[實(shí)用新型]基于超級(jí)電容主動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜剂想姵囟褑误w電壓平衡裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721476621.2
• 申請(qǐng)日: 2017-11-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207381489U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓冬林;徐琤穎;徐鑫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/04858
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/04858;H01M8/04313;H01M8/04537;H01M8/04992
• 代理公司: 天津市三利專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 李文洋

本實(shí)用新型涉及燃料電池控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超級(jí)電容主動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜剂想姵囟褑误w電壓平衡裝置，包括由n個(gè)膜電極單體E1～En串聯(lián)構(gòu)成的質(zhì)子交換膜燃料電池堆以及燃料電池管理控制系統(tǒng)，在每個(gè)膜電極單體中都對(duì)應(yīng)加入獨(dú)立的主動(dòng)補(bǔ)償控制電路和獨(dú)立的超級(jí)電容器單體C1～Cn；所述燃料電池管理控制系統(tǒng)由通訊總線(xiàn)給每個(gè)主動(dòng)補(bǔ)償控制電路發(fā)出控制命令數(shù)據(jù)，每個(gè)主動(dòng)補(bǔ)償控制電路實(shí)時(shí)平衡每個(gè)膜電極單體工作電壓，并將每個(gè)膜電極單體實(shí)時(shí)工作電壓上報(bào)給管理系統(tǒng)。本裝置使燃料電池堆單體電壓平衡在最佳工作點(diǎn)附近，從而緩解燃料電池堆膜電極性能衰減，提升燃料電池堆工作壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及燃料電池控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超級(jí)電容主動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜剂想姵囟褑误w電壓平衡裝置。

背景技術(shù)

氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)以其特有的燃料效率高、環(huán)境適用好、可靠性高、噪聲低、零排放等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比，氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)有害氣體的排放量減少99％，二氧化碳的生成量減少75％，電池能量轉(zhuǎn)換效率約為內(nèi)燃機(jī)效率的2.5倍。通過(guò)氫燃料電池汽車(chē)的示范運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)車(chē)用氫燃料電池堆的關(guān)鍵材料和部件的劣化模式主要有以下四種:

(1)頻繁的啟動(dòng)停止引起的質(zhì)子交換膜電極高電位造成催化劑碳載體的腐蝕

(2)反復(fù)加減速引起的質(zhì)子交換膜電極電位循環(huán)造成催化劑鉑顆粒粗大化

(3)低負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致質(zhì)子交換膜分解

(4)低溫循環(huán)所伴隨的脹縮造成質(zhì)子交換膜電極機(jī)械損傷

從氫燃料電池管理系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，上述劣化模式(1)和(2)中質(zhì)子交換膜電極高電位和電位循環(huán)造成的催化劑碳載體腐蝕和鉑顆粒粗大化可以通過(guò)燃料電池堆與超級(jí)電容器集成使用來(lái)減小，在這種集成使用配置下，氫燃料電池堆能夠在比較穩(wěn)定的工作電位下運(yùn)行，從而緩解車(chē)輛頻繁啟停和反復(fù)加減速所引起的膜電極性能衰減的問(wèn)題。

目前,燃料電池堆與超級(jí)電容器集成使用的技術(shù)方案普遍采用在燃料電池堆輸出端并聯(lián)超級(jí)電容器的方法，現(xiàn)有技術(shù)專(zhuān)利公開(kāi)情況主要如下：

(1)“一種燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)與超級(jí)電容混合的動(dòng)力系統(tǒng)”(CN1988319A)

(2)“燃料電池-超級(jí)電容器混合動(dòng)力車(chē)的啟動(dòng)次序控制方法”(CN101420137A)

(3)“燃料電池混合超級(jí)電容的電動(dòng)車(chē)輛動(dòng)力源”(CN201058578Y)

(4)“燃料電池混合電源系統(tǒng)”(CN101841182A)

(5)“帶超級(jí)電容的車(chē)載燃料電池與蓄電池直接并聯(lián)動(dòng)力系統(tǒng)”(CN102700427A)

(6)“一種基于超級(jí)電容啟動(dòng)的燃料電池備用電源系統(tǒng)”(CN104092280A)

(7)“一種帶超級(jí)電容的燃料電池電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力裝置”(CN105730256A)

(8)“一種燃料電池混合動(dòng)力機(jī)車(chē)能量管理系統(tǒng)”(CN105904976A)

(9)“一種帶超級(jí)電容以及鋰電池的燃料電池系統(tǒng)”(CN105811050A)

(10)“一種帶超級(jí)電容的燃料電池電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力裝置”(CN205632147U)

上述采用在燃料電池堆輸出端并聯(lián)超級(jí)電容器的技術(shù)方案存在的主要缺陷為：只能對(duì)燃料電池堆整體的輸出電壓進(jìn)行平衡補(bǔ)償，而不能做到對(duì)每個(gè)膜電極單體工作電位的實(shí)時(shí)檢測(cè)與補(bǔ)償，從而也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)膜電極單體工作電位的實(shí)時(shí)精確控制。因?yàn)橘|(zhì)子交換膜燃料電池堆是由幾十個(gè)至幾百個(gè)膜電極單體串聯(lián)構(gòu)成的，每個(gè)膜電極單體工作電位會(huì)受到其本體的材料、燃料、溫度、壓力、濕度等多方面的因素影響，所以每個(gè)膜電極的單體工作電位都不相同，尤其在車(chē)輛頻繁啟停和反復(fù)加減速工況下，這種膜電極單體工作電位的實(shí)時(shí)不平衡性會(huì)更加突出，會(huì)直接影響燃料電池堆的整體工作壽命。