一種提高燃料電池運行壽命的模塊的製作方法
2023-04-24 05:43:06 1
專利名稱：一種提高燃料電池運行壽命的模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及燃料電池技術，特別涉及燃料電池堆單池工作電壓技術。
技術背景燃料電池堆在開路狀態或低電密狀態下運行時，高電位腐蝕通常會加速燃料電池 的衰減。傳統的解決辦法是控制負載功率，使燃料電池堆避開此工作區。其不足是對於負 載不斷變化的實際應用場合，將大大影響燃料電池堆的使用壽命。比如用作汽車動力時，由 於汽車負載不斷變化，燃料電池可能必需較長時間工作在低電密區，這將大大影響燃料電 池堆的使用壽命。
發明內容本實用新型的目的是提供一種可提高燃料電池運行壽命的模塊和使用方法，使燃 料電池堆無論在開機狀態下還是在停機狀態下，都能實時控制燃料電池堆單池電壓工作在 穩定電壓以下。本實用新型的技術方案是一種提高燃料電池運行壽命的模塊，包括燃料電池堆、 負載繼電器、負載、燃料電池堆冷卻系統和低壓電源，其特徵在於所述提高燃料電池運行壽 命的模塊還包括燃料電池堆電壓調整單元，所述燃料電池堆電壓調整單元包括電壓調整控 制器、控制開關、電阻和水箱，所述電壓調整控制器與燃料電池堆電輸出線路電連接，與控 制開關電連接，與負載繼電器電連接，所述水箱用管路與燃料電池堆冷卻系統的冷卻水箱 連通，所述電阻設置在水箱內，電阻通過控制開關並聯在燃料電池堆電輸出線路上。所述電 阻為高溫電阻絲，外部用耐高溫無縫不鏽鋼管封裝。本實用新型所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述電壓調整控 制器由信號採集電路、滯回比較電路、光耦電路和控制開關電路組成，所述信號採集電路由 電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl和差動放大器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-與燃料電池堆的負極相連，差動放大器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串聯在差動放大器Ul與燃料電池堆電輸 出的正極連接的線路上，電阻R2並聯在電阻R2連接點和差動放大器Ul與燃料電池堆電輸 出的負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放大器Ul的輸出端連接，電阻R4、電阻R5和電阻 R6串聯連接，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，電阻R9並聯在電阻R7和光耦U4的二極體的正極之 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連接點連接；所述控制開關電路由三極體Q1、三極體Q2、電阻RlO和控制 開關組成，三極體Ql的基極與光耦U4的發射極連接，三極體Ql的發射極與三極體Q2的基 極連接，三極體Ql的集電極Vo與控制開關繼電器的一端連接，三極體Q2的發射極與直流電源的負極連接，三極體Q2的集電極與三極體Ql的集電極連接，在三極體Ql的集電極和 直流電源正極之間接有二極體D1，二極體Dl反向連接，電阻RlO的一端Vp+與控制開關繼 電器的另一端連接。本實用新型所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述直流電源為 24V直流電源。本實用新型所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述的差動放大 器 Ul 是 AD620。本實用新型所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述比較器U2 是 LM393。本實用新型所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述光耦U4是 TLP521。本實用新型所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述三極體Ql 和三極體Q2是8050。本實用新型所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述控制開關是 EV200開關。本實用新型所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊的使用方法包括以下步驟a、將系統電連接部分和水連接部分連接好，接通直流電源，燃料電池堆處於發電 狀態；b、調節電壓調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 達到需要閥值，實現光耦U4的快速導通和截止；C、調節電壓調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 輸出電壓為設定高限值時，控制開關導通，當燃料電池堆輸出電壓為低限值時控制開關截 止；d、以上述調節好的狀態參與燃料電池堆運行。本實用新型的基本原理是系統燃料電池堆電壓調整單元實時監測燃料電池堆的 輸出電壓，當燃料電池堆輸出電壓平均值超過設定值VI，則控制吸合控制開關，接通電阻， 當燃料電池堆輸出電壓平均值低壓設定值V2，則控制斷開控制開關，斷開電阻，使燃料電池 堆單池電壓工作在穩定電壓(0.85V)以下，從而提高燃料電池運行壽命。本實用新型的有益效果是可以使燃料電池堆無論在開機狀態下還是在停機狀態 下，都能實時控制燃料電池堆單池電壓工作在穩定電壓(0.85V)以下，具有實現簡單、成本 低、系統結構簡單和可提高燃料電池運行壽命等優點。
本實用新型共有附圖二幅，其中圖1是本實用新型的系統原理圖，圖2是電壓調整控制器電路圖。圖中，100、燃料電池堆，200、負載繼電器，300、燃料電池堆電壓調整單元，301、電 壓調整控制器，302、控制開關，303、電阻，304、水箱，400、負載，500、燃料電池堆冷卻系統， 600、低壓電源。
具體實施方式
以30kw燃料電池發電系統為例對本實用新型的作進一步描述。燃料電池堆100 包括300節單電池，負載繼電器200是EV200型繼電器，燃料電池堆電壓調整單元300由電 壓調整控制器301、控制開關302、電阻303和水箱組成304，控制開關302是EV200型開關， 電阻303的阻值為18歐姆，電壓調整控制器301由信號採集電路、滯回比較電路、光耦電路 和控制開關電路組成，負載400是30kw電子負載，低壓電源600是24V電瓶。電壓調整控 制器與燃料電池堆電輸出線路並聯連接，與控制開關電連接，與負載繼電器電連接，水箱用 管路與燃料電池堆冷卻系統的冷卻水箱連通，電阻設置在水箱內，電阻通過控制開關並聯 在燃料電池堆電輸出線路上。電阻R1、R2、R3以及電容Cl和差動放大器Ul組成信號採集 電路，將信號衰減到0 10V，比較器U2和R4、R5、R6組成滯回比較器，通過調節R4和R6 的阻值實現滯回比較器閥值的大小，U3和R7、R8實現光耦U4的快速導通和截止；Q1、Q2和 RlO控制控制開關302的導通和截止；Vp+和Vp-分別接24V電源的正端和負端，VI+和Vo 連接在繼電器的兩端。使用時，調節電阻R4和電阻R5，使燃料電池堆輸出電壓為250V時，控制開關302 導通，接通電阻303，當燃料電池堆輸出電壓為200V時，控制開關302截止，斷開電阻303。上述實施例，經實際測試，導通單電壓在0.768-0. 816之間，截止單電壓在 0，628-0，813之間，具體數據如下
權利要求1.一種提高燃料電池運行壽命的模塊，包括燃料電池堆(100)、負載繼電器000)、負 載G00)、燃料電池堆冷卻系統(500)和低壓電源(600)，燃料電池堆(100)通過負載繼 電器(200)與負載(400)連接，其特徵在於所述提高燃料電池運行壽命的模塊還包括燃 料電池堆電壓調整單元(300)，所述燃料電池堆電壓調整單元(300)包括電壓調整控制器(301)、控制開關(302)、惰性電阻(303)和水箱(304)，所述電壓調整控制器(301)與燃料 電池堆電輸出線路電連接，與控制開關(302)電連接，與負載繼電器O00)電連接，所述水 箱(304)用管路與燃料電池堆冷卻系統(500)的冷卻水箱連通，所述惰性電阻(30 設置 在水箱(304)內，惰性電阻(303)通過控制開關(302)並聯在燃料電池堆(100)電輸出線 路上。
2.根據權利要求1所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述電壓調整 控制器(301)由信號採集電路、滯回比較電路、光耦電路和控制開關電路組成，所述信號採 集電路由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl和差動放大器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-與燃料電池堆的負極相連，差動放大器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串聯在差動放大器Ul與燃料電池 堆電輸出的正極連接的線路上，電阻R2並聯在電阻R2連接點和差動放大器Ul與燃料電池 堆電輸出負極連接的線路之間；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放大器Ul的輸出端連接，電阻R4、電阻R5和電阻 R6串聯連接，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，電阻R9並聯在電阻R7和光耦U4的二極體的正極之 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連接點連接；所述控制開關電路由三極體Q1、三極體Q2、電阻RlO和控制 開關組成，三極體Ql的基極與光耦U4的發射極連接，三極體Ql的發射極與三極體Q2的基 極連接，三極體Ql的集電極Vo與控制開關(302)的繼電器的一端連接，三極體Q2的發射 極與直流電源的負極連接，三極體Q2的集電極與三極體Ql的集電極連接，在三極體Ql的 集電極和直流電源正極之間接有二極體D1，二極體Dl反向連接，電阻RlO的一端Vp+與控 制開關(30 繼電器的另一端連接。
3.根據權利要求2所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述直流電源 為24V直流電源。
4.根據權利要求2所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述的差動放 大器Ul是AD620。
5.根據權利要求2所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述比較器U2 是 LM393。
6.根據權利要求2所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述光耦U4是 TLP521。
7.根據權利要求2所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述三極體Ql 和三極體Q2是8050。
8.根據權利要求2所述一種提高燃料電池運行壽命的模塊，其特徵在於所述控制開關(302)是EV200 開關。
專利摘要一種提高燃料電池運行壽命的模塊，包括燃料電池堆、負載繼電器、負載、燃料電池堆冷卻系統、低壓電源和燃料電池堆電壓調整單元，燃料電池堆電壓調整單元包括電壓調整控制器、控制開關、惰性電阻和水箱，電壓調整控制器與燃料電池堆電輸出線路並聯連接，與控制開關電連接，與負載繼電器電連接，水箱用管路與燃料電池堆冷卻系統的冷卻水箱連通，惰性電阻設置在水箱內，惰性電阻通過控制開關並聯在燃料電池堆電輸出線路上。本實用新型的有益效果是可以使燃料電池堆無論在開機狀態下還是在停機狀態下，都能實時控制燃料電池堆單池電壓工作在0.85V以下，具有實現簡單、成本低和系統結構簡單等優點。
文檔編號H01M8/04GK201877515SQ201020630608
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者侯中軍, 戚朋, 李加良, 王克勇, 高全勇, 黃東波 申請人:新源動力股份有限公司