一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置及控制方法与流程

本发明涉及燃料电池，具体涉及一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置及控制方法。

背景技术：

1、氢燃料电池主要由双极板、膜电极、集流板组成。其发电原理为控制氢气和氧气发生电化学反应，将反应物的化学能转换成电能，同时产生水和热。由于不断向氢燃料电池提供氢气和空气，从而不断生成电和水。当燃料电池发动机停机关机之后，由于阳极和阴极内每节氢气和空气分布不均匀会，出现燃料电池单片电压不均匀状态，如附图图2所示。某些单片电池电压比较低，某些单片电池电压比较高，长时间高电位容易发生碳载体腐蚀，降低燃料电池性能。特别是启停时，电位将达到1v多，会加速c载体腐蚀。

2、传统的防止高电位是方法是将燃料电池外部串一个电阻，该方式可以降低燃料电池电压，但是燃料电池每节电压电位均不一样，使用一个电阻将造成低电位单片电压更低，高电位单片电压下降不到位。因此现在急需一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置满足燃料电池长寿命的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置及控制方法，旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置，包括电堆模块、开关阵列模块以及电压比较选通模块，电堆模块设有至少2组单片电池，开关阵列模块设有至少2组并联的开关组合，一个开关组合中设有两个并联的开关，其中每一单片电池首尾两端点分别对应连接一组开关组合，电压比较选通模块设有依次串接的分压电阻r1、r2、r3、r4，分压电阻r1通过开关阵列模块连接电堆模块，分压电阻r1、r2、r3分别并接电压比较器a、b、c，电压比较器a、b、c分别连接一个锁存器；

4、电压比较选通模块设有泄放模块，泄放模块设有至少一个泄放电阻r，电压比较器a、b、c将选择导通接入的单片电池电压接入泄放电阻r并进行泄放。

5、在上述技术方案的基础上，泄放模块设有三极管a、b、c，三极管a、b、c的发射极分别连接一个泄放电阻r，三极管a、b、c的集电极分别连接开关阵列模块，其中三极管a、b、c通过泄放电阻r分别对应串接三极管1a、2b、3c，电压比较器a、b、c通过锁存器对应连接三极管a、b、c的基极以及三极管1a、2b、3c的基极，三极管1a、2b、3c发射极接地。

6、在上述技术方案的基础上，三极管a、b、c和三极管1a、2b、3c为npn型晶体三极管。

7、在上述技术方案的基础上，分压电阻r4一端接地，分压电阻r1一端接入基准信号电源。

8、在上述技术方案的基础上，开关阵列模块中开关组合的数量与电堆模块单片电池的数量相对应。

9、在上述技术方案的基础上，开关组合为两个并联的光耦继电器。

10、在上述技术方案的基础上，锁存器为带使能控制的锁存器。

11、在上述技术方案的基础上，泄放电阻r的电阻取值和电阻功率根据电堆模块型号相应设定。

12、在上述技术方案的基础上，分压电阻r1、r2、r3、r4设置三个电压节点0.1v、0.4v、0.8v并设置相应电阻值大小。

13、在上述技术方案的基础上，一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置的控制方法，包括以下步骤：

14、步骤一、将所述开关阵列模块中开关组合进行分别编码，依次标记为（k1，k11），（k2，k22），（k3，k33），…，（kn，knn），[kn+1，k（n+1）（n+1））]，每组两个开关分别对应连接单片电池两端；

15、步骤二、设定开关阵列模块的导通结构，设定接通采集的单片电压信号为vin，

16、当vin＞0.8v时，选择所有泄放电阻r进行泄放，控制电压比较器a、b、c均输出高电平，三极管a、b、c、1a、2b、3c均导通，设定为一级泄放速率，并进行快速消耗；

17、当0.8v＞vin＞0.8v时，选择任意两个泄放电阻r进行泄放，控制电压比较器a输出低电平，电压比较器b输出高电平，电压比较器c输出高电平，三极管a、1a不导通，三极管b、c、2b、3c导通，设定为二级泄放速率，并进行一般速率消耗；

18、当0.4v＞vin＞0.1v时，选择任意一个泄放电阻r进行泄放，控制电压比较器a输出低电平，电压比较器b输出低电平，电压比较器c输出高电平，三极管a、b、1a、2b不导通，三极管c、3c导通，设定为三级消泄放速率，并进行缓慢消耗；

19、当vin＜0.1v时，电压比较器a、b、c均输出低电平，三极管a、b、c、1a、2b、3c均不导通，所有泄放电阻r均不消耗；

20、步骤三、设定开通开关组合导通时间，从k1依次开通到k（n+1）为一个周期，并相应控制泄放操作；

21、步骤四、根据预先设定电压波动值，当快速周期性循环导通泄放后，燃料电池电堆电压呈均匀一致下降，关闭保护装置。

22、与现有技术相比，本发明的优点在于：

23、本发明中的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置与现有技术相比，可以避免氢燃料电池堆处于高电位状态时的腐蚀现象，均衡燃料电池每节单片电压。

24、本发明中的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置的控制方法，将电堆中每一节单片电池按照导通时间进行周期性导通检测、选通泄放，通过快速的周期性的循环导通泄放，保持燃料电池电堆电压呈均匀一致下降，呈现出平稳的变化状态。

技术特征：

1.一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置，其特征在于：包括电堆模块、开关阵列模块以及电压比较选通模块，电堆模块设有至少2组单片电池，开关阵列模块设有至少2组并联的开关组合，一个开关组合中设有两个并联的开关，其中每一单片电池首尾两端点分别对应连接一组开关组合，电压比较选通模块设有依次串接的分压电阻r1、r2、r3、r4，分压电阻r1通过开关阵列模块连接电堆模块，分压电阻r1、r2、r3分别并接电压比较器a、b、c，电压比较器a、b、c分别连接一个锁存器；

2.根据权利要求1所述的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置，其特征在于：所述泄放模块设有三极管a、b、c，三极管a、b、c的发射极分别连接一个泄放电阻r，三极管a、b、c的集电极分别连接开关阵列模块，其中三极管a、b、c通过泄放电阻r分别对应串接三极管1a、2b、3c，电压比较器a、b、c通过锁存器对应连接三极管a、b、c的基极以及三极管1a、2b、3c的基极，三极管1a、2b、3c发射极接地。

3.根据权利要求1所述的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置，其特征在于：所述三极管a、b、c和三极管1a、2b、3c为npn型晶体三极管。

4.根据权利要求1所述的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置，其特征在于：所述分压电阻r4一端接地，分压电阻r1一端接入基准信号电源。

5.根据权利要求1所述的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置，其特征在于：所述开关阵列模块中开关组合的数量与电堆模块单片电池的数量相对应。

6.根据权利要求1所述的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置，其特征在于：所述开关组合为两个并联的光耦继电器。

7.根据权利要求1所述的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置，其特征在于：所述锁存器为带使能控制的锁存器。

8.根据权利要求1所述的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置，其特征在于：所述泄放电阻r的电阻取值和电阻功率根据电堆模块型号相应设定。

9.根据权利要求1所述的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置，其特征在于：所述分压电阻r1、r2、r3、r4设置三个电压节点0.1v、0.4v、0.8v并设置相应电阻值大小。

10.基于权利要求1-9任意一项的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置及控制方法，涉及燃料电池技术领域，包括电堆模块、开关阵列模块以及电压比较选通模块，电堆模块设有至少2组单片电池，开关阵列模块设有至少2组并联的开关组合，其中每一单片电池首尾两端点分别对应连接一组开关组合，电压比较选通模块设有依次串接的分压电阻；电压比较选通模块设有泄放模块，泄放模块设有至少一个泄放电阻R，电压比较器A、B、C将选择导通接入的单片电池电压接入泄放电阻R并进行泄放，本发明中的一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置，将电堆中每一节单片电池按照导通时间进行周期性导通检测、选通泄放，保持燃料电池电堆电压呈均匀一致下降，呈现出平稳的变化状态。

技术研发人员：全欢,全琎,全书海
受保护的技术使用者：武汉海亿新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15