專利名稱：一種模擬燃料電池外特性的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電源，尤其涉及一種模擬燃料電池外特性的電源。
背景技術(shù)：
近年來，隨著新能源的興起，燃料電池作為一種極具廣闊前景的新能源倍受關(guān)注，相關(guān)的技術(shù)研發(fā)也在積極進(jìn)行。燃料電池的研發(fā)主要有兩方面，一是研究燃料電池本身， 以獲得更好的特性，這主要涉及化學(xué)、機(jī)械等內(nèi)容。二是燃料電池的應(yīng)用，即根據(jù)燃料電池 的外特性，按照具體的應(yīng)用環(huán)境，開發(fā)相應(yīng)的燃料電池應(yīng)用技術(shù)方案。目前，燃料電池的應(yīng) 用開發(fā)(如燃料電池電動車)非常活躍。但是，直接利用燃料電池來進(jìn)行應(yīng)用方案的研究 與設(shè)計，還存在許多問題首先，燃料電池的制造工藝要求較高，成熟產(chǎn)品較少，價格高；其 次，燃料電池所需的燃料——高純度氫氣的制取、儲存與運(yùn)輸困難；并且，不同種類的燃料 電池具有不同的外特性，甚至，同一種類不同時期的燃料電池也有不同的外特性，因而要進(jìn) 行燃料電池的應(yīng)用研發(fā)，需要購置多種不同的電池。以上這些因素導(dǎo)致在燃料電池應(yīng)用的 研發(fā)過程中，用實(shí)際的燃料電池來進(jìn)行應(yīng)用方案中的試驗與分析，其成本過于高昂，且操作 復(fù)雜，極大地限制了燃料電池的應(yīng)用開發(fā)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是提供一種模擬燃料電池外特性的電源，該電源在燃料電池 的開發(fā)設(shè)計中能代替實(shí)際的燃料電池，給出符合燃料電池外特性的輸出電壓、電流，可以模 擬各種不同類型的燃料電池，降低燃料電池的應(yīng)用開發(fā)成本，大大縮短其研發(fā)周期。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是一種模擬燃料電池外特性的 電源，其組成為變壓器、繼電器、整流器、調(diào)整管和負(fù)載依次相連；控制器的RS232端口與計算機(jī)相連、控制信號輸出端與繼電器的控制端相連；控制器的模擬信號輸入端一、二分別與電壓檢測電路、電流檢測電路的輸出端相 連，電壓檢測電路與負(fù)載相連，電流檢測電路串接在調(diào)整管與整流器之間；控制器的模擬信號輸出端一、二分別與放大器一、二的同相輸入端相連，放大器 一、二的反相輸入端分別與電壓檢測電路和電流檢測電路的輸出端相連；放大器一、二的輸 出端分別通過反比例放大電路一、二與調(diào)整管的控制端相連。本實(shí)用新型的工作原理是將開發(fā)應(yīng)用中需要研究的燃料電池的外特性參數(shù)及最大電壓、最大電流值，通過 計算機(jī)預(yù)置存入控制器中。工作時，220V的市電經(jīng)變壓器、繼電器、整流器、調(diào)整管輸出功 率給負(fù)載；電壓檢測電路和電流檢測電路，則對負(fù)載進(jìn)行電壓、電流進(jìn)行檢測，檢測出的電 壓、電流信號分別輸入控制器和放大器一、二的反相輸入端；控制器計算得到當(dāng)前的負(fù)載阻 抗值，并根據(jù)預(yù)存的電池的外特性參數(shù)得到被模擬電池輸出電壓對應(yīng)的信號，并進(jìn)而將該 信號通過放大器一與檢測電壓信號進(jìn)行比較；再通過反比例放大電路一以進(jìn)行放大，得到閉環(huán)電壓控制信號，以控制調(diào)整管使其向負(fù)載輸出被模擬電池的輸出電壓值。同時，控制器 根據(jù)預(yù)存的最大電流值，輸出與最大電流值對應(yīng)的信號給放大器二，與檢測電流信號進(jìn)行 比較；再通過反比例放大電路二以進(jìn)行放大，得到閉環(huán)電流控制信號，以控制調(diào)整管使其向 負(fù)載輸出不超過被模擬電池最大電流值的輸出電流。由于閉環(huán)電流控制信號與閉環(huán)電壓控 制信號是并聯(lián)在調(diào)整管的控制端，因此兩個控制信號中，由幅值更大的控制信號對調(diào)整管 起控制作用；在電流沒有達(dá)到設(shè)定的最大值之前，閉環(huán)電流控制信號小于閉環(huán)電壓控制信 號，由閉環(huán)電壓控制信號控制調(diào)整管；當(dāng)檢測電流大于預(yù)設(shè)的最大電流值時，反比例放大電 路二輸出的閉環(huán)電流控制信號大于閉環(huán)電壓控制信號，此時由閉環(huán)電流控制信號控制調(diào)整管，對負(fù)載及電池實(shí)施過流保護(hù)控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是一、在沒有燃料電池的情況下，根據(jù)已知的燃料電池外特性參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)與燃 料電池外特性一致的電源輸出，大大方便了燃料電池應(yīng)用方案的試驗與測試，顯著降低了 燃料電池的應(yīng)用開發(fā)成本，大大縮短其研發(fā)周期。二、本實(shí)用新型的模擬電源，通過與控制器相連的計算機(jī)，靈活地進(jìn)行參數(shù)的修改 與設(shè)置，其操作方便，并可以模擬各種不同類型的燃料電池，應(yīng)用范圍廣。且其測試結(jié)果可 以很方便地通過計算機(jī)進(jìn)行顯示與保存、分析，更有利于燃料電池的應(yīng)用研發(fā)。上述的電壓檢測電路的具體構(gòu)成為串聯(lián)的兩電阻并聯(lián)在負(fù)載上，兩電阻的連接 點(diǎn)為電壓檢測電路的輸出端。上述的電流檢測電路的具體構(gòu)成為整流器與調(diào)整管間串接分流器，分流器上并 聯(lián)電流放大器，電流放大器的輸出端即為電流檢測電路的輸出端。上述的變壓器為三抽頭隔離變壓器，其輸入端經(jīng)熔斷器接到交流220V網(wǎng)電，變壓 器三個抽頭分別與繼電器的三個輸入端相連。由于燃料電池輸出電壓范圍較廣，而調(diào)整管工作在放大區(qū)，調(diào)整管輸入電壓高于 輸出電壓過多時，調(diào)整管發(fā)熱嚴(yán)重，損耗增加。因此，變壓器設(shè)置三個輸出抽頭，可向調(diào)整管 輸出高低不同的三種電壓(如20V，40V，60V)；控制器根據(jù)要輸出電壓值的范圍，通過繼電 器選擇合適的變壓器輸出電壓，從而減小調(diào)整管的輸入電壓與輸出電壓的壓差，降低調(diào)整 管的損耗與發(fā)熱。上述的調(diào)整管為功率場效應(yīng)管，功率場效應(yīng)管的源極與負(fù)載相接。調(diào)整管采用電壓型驅(qū)動的功率場效應(yīng)管，這樣輸出電流采用了分流器高端檢測方 式。既能快速響應(yīng)，又避免了低端檢流時因采樣電阻引起的電壓誤差。
以下結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例圖1示出，本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
為一種模擬燃料電池外特性的電源， 其組成為[0024]變壓器Τ、繼電器R、整流器D、調(diào)整管Q和負(fù)載L依次相連。控制器⑶的RS232端口與計算機(jī)PC相連、控制信號輸出端與繼電器R的控制端 相連?？刂破鳍堑哪M信號輸入端一、二 AD1、AD2分別與電壓檢測電路DV、電流檢測電路DI的輸出端相連，電壓檢測電路DV與負(fù)載L相連，電流檢測電路DI串接在整流器D與 調(diào)整管Q之間?？刂破鳍堑哪M信號輸出端一、二 DA1、DA2分別與放大器一、二 A1、A2的同相輸 入端相連，放大器一、二 A1、A2的反相輸入端分別與電壓檢測電路DV和電流檢測電路DI的 輸出端相連；放大器一、二 A1、A2的輸出端分別通過反比例放大電路一、二 VT1、VT2與調(diào)整 管Q的控制端相連。本例的變壓器T為三抽頭隔離變壓器，其輸入端經(jīng)熔斷器F接到交流220V網(wǎng)電， 變壓器T三個抽頭分別與繼電器R的三個輸入端相連。本例的調(diào)整管Q為功率場效應(yīng)管，功率場效應(yīng)管的源極與負(fù)載L相接。圖1還示出，本例的電壓檢測電路DV的具體構(gòu)成為串聯(lián)的兩電阻R1、R2并聯(lián)在 負(fù)載L上，兩電阻Rl、R2的連接點(diǎn)為電壓檢測電路DV的輸出端。本例的電流檢測電路DI的具體構(gòu)成為整流器D與調(diào)整管Q間串接分流器FL，分 流器FL上并聯(lián)電流放大器IC，電流放大器I C的輸出端即為電流檢測電路DI的輸出端。本實(shí)用新型的反比例放大電路一、二 VT1、VT2為由三極管構(gòu)成的現(xiàn)有電壓放大 器。通過反比例放大電路VT1、VT2把放大器A1、A2的輸出進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)寬電壓輸出，滿足 模擬燃料電池的寬電壓外特性的要求。本實(shí)用新型的控制器CD可采用以單片機(jī)為核心的各種現(xiàn)有微型控制器。
權(quán)利要求一種模擬燃料電池外特性的電源，其特征是變壓器(T)、繼電器(R)、整流器(D)、調(diào)整管(Q)和負(fù)載(L)依次相連；控制器(CD)的RS232端口與計算機(jī)(PC)相連、控制信號輸出端與繼電器(R)的控制端相連；控制器(CD)的模擬信號輸入端一、二(AD1、AD2)分別與電壓檢測電路(DV)、電流檢測電路(DI)的輸出端相連，電壓檢測電路(DV)與負(fù)載(L)相連，電流檢測電路(DI)串接在整流器(D)與調(diào)整管(Q)之間；控制器(CD)的模擬信號輸出端一、二(DA1、DA2)分別與放大器一、二(A1、A2)的同相輸入端相連，放大器一、二(A1、A2)的反相輸入端分別與電壓檢測電路(DV)和電流檢測電路(DI)的輸出端相連；放大器一、二(A1、A2)的輸出端分別通過反比例放大電路一、二(VT1、VT2)與調(diào)整管(Q)的控制端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬燃料電池外特性的電源，其特征在于，所述的電壓 檢測電路(DV)的具體構(gòu)成為串聯(lián)的兩電阻(R1、R2)并聯(lián)在負(fù)載(L)上，兩電阻(R1、R2) 的連接點(diǎn)為電壓檢測電路(DV)的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬燃料電池外特性的電源，其特征在于，所述的電流 檢測電路(DI)的具體構(gòu)成為整流器(D)與調(diào)整管(Q)間串接分流器(FL)，分流器(FL)上 并聯(lián)電流放大器(IC)，電流放大器(IC)的輸出端即為電流檢測電路(DI)的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬燃料電池外特性的電源，其特征在于，所述的變壓 器(T)為三抽頭隔離變壓器，其輸入端經(jīng)熔斷器(F)接到交流220V網(wǎng)電，變壓器(T)三個 抽頭分別與繼電器(R)的三個輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬燃料電池外特性的電源，其特征在于，所述的調(diào)整 管(Q)為功率場效應(yīng)管，功率場效應(yīng)管的源極與負(fù)載(L)相接。
專利摘要一種模擬燃料電池外特性的電源，其組成為變壓器、繼電器、整流器、調(diào)整管和負(fù)載依次相連；控制器的RS232端口與計算機(jī)相連、控制信號輸出端與繼電器的控制端相連；控制器的模擬信號輸入端一、二分別與電壓檢測電路、電流檢測電路的輸出端相連，電壓檢測電路和電流檢測電路均與負(fù)載相連；控制器的模擬信號輸出端一、二分別與放大器一、二的同相輸入端相連，放大器一、二的反相輸入端分別與電壓檢測電路和電流檢測電路的輸出端相連；放大器一、二的輸出端分別經(jīng)反比例放大電路一、二與調(diào)整管的控制端相連。該電源能輸出符合燃料電池外特性的電壓、電流，可模擬各種不同類型的燃料電池，代替實(shí)際的燃料電池，以降低燃料電池的應(yīng)用開發(fā)成本，縮短其研發(fā)周期。
文檔編號H02M7/217GK201557054SQ20092024249
公開日2010年8月18日 申請日期2009年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月12日
發(fā)明者馮曉云, 李水昌, 熊成林, 葛興來 申請人:西南交通大學(xué)