电堆结构总成及电堆结构总成的降压方法与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种电堆结构总成及电堆结构总成的降压方法。


背景技术：

2.燃料电池在启动过程中，为了防止开路电压对电堆的损害，需要进行降低电堆电压的处理；类似地，在停机过程中，为了防止开路电压对电堆的损害及快速降电压，也需要进行降低电堆电压的处理。现有技术中降压方法采用的是接入电阻组件，但这样会存在零部件布局复杂且占用较多空间的问题。因此，上述技术存在改进空间。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明旨在提出一种电堆结构总成，空间占用率低，通过dc-dc控制模块即可实现降压的目的。
4.本发明的第二方面提出了一种电堆结构总成的降压方法。
5.本发明的第三方面提出了一种车辆用的燃料电池。
6.本发明的第四方面提出了一种非临时性可读存储介质。
7.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
8.根据本发明第一方面所述的电堆结构总成，包括：电堆模块和dc-dc控制模块，所述电堆模块和所述dc-dc控制模块相连，所述电堆模块为所述dc-dc控制模块提供电压，所述dc-dc控制模块的工作模式包括第一工作模式和第二工作模式，在所述第一工作模式时，所述dc-dc控制模块可控制所述电堆模块进行升压，在所述第二工作模式时，所述dc-dc控制模块可控制所述电堆模块进行降压，所述第一工作模式和所述第二工作模式可切换。
9.根据本发明实施例的电堆结构总成，所述dc-dc控制模块包括：
10.输入端，所述电堆模块的电压通过所述输入端接入所述dc-dc控制模块，所述输入端包括输入电容，所述输入电容可消除输入纹波电压；
11.多个电压处理单元，每个所述电压处理单元均包括控制开关，在所述第二工作模式时，通过电流闭环控制所述控制开关上通入电流，用以消耗能量并降低所述电堆模块的电压；
12.输出端，所述输出端接入电池模块，在所述第二工作模式时，所述输出端的电压不大于所述电池模块的电压。
13.根据本发明实施例的电堆结构总成，所述电压处理单元还包括：电感、二极管、igbt和输出电容，所述电感可存储能量，所述二极管可保证电流的单向流动，所述igbt可调节输出电压，所述输出电容可消除输出波纹电压。
14.根据本发明实施例的电堆结构总成，还包括：冷却装置，所述冷却装置和所述dc-dc控制模块连接以对所述dc-dc控制模块进行冷却降温，所述冷却装置上设置有温度传感器，所述温度传感器可监测所述dc-dc控制模块的冷却水温度。
15.根据本发明实施例的电堆结构总成，在所述第二工作模式时，所述dc-dc控制模块的工作功率不大于额定功率的百分之一；通过电流闭环控制所述dc-dc控制模块的工作电流不大于额定电流的十分之一。
16.根据本发明实施例的电堆结构总成，所述第一工作模式为正常工作模式，所述第二工作模式为消耗功率模式。
17.相对于现有技术，本发明第一方面所述的电堆结构总成，空间占用率低，通过dc-dc控制模块即可实现降压的目的。
18.根据本发明第二方面的电堆结构总成的降压方法，所述降压方法可应用在本发明第一方面所述的电堆结构总成上，在所述电堆结构总成启动时，所述降压方法包括以下步骤：
19.s101，在所述电堆结构总成启动时，所述dc-dc控制模块实时监测所述电堆结构总成的电压；
20.s102，当所述电堆结构总成的电压达到指定电压时，所述dc-dc控制模块工作处于所述第二工作模式；
21.s103，所述dc-dc控制模块实时监测所述控制开关的电流，并对所述控制开关进行电流闭环控制，以限定所述控制开关的电流不超过指定电流；
22.s104，所述dc-dc控制模块实时监测所述输出端的电压，以限定所述输出端的电压不大于所述电池模块的电压；
23.s105，所述冷却装置实时监测所述dc-dc控制模块的冷却水温度，以限定所述dc-dc控制模块的冷却水温度不大于安全温度；
24.s106，当所述电堆模块的电压稳定，即所述输入端的电压达到稳定时，所述dc-dc控制模块的工作模式由所述第二工作模式切换到所述第一工作模式。
25.根据本发明第二方面的电堆结构总成的降压方法，所述降压方法可应用在本发明第一方面所述的电堆结构总成上，在所述电堆结构总成停机时，所述降压方法包括以下步骤：
26.s201，在所述电堆结构总成停机时，所述dc-dc控制模块处于所述第一工作模式；
27.s202，当需要降低所述电堆模块的电压时，所述dc-dc控制模块的工作模式由所述第一工作模式切换到所述第二工作模式；
28.s203，所述dc-dc控制模块实时监测所述控制开关的电流，并对所述控制开关进行电流闭环控制，以限定所述控制开关的电流不超过指定电流；
29.s204，所述dc-dc控制模块实时监测所述输出端的电压，以限定所述输出端的电压不大于所述电池模块的电压；
30.s205，所述冷却装置实时监测所述dc-dc控制模块的冷却水温度，以限定所述dc-dc控制模块的冷却水温度不大于安全温度；
31.s206，当所述电堆模块的电压达到指定电压时，关闭所述dc-dc控制模块，完成所述电堆结构总成的停机。
32.根据本发明第二方面所述的电堆结构总成的降压方法，电堆结构总成的降压效果更好，客户满意度更高。
33.根据本发明第三方面的车辆用的燃料电池，包括：
34.本发明第一方面所述的电堆结构总成；
35.电池箱体，所述电堆结构总成封装在所述电池箱体内。
36.根据本发明第三方面所述的车辆用的燃料电池，电堆结构总成的降压效果更好，客户满意度更高。
37.根据本发明第四方面的非临时性可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第二方面所述的电堆结构总成降压的方法。
38.根据本发明第四方面的非临时性可读存储介质，控制电堆结构总成的降压效果更好，客户满意度更高。
39.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
40.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
41.图1为本发明实施例所述的电堆结构总成的结构示意图；
42.图2为本发明实施例所述的dc-dc控制模块的结构示意图；
43.图3为本发明实施例所述的电堆结构总成启动时的降压方法流程图；
44.图4为本发明实施例所述的电堆结构总成停机时的降压方法流程图。
45.附图标记：
46.100-电堆结构总成，1-电堆模块，2-dc-dc控制模块，21-输入端，22-输出端，23-电压处理单元，3-控制开关，4-电池模块，5-输入电容，6-电感，7-二极管，8-输出电容。
具体实施方式
47.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
48.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
50.下面将参考附图1-图4并结合实施例来详细说明本发明实施例的电堆结构总成100。如图1所示，根据本发明实施例的电堆结构总成100，包括：电堆模块1和dc-dc控制模块2，进一步地，电堆模块1和dc-dc控制模块2相连，电堆模块1为dc-dc控制模块2提供电压，进一步地，dc-dc控制模块2的工作模式包括第一工作模式和第二工作模式，在第一工作模式时，dc-dc控制模块2可控制电堆模块1进行升压，在第二工作模式时，dc-dc控制模块2可控制电堆模块1进行降压，从而实现降低电堆模块1的工作电压满足工况需求的目的。进一步
地，第一工作模式和第二工作模式可切换，从而实现了dc-dc控制模块2功能的多样化。
51.在现有技术中，对电堆模块降压方法采用的是接入电阻组件，但这样会存在零部件布局复杂且占用较多空间的问题。而本发明实施例的电堆结构总成100，空间占用率低，通过dc-dc控制模块即可实现降压的目的。
52.根据本发明实施例的电堆结构总成100，空间占用率低，通过dc-dc控制模块即可实现降压的目的，有利于提升客户的满意度。
53.根据本发明实施例的电堆结构总成100，如图2所示，dc-dc控制模块2包括：输入端21、多个电压处理单元23和输出端22，进一步地，电堆模块1通过化学反应在正负极上产生电压，电堆模块1的电压通过输入端21接入dc-dc控制模块2，即为dc-dc控制模块2的输入电压。进一步地，输入端21包括输入电容5，输入电容5可以消除输入波纹电压，从而防止输入波纹电压对dc-dc控制模块2造成的损坏。进一步地，每个电压处理单元23均包括控制开关3，在第二工作模式时，通过电流闭环控制控制开关3上通入电流，用以消耗能量并降低电堆模块1的电压，具体地，通过电流闭环控制可以产生小pwm(pulse width modulation脉冲宽度调制)占空比，使得小电流通过控制开关3，进而实现对控制开关3的控制，进一步地，控制开关3通过发热的形式可以消耗电堆模块1产生的功率，从而实现降低电堆模块1电压的目的。进一步地，输出端22接入电池模块4，在第二工作模式时，输出端22的电压不大于电池模块4的电压，这样可以使得dc-dc控制模块2的电流不会流向其他负载设备，进而使电堆模块1产生的功率只消耗在dc-dc控制模块2。进一步地，每个电压处理单元23还包括：电感6、二极管7、输出电容8和igbt((insulated gate bipolar transistor绝缘栅双极型晶体管)，进一步地，电感6可以用来存储能量；进一步地，二极管7可以实现电流的单向流动；进一步地，输出电容8可以消除输出波纹电压；进一步地，igbt可以用来调节输出电压。
54.根据本发明实施例的电堆结构总成100，dc-dc控制模块2还包括：电压检测模块，进一步地，电压检测模块可对输入端21、电压处理单元23和输出端22的电压进行监测，从而有利于实现dc-dc控制模块2中电压的闭环检测，使得dc-dc控制模块2对电堆模块1的降压效果更好、更精确。
55.根据本发明实施例的电堆结构总成100，还包括：冷却装置(图中未示出)，进一步地，冷却装置和dc-dc控制模块2连接以对dc-dc控制模块2进行冷却降温，进一步地，冷却装置上设置有温度传感器(图中未示出)，温度传感器可监测dc-dc控制模块2的冷却水温度。
56.根据本发明实施例的电堆结构总成100，在第二工作模式时，dc-dc控制模块2的工作功率不大于额定功率的百分之一；进一步地，通过电流闭环控制dc-dc控制模块2的工作电流不大于额定电流的十分之一。
57.根据本发明实施例的电堆结构总成100，第一工作模式为正常工作模式，第二工作模式为消耗功率模式，从而实现了dc-dc控制模块2功能的多样化。
58.综上，根据本发明实施例的电堆结构总成100，空间占用率低，通过dc-dc控制模块即可实现降压的目的，有利于提升客户的满意度。
59.根据本发明第二方面的电堆结构总成100的降压方法，如图3所示，降压方法可应用在本发明第一方面的电堆结构总成100上，进一步地，在电堆结构总成100启动时，降压方法包括以下步骤：
60.s101，在电堆结构总成100启动时，dc-dc控制模块2实时监测电堆结构总成100的
电压；
61.s102，当电堆结构总成100的电压达到指定电压时，dc-dc控制模块2工作处于第二工作模式；
62.s103，dc-dc控制模块2实时监测控制开关3的电流，并对控制开关3进行电流闭环控制，以限定控制开关3的电流不超过指定电流；这样可以防止控制开关3被烧坏，提升控制开关3的使用寿命。
63.s104，dc-dc控制模块2实时监测输出端22的电压，以限定输出端22的电压不大于电池模块4的电压；这样可以使电堆模块1产生的功率只消耗在dc-dc控制模块2。
64.s105，冷却装置实时监测dc-dc控制模块2的冷却水温度，以限定dc-dc控制模块2的冷却水温度不大于安全温度；从而有利于延长dc-dc控制模块2的使用寿命。
65.s106，当电堆模块1的电压稳定，即输入端21的电压达到稳定时，dc-dc控制模块2的工作模式由第二工作模式切换到第一工作模式。
66.根据本发明第二方面的电堆结构总成100的降压方法，如图4所示，降压方法可应用在本发明第一方面的电堆结构总成100上，进一步地，在电堆结构总成100停机时，降压方法包括以下步骤：
67.s201，在电堆结构总成100停机时，dc-dc控制模块2处于第一工作模式；
68.s202，当需要降低电堆模块1的电压时，dc-dc控制模块2的工作模式由第一工作模式切换到第二工作模式；
69.s203，dc-dc控制模块2实时监测控制开关3的电流，并对控制开关3进行电流闭环控制，以限定控制开关3的电流不超过指定电流；这样可以防止控制开关3被烧坏，提升控制开关3的使用寿命。
70.s204，dc-dc控制模块2实时监测输出端22的电压，以限定输出端22的电压不大于电池模块4的电压；这样可以使电堆模块1产生的功率只消耗在dc-dc控制模块2。
71.s205，冷却装置实时监测dc-dc控制模块2的冷却水温度，以限定dc-dc控制模块2的冷却水温度不大于安全温度；从而有利于延长dc-dc控制模块2的使用寿命。
72.s206，当电堆模块1的电压达到指定电压时，关闭dc-dc控制模块2，完成电堆结构总成100的停机。
73.综上，根据本发明第二方面所述的电堆结构总成100的降压方法，电堆结构总成的降压效果更好，客户满意度更高。
74.根据本发明第三方面的车辆用的燃料电池，包括：本发明第一方面的电堆结构总成100和电池箱体(图中未示出)，进一步地，电堆结构总成100封装在电池箱体内，从而有利于提升电堆结构总成100的密封性。
75.综上，根据本发明第三方面所述的车辆用的燃料电池，电堆结构总成100的降压效果更好，客户满意度更高。
76.根据本发明第四方面的非临时性可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本发明第二方面的电堆结构总成100降压的方法。
77.综上所述，根据本发明第四方面的非临时性可读存储介质，控制电堆结构总成100的降压效果更好，客户满意度更高。
78.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
79.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
80.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。