一種燃料電池系統(tǒng)直接啟動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于無法提供完全啟動條件環(huán)境下的燃料電池系統(tǒng)的啟動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種將燃料與氧化劑中的化學能通過電極上的電催化反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它不受卡諾循環(huán)的限制，可以高效地將化學能轉(zhuǎn)化為電能。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有可快速啟動、無電解液流失、水易排出、壽命長、比功率與比能量高等突出優(yōu)點，特別適合作為移動動力源，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電動公交車、電站、船舶和航空等多個領(lǐng)域。
燃料電池系統(tǒng)在外場進行實驗的過程中，存在無法提供啟動條件的狀況，比如啟動過程中需要外部供電，而外場實驗無法提供外部供電。雖然可以手動給燃料電池提供啟動電源，但是整個過程比較繁瑣，拆裝設(shè)備需要一定的時間，而且由于是人為操作，可能存在誤操作，同時也存在安全隱患。本啟動方法可以有效的解決以上問題，而且簡單實用。
相關(guān)專利
專利燃料電池系統(tǒng)和燃料電池啟動方法(公開號CN100514733C)所設(shè)計的燃料電池啟動方法需要提供具有最佳濃度的燃料來操作燃料電池并降低啟動燃料電池所需要的時間，這種方法雖然能夠達到啟動燃料電池的目的，但是使用范圍局限，只能在有條件的環(huán)境下才可以完成，如果缺乏啟動條件，例如無法提供最佳濃度的燃料則無法啟動燃料電池系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

與之前相關(guān)專利不同，本發(fā)明的目的是提供一種適合外場啟動燃料電池系統(tǒng)的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是:
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)及其采用的直接啟動方法，用以解決燃料電池在外場缺乏啟動條件下正常啟動，使得系統(tǒng)正常運行，是一種無需外部供電便可啟動燃料電池系統(tǒng)的控制方法。燃料電池在啟動時，由于空氣由鼓風機提供，鼓風機的供電電壓通常高于燃料電池電壓，而且需要穩(wěn)定的電壓輸出，然而燃料電池電壓隨功率增加而下降，因此使用大DC/DC作為鼓風機的供電方式。然而系統(tǒng)剛啟動時，由于空腔沒有持續(xù)空氣供給，使得燃料電池沒有輸出電壓，因此大DC/DC無法正常工作。因此可以根據(jù)鼓風機的工況，利用內(nèi)部自帶控制電源輸出的電壓，使用小型DC/DC帶動鼓風機啟動。當鼓風機啟動之后，由于持續(xù)的空氣供給，因此燃料電池系統(tǒng)可以正常工作，大DC/DC啟動之后，由大DC/DC為鼓風機供電。由于大DC/DC的電壓高于小DC/DC的電壓，這樣大DC/DC就會向小DC/DC供電，從而可能損壞小DC/DC，因此在兩個DC/DC之間增加一個二極管，這樣就可以保護兩個DC/DC。當系統(tǒng)正常啟動后，切斷小DC/DC，系統(tǒng)正常運行。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
1.本發(fā)明可以不使用外部供電啟動，而是用內(nèi)部控制電啟動，能夠?qū)崿F(xiàn)自啟動。
2.本發(fā)明可以免去人工啟動過程，提高啟動效率，節(jié)省時間；3.本啟動方法無噪音，反應(yīng)溫和快速，啟動過程均可控。
【附圖說明】
圖1為本發(fā)明的一個實施例所采用的燃料電池系統(tǒng)概要示意圖。
附圖中，鼓風機為系統(tǒng)啟動完成后正常運行的鼓風機，啟動時所需小DC/DC根據(jù)控制電源的電壓以及鼓風機啟動所需的功率選取。A為電流傳感器，V為電壓傳感器。
【具體實施方式】
下面結(jié)合附圖給出的實施例對本發(fā)明作進一步說明。
系統(tǒng)包括總控制模塊、燃料電池模塊、DC/DC模塊、冷卻模塊、數(shù)據(jù)采集模塊。各模塊通過導線連接，總控制模塊通過232總線和任務(wù)計算機連接；燃料電池模塊的燃料電池輸出母線經(jīng)電壓和電流傳感器后分兩路輸出，一路與為鼓風機供電的DC/DC相連，另一路與輸出負載端相連接。
總控制模塊包括控制器ECU、數(shù)據(jù)采集模塊、電磁閥、繼電器。ECU和數(shù)據(jù)采集模塊通過導線連接，電磁閥和E⑶通過導線連接，E⑶與繼電器通過導線連接，繼電器與冷卻模塊通過導線連接?？刂颇K控制包括對燃料電池模塊的啟動運行關(guān)閉進行控制，控制繼電器的開合和對系統(tǒng)各電壓電流及其他參數(shù)(如壓力、溫度)進行數(shù)據(jù)采樣。本實施例內(nèi)部所用的供電電壓為DC24V，選擇的鼓風機，其供電電壓范圍為DC292?370V，最大功率可以達到
1.5kff,因此本例選擇小DC/DC為DC24V輸入，DC300V輸出，功率為300W，這樣可以保證鼓風機能夠正常啟動。大DC/DC的輸入電壓為DC130?50V，輸出電壓為DC310V，保證大DC/DC的輸出電壓高于小DC/DC的輸出電壓3%?5%，同時能夠保證鼓風機正常啟動。鼓風機正常工作的最大電流為6A，因此本例選擇的二極管允許通過的最大電流為20A，以滿足系統(tǒng)要求。系統(tǒng)啟動時，小DC/DC工作，帶動鼓風機運轉(zhuǎn)，當鼓風機運轉(zhuǎn)之后，燃料電池便會產(chǎn)生電量。當燃料電池的電壓達到130?50V之間后，大DC/DC便會開始工作。此時由大DC/DC為鼓風機供電，使鼓風機為燃料電池提供空氣，同時切斷小DC/DC，系統(tǒng)啟動完成。
系統(tǒng)經(jīng)過實際測試應(yīng)用表明，啟動方法快速可行，能夠在短時間為燃料電池啟動提供條件，滿足系統(tǒng)運行要求。
【主權(quán)項】
1.一種燃料電池系統(tǒng)直接啟動方法，其特征在于，啟動過程中使用兩個DC/DC為鼓風機供電，其中，小DC/DC由內(nèi)部控制電源為其供電，大DC/DC由燃料電池為其供電。
2.按照權(quán)利要求1所述燃料電池系統(tǒng)直接啟動方法，其特征在于，系統(tǒng)啟動時小DC/DC由內(nèi)部電源供電后，為鼓風機供電，鼓風機運轉(zhuǎn)之后，燃料電池產(chǎn)生電能，當達到大DC/DC的啟動電壓時，大DC/DC為鼓風機供電，同時切斷小DC/DC。
3.按照權(quán)利要求2所述燃料電池系統(tǒng)直接啟動方法，其特征在于，在小DC/DC和大DC/DC之間安裝二極管，當大DC/DC啟動后電壓高于小DC/DC電壓3%?5%時，用以防止大DC/DC往小DC/DC供電，破壞小DC/DC。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述燃料電池系統(tǒng)直接啟動方法，其特征在于，小DC/DC其輸出功率至少要滿足鼓風機最大功率的10%，才能使鼓風機正常啟動。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述所述燃料電池系統(tǒng)直接啟動方法，其特征在于，二極管所允許通過的電流值必須高于鼓風機工作電流值的兩倍以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述所述燃料電池系統(tǒng)直接啟動方法，其特征在于，啟動過程中使用嵌入式單片機控制器對整個過程進行監(jiān)控。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制器控制方法，其特征在于，利用軟件設(shè)計，編譯和使用進行監(jiān)控，具體為:在系統(tǒng)運行前，根據(jù)具體的要求，利用Dynamic C軟件進行程序編譯，將編譯好的程序?qū)懭隦abbit2100芯片，通過上位機界面對啟動過程進行監(jiān)控。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)及其采用的直接啟動方法，用以解決燃料電池在外場缺乏啟動條件下正常啟動，使得系統(tǒng)正常運行，是一種無需外部供電便可啟動燃料電池系統(tǒng)的啟動方法?？梢愿鶕?jù)鼓風機的需求，利用內(nèi)部自帶控制電源輸出的電壓，使用小型DC/DC帶動鼓風機啟動。當鼓風機啟動之后，由于持續(xù)的空氣供給，因此燃料電池系統(tǒng)可以正常工作，大DC/DC啟動之后，由大DC/DC為鼓風機供電，同時切斷小DC/DC，系統(tǒng)正常運行。
【IPC分類】H01M8-04
【公開號】CN104716360
【申請?zhí)枴緾N201310691218
【發(fā)明人】周利, 邵志剛, 萇國強, 于誠溢, 王曉冬
【申請人】中國科學院大連化學物理研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月13日