專利名稱：一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)，特別涉及燃料電池堆單池工作電壓技術(shù)。
背景技術(shù)：
燃料電池堆在開(kāi)路狀態(tài)或低電密狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，高電位腐蝕通常會(huì)加速燃料電 池的衰減。傳統(tǒng)的解決辦法是控制負(fù)載功率，使燃料電池堆避開(kāi)此工作區(qū)。其不足是 對(duì)于負(fù)載不斷變化的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，將大大影響燃料電池堆的使用壽命。比如用作汽車 動(dòng)力時(shí)，由于汽車負(fù)載不斷變化，燃料電池可能必需較長(zhǎng)時(shí)間工作在低電密區(qū)，這將大 大影響燃料電池堆的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊和使用方法，使燃料 電池堆無(wú)論在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下還是在停機(jī)狀態(tài)下，都能實(shí)時(shí)控制燃料電池堆單池電壓工作在 穩(wěn)定電壓以下。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，包括燃料電池堆、 負(fù)載繼電器、負(fù)載、燃料電池堆冷卻系統(tǒng)和低壓電源，其特征在于所述提高燃料電池運(yùn) 行壽命的模塊還包括燃料電池堆電壓調(diào)整單元，所述燃料電池堆電壓調(diào)整單元包括電壓 調(diào)整控制器、控制開(kāi)關(guān)、電阻和水箱，所述電壓調(diào)整控制器與燃料電池堆電輸出線路電 連接，與控制開(kāi)關(guān)電連接，與負(fù)載繼電器電連接，所述水箱用管路與燃料電池堆冷卻系 統(tǒng)的冷卻水箱連通，所述電阻設(shè)置在水箱內(nèi)，電阻通過(guò)控制開(kāi)關(guān)并聯(lián)在燃料電池堆電輸 出線路上。所述電阻為高溫電阻絲，外部用耐高溫?zé)o縫不銹鋼管封裝。本發(fā)明所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述電壓調(diào)整控制 器由信號(hào)采集電路、滯回比較電路、光耦電路和控制開(kāi)關(guān)電路組成，所述信號(hào)采集電路 由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl和差動(dòng)放大器Ul組成，電阻Rl的一端Vs+與 燃料電池堆的正極相連，電阻R2的另一端Vs-與燃料電池堆的負(fù)極相連，差動(dòng)放大器 Ul的輸入端兩腳與燃料電池堆電輸出端連接，電阻Rl和電阻R3串聯(lián)在差動(dòng)放大器Ul 與燃料電池堆電輸出的正極連接的線路上，電阻R2并聯(lián)在電阻R2連接點(diǎn)和差動(dòng)放大器 Ul與燃料電池堆電輸出的負(fù)極極連接的線路之間；所述滯回比較電路由比較器U2和電 阻R4、電阻R5和電阻R6組成，比較器U2的輸入端的一腳與差動(dòng)放大器Ul的輸出端 連接，電阻R4、電阻R5和電阻R6串聯(lián)連接，比較器U2的輸入端的另一腳與電阻R4連 接，比較器U2的輸出端與電阻R6連接，電阻R4和電阻R6為可調(diào)電阻；所述光耦電路 由比較器U3、電阻R7、電阻R8、電阻R9和光耦U4組成，電阻R7和電阻R8串聯(lián)，電 阻R9并聯(lián)在電阻R7和光耦U4的二極管的正極之間，比較器U3的輸入端的一腳與比較 器U2的輸出端連接，比較器U3的輸入端的另一腳與電阻R7和電阻R8連接點(diǎn)連接；所 述控制開(kāi)關(guān)電路由三極管Q1、三極管Q2、電阻RlO和控制開(kāi)關(guān)組成，三極管Ql的基極 與光耦U4的發(fā)射極連接，三極管Ql的發(fā)射極與三極管Q2的基極連接，三極管Ql的集電極Vo與控制開(kāi)關(guān)繼電器的一端連接，三極管Q2的發(fā)射極與直流電源的負(fù)極連接，三 極管Q2的集電極與三極管Ql的集電極連接，在三極管Ql的集電極和直流電源正極之間 接有二極管D1，二極管Dl反向連接，電阻RlO的一端Vp+與控制開(kāi)關(guān)繼電器的另一端 連接。本發(fā)明所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述直流電源為 24V直流電源。本發(fā)明所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述的差動(dòng)放大器 Ul 是 AD620。本發(fā)明所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述比較器U2是 LM393。本發(fā)明所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述光耦U4是 TLP521。本發(fā)明所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述三極管Ql和三 極管Q2是8050。本發(fā)明所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述控制開(kāi)關(guān)是 EV200開(kāi)關(guān)。本發(fā)明所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊的使用方法，其特征在于所述使 用方法包括以下步驟a、將系統(tǒng)電連接部分和水連接部分連接好，接通直流電源，燃料電池堆處于發(fā) 電狀態(tài)；b、調(diào)節(jié)電壓調(diào)整控制器滯回比較電路的電阻R4和電阻R6的阻值，使滯回比較 器達(dá)到需要閥值，實(shí)現(xiàn)光耦U4的快速導(dǎo)通和截止；c、調(diào)節(jié)電壓調(diào)整控制器滯回比較電路的電阻R4和電阻R5的阻值，使燃料電池 堆輸出電壓為設(shè)定高限值時(shí)，控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)燃料電池堆輸出電壓為低限值時(shí)控制開(kāi) 關(guān)截止；d、以上述調(diào)節(jié)好的狀態(tài)參與燃料電池堆運(yùn)行。本發(fā)明的基本原理是系統(tǒng)燃料電池堆電壓調(diào)整單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃料電池堆的輸 出電壓，當(dāng)燃料電池堆輸出電壓平均值超過(guò)設(shè)定值VI，則控制吸合控制開(kāi)關(guān)，接通電 阻，當(dāng)燃料電池堆輸出電壓平均值低壓設(shè)定值V2，則控制斷開(kāi)控制開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)電阻，使 燃料電池堆單池電壓工作在穩(wěn)定電壓(0.85V)以下，從而提高燃料電池運(yùn)行壽命。本發(fā)明的有益效果是可以使燃料電池堆無(wú)論在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下還是在停機(jī)狀態(tài) 下，都能實(shí)時(shí)控制燃料電池堆單池電壓工作在穩(wěn)定電壓(0.85V)以下，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成 本低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和可提高燃料電池運(yùn)行壽命等優(yōu)點(diǎn)。


本發(fā)明共有附圖二幅，其中圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖，圖2是電壓調(diào)整控制器電路圖。圖中，100、燃料電池堆，200、負(fù)載繼電器，300、燃料電池堆電壓調(diào)整單元，301、電壓調(diào)整控制器，302、控制開(kāi)關(guān)，303、電阻，304、水箱，400、負(fù)載，500、燃 料電池堆冷卻系統(tǒng)，600、低壓電源。
具體實(shí)施例方式以30kw燃料電池發(fā)電系統(tǒng)為例對(duì)本發(fā)明的作進(jìn)一步描述。燃料電池堆100包 括300節(jié)單電池，負(fù)載繼電器200是EV200型繼電器，燃料電池堆電壓調(diào)整單元300由 電壓調(diào)整控制器301、控制開(kāi)關(guān)302、電阻303和水箱組成304，控制開(kāi)關(guān)302是EV200 型開(kāi)關(guān)，電阻303的阻值為18歐姆，電壓調(diào)整控制器301由信號(hào)采集電路、滯回比較電 路、光耦電路和控制開(kāi)關(guān)電路組成，負(fù)載400是30kw電子負(fù)載，低壓電源600是24V電 瓶。電壓調(diào)整控制器與燃料電池堆電輸出線路并聯(lián)連接，與控制開(kāi)關(guān)電連接，與負(fù)載繼 電器電連接，水箱用管路與燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的冷卻水箱連通，電阻設(shè)置在水箱內(nèi)， 電阻通過(guò)控制開(kāi)關(guān)并聯(lián)在燃料電池堆電輸出線路上。電阻Rl、R2、R3以及電容Cl和 差動(dòng)放大器Ul組成信號(hào)采集電路，將信號(hào)衰減到0 10V，比較器U2和R4、R5、R6 組成滯回比較器，通過(guò)調(diào)節(jié)R4和R6的阻值實(shí)現(xiàn)滯回比較器閥值的大小，U3和R7、R8 實(shí)現(xiàn)光耦U4的快速導(dǎo)通和截止；Ql、Q2和RlO控制控制開(kāi)關(guān)302的導(dǎo)通和截止；Vp+ 和Vp-分別接24V電源的正端和負(fù)端，VI+和Vo連接在繼電器的兩端。使用時(shí)，調(diào)節(jié)電阻R4和電阻R5，使燃料電池堆輸出電壓為250V時(shí)，控制開(kāi)關(guān) 302導(dǎo)通，接通電阻303，當(dāng)燃料電池堆輸出電壓為200V時(shí)，控制開(kāi)關(guān)302截止，斷開(kāi)電 阻 303。上述實(shí)施例，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，導(dǎo)通單電壓在0.768-0.816之間，截止單電壓在 0,628-0,813之間，具體數(shù)據(jù)如下
權(quán)利要求
1.一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，包括燃料電池堆(100)、負(fù)載繼電器(200)、 負(fù)載(400)、燃料電池堆冷卻系統(tǒng)(500)和低壓電源(600)，燃料電池堆(100)通過(guò)負(fù)載 繼電器(200)與負(fù)載(400)連接，其特征在于所述提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊還包括燃 料電池堆電壓調(diào)整單元(300)，所述燃料電池堆電壓調(diào)整單元(300)包括電壓調(diào)整控制器 (301)、控制開(kāi)關(guān)(302)、惰性電阻(303)和水箱(304)，所述電壓調(diào)整控制器(301)與燃 料電池堆電輸出線路電連接，與控制開(kāi)關(guān)(302)電連接，與負(fù)載繼電器(200)電連接，所 述水箱(304)用管路與燃料電池堆冷卻系統(tǒng)(500)的冷卻水箱連通，所述惰性電阻(303) 設(shè)置在水箱(304)內(nèi)，惰性電阻(303)通過(guò)控制開(kāi)關(guān)(302)并聯(lián)在燃料電池堆(100)電輸 出線路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述電壓調(diào)整 控制器(301)由信號(hào)采集電路、滯回比較電路、光耦電路和控制開(kāi)關(guān)電路組成，所述信 號(hào)采集電路由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl和差動(dòng)放大器Ul組成，電阻Rl的 一端Vs+與燃料電池堆的正極相連，電阻R2的另一端Vs-與燃料電池堆的負(fù)極相連，差 動(dòng)放大器Ul的輸入端兩腳與燃料電池堆電輸出端連接，電阻Rl和電阻R3串聯(lián)在差動(dòng)放 大器Ul與燃料電池堆電輸出的正極連接的線路上，電阻R2并聯(lián)在電阻R2連接點(diǎn)和差動(dòng) 放大器Ul與燃料電池堆電輸出負(fù)極連接的線路之間；所述滯回比較電路由比較器U2、 電阻R4、電阻R5和電阻R6組成，比較器U2的輸入端的一腳與差動(dòng)放大器Ul的輸出端 連接，電阻R4、電阻R5和電阻R6串聯(lián)連接，比較器U2的輸入端的另一腳與電阻R4連 接，比較器U2的輸出端與電阻R6連接，電阻R4和電阻R6為可調(diào)電阻；所述光耦電路 由比較器U3、電阻R7、電阻R8、電阻R9和光耦U4組成，電阻R7和電阻R8串聯(lián)，電 阻R9并聯(lián)在電阻R7和光耦U4的二極管的正極之間，比較器U3的輸入端的一腳與比較 器U2的輸出端連接，比較器U3的輸入端的另一腳與電阻R7和電阻R8連接點(diǎn)連接；所 述控制開(kāi)關(guān)電路由三極管Q1、三極管Q2、電阻RlO和控制開(kāi)關(guān)組成，三極管Ql的基極 與光耦U4的發(fā)射極連接，三極管Ql的發(fā)射極與三極管Q2的基極連接，三極管Ql的集 電極Vo與控制開(kāi)關(guān)(302)的繼電器的一端連接，三極管Q2的發(fā)射極與直流電源的負(fù)極連 接，三極管Q2的集電極與三極管Ql的集電極連接，在三極管Ql的集電極和直流電源正 極之間接有二極管D1，二極管Dl反向連接，電阻RlO的一端Vp+與控制開(kāi)關(guān)(302)繼 電器的另一端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述直流電源 為24V直流電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述的差動(dòng)放 大器Ul是AD620。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述比較器 U2 是 LM393。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述光耦U4 是 TLP521。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述三極管 Ql和三極管Q2是8050。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，其特征在于所述控制開(kāi)關(guān)(302)是 EV200 開(kāi)關(guān)。
9.權(quán)利要求2所述一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊的使用方法，其特征在于所述使 用方法包括以下步驟a、將系統(tǒng)電連接部分和水連接部分連接好，接通直流電源，燃料電池堆處于發(fā)電狀態(tài)；b、調(diào)節(jié)電壓調(diào)整控制器(301)滯回比較電路的電阻R4和電阻R6的阻值，使滯回比 較器達(dá)到需要閥值，實(shí)現(xiàn)光耦U4的快速導(dǎo)通和截止；C、調(diào)節(jié)電壓調(diào)整控制器(301)滯回比較電路電阻R4和電阻R5的阻值，使燃料電池 堆輸出電壓為設(shè)定高限值時(shí)，控制開(kāi)關(guān)(302)導(dǎo)通，當(dāng)燃料電池堆輸出電壓為低限值時(shí) 控制開(kāi)關(guān)(302)截止；d、以上述調(diào)節(jié)好的狀態(tài)參與燃料電池堆運(yùn)行。
全文摘要
一種提高燃料電池運(yùn)行壽命的模塊，包括燃料電池堆、負(fù)載繼電器、負(fù)載、燃料電池堆冷卻系統(tǒng)、低壓電源和燃料電池堆電壓調(diào)整單元，燃料電池堆電壓調(diào)整單元包括電壓調(diào)整控制器、控制開(kāi)關(guān)、惰性電阻和水箱，電壓調(diào)整控制器與燃料電池堆電輸出線路并聯(lián)連接，與控制開(kāi)關(guān)電連接，與負(fù)載繼電器電連接，水箱用管路與燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的冷卻水箱連通，惰性電阻設(shè)置在水箱內(nèi)，惰性電阻通過(guò)控制開(kāi)關(guān)并聯(lián)在燃料電池堆電輸出線路上。本發(fā)明的有益效果是可以使燃料電池堆無(wú)論在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下還是在停機(jī)狀態(tài)下，都能實(shí)時(shí)控制燃料電池堆單池電壓工作在0.85V以下，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102024968SQ201010563870
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者侯中軍, 戚朋, 李加良, 王克勇, 高全勇, 黃東波 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司