[发明专利]一种电源装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源装置，其包括一个具有标称电压和额定伏安特性的燃料电池装置，用于连接负载；还包括一可变的DC-DC变压器；一用于分流DC-DC变压器的分流支路；一开关，用于将燃料电池可选择地连接于DC-DC变压器或者将其连接于分流支路。本发明还涉及该电源装置的使用方法。

背景技术

如上所述的一种电源装置，例如，美国专利6,255,008B1公开了一种能够减少电能损失的燃料电池系统。在该系统中，一个第二电池与电源装置并联。根据负载的电能需要以及电池的电量状态，决定该电池连接或不连接负载，而该燃料电池通过DC-DC变压器或通过分流支路连接到负载，或者通过DC-DC变压器同时连接到电池和负载。

该燃料电池的特性为，理想状态下的燃料电池具有相当高的输出电压，且该电压随电流流出而下降。在一个较大的电流强度范围内，输出电压基本保持恒定，只会以其百分比例减少，此后，当电流超过某一值时，电压极大地下降。DC-DC变压器用于维持电压的基本恒定，至少在该特性曲线急剧升降的部分。其效率达到例如70％-90％。只要电压足够接近标称电压，该分流支路则用于避免由变压器造成的电压损失。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种有效的对DC-DC变压器和分流支路间的开关切换的控制。

根据本发明，该电源装置的特点在于，该控制单元包括一耦合于该燃料电池装置上的测量装置，用于侦测工作点；当该燃料电池装置的电压处于该燃料电池装置伏安特性的选定区域以内时，该控制单元与该分流支路连接；当处于上述特性的剩余范围内时，则该控制单元不与该分流支路连接。

较佳地，该伏安特性中的选定区域位于标称电压的两侧，其中，根据负载的需求，该电压差对电流变化的依赖性不大于25％，更佳地，不大于15％，最好不超过5％。

根据较佳实施例，控制单元、开关、分流支路以及DC-DC变压器为一单一装置的组成部件；该开关为一电开关，较佳地，为一MOS管或一绝缘栅双极型晶体管；该DC-DC变压器为一稳定的闭环控制变压器。

根据本发明，还提供了一种该电源装置的使用方法，其中，如果燃料电池装置的电压在该燃料电池装置的伏安特性的选定区域之内，则该开关处于与分流支路连通的状态，如果在上述特性的剩余范围之内，则该开关处于与分流支路断开的状态。该选定区域被设定为标称电压两侧的范围，其中，该电压差对电流变化的依赖性不大于25％，较佳地，不大于15％，最好不超过5％。

根据本发明，一种该电源装置的使用方法，其中，特性中限定该选定区域的电压较低一侧的范围被划分为至少两个区域，即，一个恢复区域和一个关闭区域，该恢复区域被一个表征该燃料电池装置输出电压最小值的第一工作点和一个第二工作点限定，该输出电压最小值在持续工作条件下仍然是可转换的，在通过该第二工作点之后便进入该关闭区域，其中在该恢复区域里该DC-DC变压器输出一个低于标称电压的电压，较佳地，在该恢复区域中，根据时间和/或燃料电池的空载电压，燃料电池装置被间歇地关闭和重启。若使用能够升压的DC-DC变压器，在该选定区域和恢复区域之间设置一可适区域，在该可适区域中该变压器输出标称电压。

附图说明

本发明的上述内容及更多目的、特征以及有益效果将通过参考附图在下文描述的较佳实施例中进行说明。

图1为与负载连接的电源装置的电路图。

图2为燃料电池装置的典型的伏安特性示意图。

图3为本发明实施例的改进图。

1负载

2燃料电池

3DC-DC变压器

4可适区域

5选定区域

6可适区域

7恢复区域

8关闭区域

9工作点

10工作点

11分流支路

12控制单元

13开关

14开关

具体实施方式

图1为该电源装置与负载1连接的电路图。该电源装置包括一个燃料电池2，在本实施例中，每个单电池的标称电压为700mV，空载电压为950mV，持续电压最小值为600mV，电压绝对最小值为500mV；以及一个DC-DC变压器3。该变压器可以为降压变压器、升压变压器或者升降压结合的变压器，也可为根据过高的输入电压输出不同于标称电压的电压值的变压器。实际使用的该燃料电池2通常可以为串联的10-100个单电池。