智能燃料电池--蓄电池混合动力应急电源系统外文翻译.doc

外文翻译 智能燃料电池/蓄电池混合动力应急电源系统 Yuedong Zhan, Youguang Guo, Jianguo Zhu, Hua Wang 中国，昆明650093，昆明科技大学自动化系 澳大利亚，悉尼，科技大学工程学院，新南威尔士州，邮政信箱123 发表时间2008年1月12日 摘要 本文介绍了智能应急电源系统的混合电源，包括燃料电池(PEMFC)和蓄电池。主要介绍了应急电源的混合动力系统的数据采集并对燃料电池进行控制。一个混合型应急电源系统包括一个低成本的60-300W的燃料电池堆，一个有源功率因数校正AC/DC整流器，一个半桥式DC/AC逆变器，一个DC/DC转换器，一个使用数字信号处理器TMS320F240控制的AC/DC充电器，一些其他集成电路芯片和一个简单的网络管理协议适配器来进行试验测试和理论研究。首先，对试验得到的燃料电池主要参数进行评估。接下来，提出并实现对燃料电池的智能控制策略。最后，对应急电源系统性能进行测量和分析。 一、介绍 作为备用的应急供电设备，应急电源在很多地方发挥了非常重要的作用，如计算机、医疗系统、通讯系统、办公设备、医疗仪器、工业控制和集成数据中心。在市电停电的情况下，应急电源系统能够提供可靠的恒压恒频电源。一个理想的高性能应急电源应该提供规范的正弦输出电压，不论是对于线性还是非线性负载，都有较低的谐波失真，能够快速响应输入电压或负载的突然变化，在线操作能快速转换于正常工作模式和紧急供电模式，反之亦然。正弦输入电流和单位功率因数同样有较低的谐波失真，还有可靠性好、高效率、低电磁干扰、低噪声、低维护费用、较小的体型和重量等优点。在个人电脑、信息技术和网络通信技术的飞速发展下。应急电源在工业市场的份额会越来越大，现代应急电源电源技术正在发展高开关频率、小型化、数字化、智能化和联网。重点体现在智能应急电源系统功能丰富的硬件和软件。 对于一些关键负载，应急电源仅使用电池有时难以提供足够的后备电源，特别是需要相对长时间的持续供给。因此，需要发展其他能源存储技术，如燃料电池去取代普通电池。由于燃料电池提供的电能具有高能量、高效率、无污染的优点，被认为是一种很有前途的技术产品。由于质子交换膜燃料电池（PEMFC）和甲醇燃料电池（DMFC）具有良好的动态特性，普遍被业界看好。 应急电源的混合电源应该确保有足够的燃料和电池容量对外部负载提供电能。当市电中断时，氢被立刻供给燃料电池，然而，面对启动过程中燃料电池或外部负载的突然变化，氢的供给速度有限，燃料电池的反应可能需要几秒钟，以达到所需的输出电压。为了克服这个问题，充电电池或超级电容器快速响应外部的负载，从而防止燃料电池的过度使用。 在这项研究中，混合燃料电池技术发展已经可以应用于应急电源，如图1所示的系统原理图，其中包括一个300W的燃料电池堆、三层铅酸蓄电池、一个单相高频应急电源、智能控制单元和通信单元。组成应急电源的AC/DC整流器、DC/AC 充电器和DC/AC逆变器可以给负载提供线性以及非线性的不间断交流电源。 图1 应急电源的系统原理 燃料电池需要依赖空气和氢气的运行，由于其动态性能缓慢，用小容量电池来提高对应负载变化的响应时间。智能控制器可自动运行，当市电出现故障时，蓄电池将连接DC/DC变换器和DC/AC逆变器，向负载提供不间断的交流电，并启动燃料电池提供能量，直至市电恢复。应急电源的混合动力系统通过RS-232或USB接口，连接适配器和专门设计的软件，可以实现远程控制和电源管理的功能。 二．混合电源的设计 2.1 设计要素 设计应急电源的混合电源，遵循以下几点：（1）采用技术成熟的组件；（2）使用易开发的模块化产品；（3）采用多功能智能化控制和网络通信；（4）采用数字信号处理器（DSP）作为智能控制器；（5）通过双向DC/DC变换器给混合电池充电；（6）收集数据设置燃料电池的参数；（7）选择合适的电池电压、功率、型号，以便节约设计成本。 2.2 燃料电池测试 电池的测试系统由燃料电池堆、空气冷却装置、氢气加湿过滤装置和温度压力检测装置构成。数据采集和控制设备可以根据参数来控制整个系统的运行，如：工作温度、燃料电池的电压、电流等等。 实验采用了一个300W的燃料电池，它可以实现自加湿，60层堆叠，整体大小为10.5cm*7.0cm*22.0cm，使用三个风扇提供冷却作用，该电池堆的最高工作温度为65℃，氢气操作压力为4.55-5.5帕斯卡。 2.3 储能组件 如上所述，能量存储单元如电池或超级电容器，在应急电源系统中是关键的组成部分。市电正常时燃料电池不工作，当电池或超级电容器需要提供额外的能量给负载时，燃料电池启动。在应急电源系统中，使用的电池型号为LC-R127R2CH 12V/7.2Ah/20HR，或者，使用15个串联