[发明专利]一种燃料电池能量可控输出装置及控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池能量可控输出装置，包括升压调节模块、降压调节模块、基于CAN总线的主控制模块、故障诊断与报警模块，基于CAN总线的主控制模块分别与升压调节模块、降压调节模块、故障诊断与报警模块相连接，其特征在于：燃料电池输出正极通过电流检测1与升压调节模块的输入端U_1I+相连，燃料电池输出负极与升压调节模块的输入端U_1I-相连，升压调节模块的输出端U_1O+与降压调节模块的输入端U_2I+相连，升压调节模块的输出端U_1O-与降压调节模块的输入端U_2I-相连，燃料电池输出电能经升压调节模块与降压调节模块两级变换后，输出电压、电流、功率均可控的直流电能；降压调节模块输出端U_2O+通过电流检测2与蓄电池的正极相连，降压调节模块输出端U_2O-与蓄电池负极相连；同时蓄电池的正极通过电流检测3与负载正极相连，蓄电池的负极与负载负极相连。

2.如权利要求1所述的燃料电池能量可控输出装置，其特征在于：所述基于CAN总线的主控制模块包括微控制器MCU、A/D采样电路、带上电保护的IGBT驱动电路、散热风扇控制电路、蜂鸣器与数码显示控制电路、CAN总线与RS-485总线接口电路；A/D采样电路的输入引脚I_in与电流检测1的信号输出相连，输入引脚U_in与电压检测1的信号输出相连，输入引脚T₁与温度检测1的信号输出相连，输入引脚T₂与温度检测2的信号输出相连，输入引脚I_out与电流检测2的信号输出相连，输入引脚U_out与电压检测2的信号输出相连，输入引脚I_load与电流检测3的信号输出相连，检测信号经A/D采样后通过SPI接口输入给MCU处理；MCU的PWM单元输出引脚PWM1和PWM2分别与带上电保护的IGBT驱动电路的输入引脚A1、B1相连，带上电保护的IGBT驱动电路的输出引脚G1与升压调节模块的功率管VT1的控制级相连，输入引脚C1、E1分别与功率管VT1的集电极、发射极相连，带上电保护的IGBT驱动电路的输出引脚G2与降压调节模块的功率管VT2的控制级相连，输入引脚C2、E2分别与功率管VT2的集电极、发射极相连，MCU产生两路PWM信号；经过带上电保护的IGBT驱动电路后同时驱动升压调节模块和降压调节模块；散热风扇控制电路由MCU的I/O口控制，输出与继电器隔离相连，控制散热风扇的启停；蜂鸣器与数码显示控制电路由MCU的I/O单元隔离驱动；主控制模块同时集成CAN总线与RS-485总线接口，实现远程在线监控和故障诊断。

3.如权利要求2所述的燃料电池能量可控输出装置，其特征在于：所述带上电保护的驱动电路包括反相驱动器、电平幅值转换器、驱动模块及电阻、电容、二极管；微控制器(MCU)输出引脚PWM1、PWM2与反相驱动器的输入引脚A1、B1相连，将MCU发出的DPWM1、DPWM2信号翻转成驱动信号NPWM1、NPWM2；反相驱动器的使能引脚CS与MCU的I/O引脚相连，反相驱动器的使能由MCU的I/O引脚输出IGBTEN信号来控制；反相驱动器的输出引脚X1与电平幅值转换器的输入引脚A2相连，反相驱动器的输出引脚Y1与电平幅值转换器的输入引脚B2相连，电平幅值转换器的输出引脚X2与驱动模块的输入引脚INA相连，电平幅值转换器的输出引脚Y2与驱动模块的输入引脚INB相连，电平幅值转换器将VCC标准电平的驱动信号NPWM1、NPWM2转换成VDD1标准电平的驱动信号ZPWM1、ZPWM2；MCU的功率保护引脚PDPINTA连接二极管D3的阳极，同时通过R1电阻上拉到VCC电源，D3的阴极与驱动模块的SO引脚相连，同时通过R2电阻上拉到VDD2电源；IGBT发生短路故障时，驱动模块SO引脚输出低电平信号，二极管D3导通，Fault1信号被二极管D3箝位为低电平，MCU检测到该低电平信号进行故障处理。

4.如权利要求1所述的燃料电池能量可控输出装置，其特征在于：故障诊断与报警模块实时监测能量可控输出装置的状态信息，并通过RS-485接口远距离传送出去，经由RS-485/RS-232转换器传送给PC机显示处理，当该装置出现故障时，自动进行功率输出保护，并通过LED显示相应的故障代码及蜂鸣报警，PC机同时显示故障信息和故障位置。