将燃料电池与蓄电池、超级电容或其他电能储存装置集成在一起构成混合电源,能够解决很多动态供电与发热的问题。但是,这种方案本身也具有电源管理方面的问题。
混合电源
在本文所讨论的电源架构中,我们称燃料电池与蓄电池的组合结构为混合(电源)系统。这种架构广泛应用于多种燃料电池和蓄电池,并取代了诸如超电容或超级电容之类的储电装置。但是,每种混合电源实现方案都是经过专门设计的,以满足所选择的燃料电池和蓄电池的独特需求。
混合电源系统主要的组件包括燃料电池、燃料盒、蓄电池、系统负荷、直流输入电源和电源控制器(见图1)。燃料电池与蓄电池的结合称为混合电源(HPS)。
上述系统在使用的不同阶段,能够用做三种能源和两种负载。当该系统没有插接直流电源时,燃料电池和/或蓄电池的组合结构能够为系统负载供电。另外,当直流电源不存在时,燃料电池还能够对蓄电池进行充电,以尽可能地增强电源断电末期(end-of-power-shutdown)的性能,或者实现更好的系统动态电源响应特性。当直流电源可用时,它既对蓄电池进行充电也对系统负载进行供电。
对于这种复杂的结构,我们必须对系统的电源通路管理进行精确控制,以确保系统负载的运行总是能够满足终端用户的使用要求。关键的控制时机是当可用的电量降低到一定的水平时,这时电源无法再为系统负载供电,导致了受限的使用配置,甚至执行了受控的关机操作。
为了实现这种精确的控制,电源控制器必须能够检测多种因素以产生有效电量和总有效电量峰值等关键数据。这些关键数据的定义如下:有效电量峰值定义为混合电源在一定的短期时间内能够提供的电量,例如DVD机启动或关机时光盘操作所需的电量。峰值周期取决于终端设备的负载分布特征。总有效电量定义为混合电源能够提供的总电量,它与放电比率无关。