擇電源來提高燃料系統(tǒng)工作效率，節(jié)省燃料消耗，增加燃料系統(tǒng)續(xù)航時間。 如圖I所示，實施上述方法的裝置包括第一變換器I、第二變換器2、第一供電支路
3、第二供電支路4和遠程接口控制單元5，其中第一變換器I的輸入端通過第一供電支路3連接電源(該電源可以為備用電源，如蓄電池等，也可以為市電等)，第二變換器2通過第二供電支路4連接燃料電池系統(tǒng)的供電輸出端，第一變換器I和第二變換器2各自獨立實現DCDC變換功能，第一變換器I的輸出端與第二變換器2的輸出端并聯后直接連接供氣裝置，第一變換器I和第二變換器2接收遠程接口控制單元的控制要求，遠程接口控制單元5分別連接第一變換器I和第二變換器2，遠程接口控制單元5根據外部信號控制策略及檢測第一變換器I和第二變換器2的狀態(tài)，執(zhí)行外部指令并控制可切換工作的第一變換器I和第二變換器2。在燃料電池系統(tǒng)中，當燃料電池系統(tǒng)待機時，與燃料電池系統(tǒng)連接的第二供電支路4不向第二變換器2供電，而由于第一供電支路3連接的是電源是一直有供電的，可向第一變換器I供電，第一變換器I是否工作并輸出電能要由燃料電池控制系統(tǒng)發(fā)送啟動指令來決定。當燃料電池系統(tǒng)需要工作并輸出電能時，燃料控制系統(tǒng)先向第一變換器I發(fā)送啟動指令，隨即第一變換器I輸出電能，驅動燃料電池系統(tǒng)的供氣裝置。供氣裝置向燃料電池系統(tǒng)提供氧化劑，使燃料電池具備輸出電能的條件之一成立。當燃料電池系統(tǒng)輸出電能后，即第二供電支路4已經具備輸出電能的能力。燃料電池控制系統(tǒng)在適當的時候對供電支路進行切換，由第二供電支路4提供電能，啟動第二變換器2工作，并停止第一變換器I的運行。在燃料電池運行過程中，燃料電池系統(tǒng)根據系統(tǒng)控制策略自由在第一供電支路3與第二供電支路4之間切換，及啟動與停止第一變換器I和第二變換器2。實施例2如圖2所示，一種直流雙路輸入的供電切換方法及實施該方法的裝置，該裝置與實施例I所示的裝置比較，增加了信號處理單元6，其中第一變換器I的輸出端和第二變換器2的輸出端并聯后通過信號處理單元6與負載連接，第一變換器I和第二變換器2各自獨立實現直流變換為高頻脈沖信號功能，再由信號處理單元6對高頻脈沖信號進行平滑濾波處理，得到低紋波的穩(wěn)壓直流信號，第一變換器I和第二變換器2接收遠程接口控制單元5的控制要求。圖3是圖2所示裝置的一種具體實施電路原理圖，其中，遠程接口控制單元5采用的是數字微控制器7，第一變換器I采用半橋隔離拓撲電路結構，將第一供電支路3進行直流到高頻脈沖的信號處理，并通過二極管進行整流，包括增強型N溝道場效應管Q1、增強型N溝道場效應管Q2、電容Cl、電容C2、二極管Dl、二極管D2和變壓器Tl，其中第一供電支路3分別與場效應管Ql的源極、電容Cl的一端連接，增強型N溝道場效應管Ql的漏極分別與增強型N溝道場效應管Q2的源極和變壓器Tl的正輸入端連接，電容Cl的另一端分別與電容C2的一端和變壓器T2的負輸入端連接，增強型N溝道場效應管Q2的漏極與電容C2的另一端連接后接地，變壓器Tl的正輸出端連接二極管Dl的陽極，變壓器Tl的負輸出端連接二極管D2的陽極，二極管Dl的陰極和二極管D2的陰極連接后作為第一變換器I的輸出端A，其中增強型N溝道場效應管Ql的柵極和增強型N溝道場效應管Q2的柵極連接后連接到數字微控制器7。
第二變換器2采用同步BUCK非隔離拓撲結構，將第二供電支路2進行直流到高頻脈沖的信號處理，包括增強型P溝道場效應管Q3和增強型N溝道場效應管Q4，其中增強型P溝道場效應管Q3的源極、漏極分別連接第二供電支路4和增強型N溝道場效應管Q4的源極，增強型N溝道場效應管Q4的漏極作為第二變換器2的輸出端B，輸出端B分別與輸出端A、增強型N溝道場效應管Q5的源極連接，增強型N溝道場效應管Q5的漏極接地，其中增強型P溝道場效應管Q3的柵極、增強型N溝道場效應管Q4的柵極和增強型N溝道場效應管Q4的柵極分別連接到數字微控制器7。信號處理單元6采用電感LI和電容C3組成的二階低通濾波網絡，電感LI的一端連接輸出端A，另一端與電容C3串聯，電容C3兩端電壓作為取樣電壓和燃料電池系統(tǒng)的最終輸出電壓。信號處理單元6將整流后的高頻脈沖信號進行高頻濾波，輸出低紋波直流信號。信號處理單兀6還進行輸出電壓和輸出電流的信號取樣，輸出電壓和輸出電流取樣信號由數字微控制器7進行處理，由數字微控制器7實現兩個變換器的反饋、保護控制。圖4是實現電源切換功能的遠程接口處理單元工作原理圖，該遠程接口包括限流電阻R1、限流電阻R2、限流電阻R3、第一光耦11和第二光耦12，第一光耦11的二極管和第二光耦12的二極管串聯，外部切換信號CS通過限流電阻Rl連接到第一光耦11 二極管的陽極，第二光耦12 二極管的陰極接地，第一支路輔電M、第二支路輔電N分別對應連接第一光耦11三極管的集電極、第二光耦12三極管的集電極，為第一光耦11的次邊、第二光耦12的次邊提供電力，第一光耦11三極管的發(fā)射極作為輸出端C連接到第一變換器I的PWM使能端，第二光耦12三極管的發(fā)射極作為輸出端D連接到第二變換器2的PWM使能端，輸出端
C、輸出端D還分別通過限流電阻R2、限流電阻R3接地。當外部切換信號為低電平時，第一光耦11次邊輸出端C點的信號使得第一變換器I的PWM使能允許，同時第二光耦12次邊輸出端D點的信號使得第二變換器2的PWM使能禁止；反之，當外部切換信號為高電平時，第一光耦11次邊輸出端C點的信號使得變換器I的PWM使能禁止，同時第二光耦12次邊輸出端D點的信號使得第二變換器2的PWM使能允許，這樣就實現了電源的切換。實施例3圖5是另一種的遠程接口處理單元工作原理圖，該遠程接口包括7個限流電阻和2個光耦，7個限流電阻分別是限流電阻R4、限流電阻R5、限流電阻R6、限流電阻R7、限流電阻R8、限流電阻R9和限流電阻R10，2個光耦分別是第三光耦13和第四光耦14，第三光耦13的二極管和第四光耦14的二極管串聯，外部切換信號通過限流電阻R4連接到第一光耦
11二極管的陽極，第四光耦14 二極管的陰極接地，第一支路輔電M、第二支路輔電N分別通過限流電阻R5、限流電阻R8對應連接第三光耦13三極管的集電極、第四光耦14三極管的集電極，為第三光耦13的次邊、第四光耦14的次邊提供電力，第三光耦13三極管的集電極還與限流電阻R6連接后作為輸出端E與第一變換器I的反饋控制使能端連接，第四光耦14三極管的集電極還與限流電阻R9連接后作為輸出端F與第二變換器2的反饋控制使能端連接，第三光耦13三極管的發(fā)射極、第四光耦14三極管的發(fā)射極分別通過限流電阻R7、限流電阻RlO接地。當外部啟停信號SS為低電平時，第三光耦13次邊輸出端E點的信號使得第一變換器I的反饋控制使能禁止，同時第四光耦14次邊輸出端F點的信號使得第二變換器2的反饋控制使能禁止。反之，當外部啟停信號SS為高電平時，第三光耦13次邊輸出端E點的信號使得第一變換器I的反饋控制使能允許，第四光耦14次邊輸出端F點的信號使得第二變換器2的反饋控制使能允許。其余同實施例2。實施例4如圖6所示，一種直流雙路輸入的供電切換裝置，該裝置包括切換裝置、第一供電支路、第二供電支路和接口控制單元，所述的切換裝置由可切換的第一電路和第二電路連接同一變換器組成，所述的第一電路由開關Kl和導線組成，所述的第二電路由開關K2和導線組成，開關Kl連接第一供電支路3，從而通過第一供電 支路3連接電源，開關K2連接第二供電支路4，從而通過第二供電支路連接燃料電池系統(tǒng)的供電輸出端，開關Kl和開關K2通過導線連接同一變換器I’，所述的變換器I’連接供氣裝置，開關Kl和開關K2連接同一接口控制單元5，通過接口控制單元5控制開關Kl和開關K2之間切換，使供氣裝置從電源取電或者從燃料電池系統(tǒng)取電。其余同實施例I。實施例5參見圖6，一種直流雙路輸入的供電切換方法及實施該方法的裝置，該裝置與實施例4所示的裝置比較，增加了信號處理單元，其中第一變電路的輸出端和第二電路的輸出端并聯后連接同一變換器，該變換器通過信號處理單元與負載連接。其余同實施例4。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及核心思想，而非對其限制。本領域的普通技術人員應用理解依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明精神和范圍。
權利要求
1.一種直流雙路輸入的供電切換方法，其特征在于，該方法是由外部接口控制單元控制切換裝置，對兩路直流輸入供電進行切換，使燃料電池供氣裝置從電源取電或者從燃料電池系統(tǒng)取電。
2.根據權利要求I所述的一種直流雙路輸入的供電切換方法，其特征在于，所述的切換裝置由兩個可切換的變換器組成，或者由兩個可切換的電路連接同一變換器組成。
3.根據權利要求2所述的一種直流雙路輸入的供電切換方法，其特征在于，所述的變換器包括D⑶C電源模塊，變換器為由全橋、半橋、H橋、BUCK、BOOST中任一或組合所組成的拓樸電路結構。
4.根據權利要求2所述的一種直流雙路輸入的供電切換方法，其特征在于，所述的變換器為隔離變換器或非隔離變換器。
5.根據權利要求I所述的一種直流雙路輸入的供電切換方法，其特征在于，所述的接 口控制單元包括分立元件、集成1C、數字微控制器或可編程邏輯單元，接口控制單元檢測切換裝置的狀態(tài)，為遠程設備提供切換裝置狀態(tài)信息。
6.根據權利要求I所述的一種直流雙路輸入的供電切換方法，其特征在于，所述的接口控制單元的電路為光耦隔離器件、電阻、電容、二極管之一或者其組合。
7.一種實施如權利要求I所述的直流雙路輸入的供電切換方法的裝置，其特征在于，該裝置包括切換裝置、第一供電支路、第二供電支路和接口控制單元，所述的切換裝置由可切換的第一變換器和第二變換器組成，所述的第一變換器的輸入端通過第一供電支路連接電源，所述的第二變換器通過第二供電支路連接燃料電池系統(tǒng)的供電輸出端，第一變換器的輸出端與第二變換器的輸出端并聯后直接連接供氣裝置，或者通過信號處理單元連接供氣裝置，所述的接口控制單元分別連接第一變換器和第二變換器，接口控制單元根據外部信號控制策略，執(zhí)行外部指令并控制可切換工作的第一變換器和第二變換器。
8.根據權利要求7所述的一種直流雙路輸入的供電切換裝置，其特征在于，所述的信號處理單元為由電感、電容組成的濾波網絡；或者由開關器件、二極管、電感、電容、電阻、傳感器任一元件或其中任意組合所組成的處理單元；或者直接為一導體。
9.一種實施如權利要求I所述的直流雙路輸入的供電切換方法的裝置，其特征在于，該裝置包括切換裝置、第一供電支路、第二供電支路和接口控制單元，所述的切換裝置由可切換的第一電路和第二電路連接同一變換器組成，所述的第一電路的輸入端通過第一供電支路連接電源，所述的第二電路通過第二供電支路連接燃料電池系統(tǒng)的供電輸出端，第一電路的輸出端與第二電路的輸出端并聯后連接變換器，所述的變換器連接供氣裝置，或者通過信號處理單元連接供氣裝置，所述的接口控制單元分別連接第一電路和第二電路，接口控制單元根據外部信號控制策略，執(zhí)行外部指令并控制可切換工作的第一電路和第二電路。
10.根據權利要求9所述的一種直流雙路輸入的供電切換裝置，其特征在于，所述的信號處理單元為由電感、電容組成的濾波網絡；或者由開關器件、二極管、電感、電容、電阻、傳感器任一元件或其中任意組合所組成的處理單元；或者直接為一導體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流雙路輸入的供電切換方法及實施該方法的裝置，該方法是由外部接口控制單元控制切換裝置，對兩路直流輸入供電進行切換，使燃料電池供氣裝置從電源取電或者從燃料電池系統(tǒng)取電。與現有技術相比，本發(fā)明具有提高燃料系統(tǒng)工作效率、節(jié)省燃料消耗、增加燃料系統(tǒng)續(xù)航時間等優(yōu)點。
文檔編號H02J9/04GK102624078SQ20121008879
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權日2012年3月29日
發(fā)明者胡磊, 陳煥光, 高勇 申請人:上海恒勁動力科技有限公司