Энергоустановка на топливных элементах

Изобретение относится к энергоустановкам на топливных элементах (ТЭ) и может использоваться при проектировании автономных, резервных, транспортных энергоустановок, эксплуатируемых в полевых условиях. Техническим результатом изобретения является согласование характеристик генератора на ТЭ со стандартными инверторами, широко использующимися в источниках бесперебойного питания, а также повышение энергетической отдачи генератора на ТЭ, универсальности и надежности установки. Согласно изобретению энергоустановка на ТЭ содержит генератор на ТЭ, инвертор и датчик выходного напряжения генератора, подключенный к входу системы автоматического контроля и управления, при этом в нее введены стабилизатор напряжения, преобразователь DC-DC и три коммутационных элемента, причем входы стабилизатора напряжения и преобразователя DC-DC подключены к выходу генератора на ТЭ, а выходы стабилизатора, генератора и преобразователя DC-DC соединены с входом инвертора через соответствующие коммутационные элементы, управляющие входы которых связаны с выходами системы автоматического управления и контроля. 1 ил.

 

Предложение относится к автономным энергоустановкам на топливных элементах с твердополимерным электролитом мощностью до 10 кВт.

Известно устройство для запуска генератора на топливных элементах транспортного средства (патент США 6815100, МПК H01M 8/00, 04.06.2001), содержащее генератор на топливных элементах, емкостной аккумулятор, преобразователь и управляющий блок. Устройство предназначено для выработки электроэнергии, необходимой для обеспечения работы транспортного средства. Недостатком устройства является необходимость разработки нестандартного преобразователя напряжения под выходное напряжение генератора на топливных элементах.

Известно большое количество промышленных источников бесперебойного питания (СТА - "Современные технологии автоматизации №3, 2005, с.66-72), работающих от аккумуляторных батарей. Содержащиеся в них инверторы рассчитаны на стандартизованные диапазоны входных напряжений. Например, для батареи из четырех последовательно соединенных аккумуляторов диапазон входных напряжений инвертора лежит в пределах от 42 до 60 В. При замене в источнике бесперебойного питания аккумуляторной батареи на генератор на топливных элементах, имеющий более широкий диапазон изменения выходного напряжения (от 40 до 72 В), инвертор отключается, делая невозможным совместное использование генератора на топливных элементах и стандартного инвертора.

За прототип взят электрический блок питания (патент США 6775368, МПК H01M 10/44, 2001), содержащий аккумуляторную батарею, преобразователь, датчики и блок управления. Недостатком устройства является узкий диапазон рабочих напряжений.

Предлагаемая энергоустановка позволяет согласовать диапазон рабочих напряжений (42-60 В) стандартного инвертора с выходным напряжением генератора на топливных элементах (40-72 В), повысить энергоотдачу и универсальность установки при минимальных потерях мощности.

Энергоустановка, схема которой представлена на чертеже, содержит генератор на топливных элементах 1, инвертор 2, датчик выходного напряжения генератора 3, подключенный к входу системы автоматического управления и контроля 4. Энергоустановка снабжена стабилизатором 5, преобразователем DC-DC 6 и тремя коммутационными элементами 7, 8, 9. Входы стабилизатора 5 и преобразователя DC-DC 6 подключены к выходу генератора 1. Выходы стабилизатора 5, генератора 1 и преобразователя DC-DC 6 через элементы 7, 8, 9 соединены с входом инвертора 2. Управляющие входы элементов 7, 8, 9 связаны с выходами системы автоматического управления и контроля 4.

В качестве стабилизатора 5 могут быть использованы параллельно соединенные мощные транзисторы Дарлингтона 10, 11 с выравнивающими резисторами 12, 13, к базе которых подключен параметрический стабилизатор на стабилитроне 14 и резисторе 15.

Преобразователь DC-DC 6 имеет гальванически развязанные вход и выход. Выход преобразователя включен последовательно и согласно с выходом генератора 1, создавая вольтодобавку к напряжению генератора 1.

Коммутационные элементы 7, 8, 9 могут быть реализованы на стандартных контакторах.

Работа энергоустановки происходит следующим образом. На холостом ходу генератор 1 вырабатывает максимальное напряжение. Датчик 3 информирует систему 4 о том, что выходное напряжение генератора 1 превышает верхний предел входного напряжения инвертора 2. Система 4 замыкает элемент 7, подключая к входу инвертора выход стабилизатора 5, ограничивающего (с некоторым запасом) напряжение генератора 1. При этом инвертор 2 включается и вырабатывает однофазное напряжение 220 В промышленной частоты. При подключении и увеличении нагрузки напряжение генератора 1 падает и входит в рабочий диапазон входных напряжений инвертора 2, что фиксируется датчиком напряжения 3. В результате система 4 размыкает элемент 7 и замыкает элемент 8. Инвертор 2 продолжает свою работу. При увеличении нагрузки до величины, близкой к максимальной, напряжение генератора 1 падает до нижнего предела входного напряжения инвертора 2. Под действием сигнала с датчика 3 система 4 размыкает элемент 8 и замыкает элемент 9, подключающий к входу инвертора 2 суммарное напряжение генератора 1 и преобразователя DC-DC 6. Аналогично работает энергоустановка и при уменьшении нагрузки и увеличении напряжения генератора 1. Значения напряжений, при которых происходит замыкание и размыкание элементов 7, 8, 9, выбираются из условия обеспечения устойчивости (отсутствия дребезга) работы энергоустановки. Потери мощности, обусловленные включением в энергоустановку стабилизатора напряжения 5 и преобразователя DC-DC 6, не превышают 2-3%.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет полностью использовать энергетические возможности генератора на топливных элементах при совместной работе с серийно изготавливаемым, относительно недорогим инвертором.

Энергоустановка на топливных элементах, содержащая генератор на топливных элементах, инвертор и датчик выходного напряжения генератора, подключенный к входу системы автоматического контроля и управления, отличающаяся тем, что в нее введены стабилизатор напряжения, преобразователь DC-DC и три коммутационных элемента, причем входы стабилизатора напряжения и преобразователя DC-DC подключены к выходу генератора на топливных элементах, а выходы стабилизатора, генератора и преобразователя DC-DC соединены с входом инвертора через соответствующие коммутационные элементы, управляющие входы которых связаны с выходами системы автоматического управления и контроля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрохимическим топливным элементам с твердым полимерным электролитом. .

Изобретение относится к топливному элементу с блоком заряда/питания. .

Изобретение относится к области электротехники, к устройствам для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую, и может найти применение при создании автономных источников питания в широком диапазоне мощностей.

Изобретение относится к системе топливных элементов и способу управления системой. .

Изобретение относится к транспортному средству с топливными элементами, которые установлены на нем в качестве источника энергии и вырабатывают электроэнергию с образованием воды как побочного продукта.

Изобретение относится к топливным элементам типа, в котором топливо и окислитель объединены в мембранно-электродном блоке, где вырабатываются электроэнергия и продукт реакции, более конкретно водяной пар.

Изобретение относится к созданию МЭБ для водородо-воздушного и спиртово-воздушного топливных элементов (ТЭ) с использованием полимерного протонпроводящего электролита на основе полибензимидазольной пленки допированной фосфорной кислотой и двух газодиффузионных электродов.

Изобретение относится к транспортному средству, в частности к транспортному средству с топливными элементами, которые установлены на нем в качестве источника энергии, генерируют электроэнергию и производят воду в качестве побочного продукта.

Изобретение относится к топливным элементам. .

Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую в термоэлектрохимическом генераторе (ТЭХГ). .

Изобретение относится к электрохимии. .

Изобретение относится к области разработки вторичных химических источников постоянного тока, а точнее к области преобразования химической энергии в электрическую.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в автономных источниках электроэнергии. .

Изобретение относится к области энергетики, в частности к топливным элементам. .

Изобретение относится к аккумулятору и способам его заряда и разряда. .

Изобретение относится к устройствам преобразования одного вида энергии в другой и может использоваться для получения электроэнергии без затраты топлива за счет тепловой энергии окружающей среды.

Изобретение относится к энергетическим установкам (ЭУ), содержащим электрохимический генератор (ЭХГ) с водородно-кислородными топливными элементами, и может быть использовано в составе электроэнергетической системы (ЭЭС) подводного аппарата (ПА).

Изобретение относится к области электротехники, в частности к технологическому термогенераторному оборудованию, и предназначено для питания постоянным электрическим током комплекса радиоэлектронной аппаратуры и средств автоматики и телемеханики газопроводов в непрерывном режиме функционирования

Изобретение относится к энергоустановкам на топливных элементах и может использоваться при проектировании автономных, резервных, транспортных энергоустановок, эксплуатируемых в полевых условиях

Наверх