[發明專利]質子交換膜氫燃料電池堆輸出保護裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201810552754.6
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108682880B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 韓冬林
• 申請（專利權）人: 天津中德應用技術大學
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/04303
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 李文洋

1.一種質子交換膜氫燃料電池堆輸出保護裝置，其特征在于：由膜電極單體電壓檢測電路、氫燃料電池堆主控電路、電堆輸出繼電器構成，其中氫燃料電池堆中串聯的n個膜電極單體E1～En的正負電極C0～Cn依次接入膜電極單體電壓檢測電路，所述膜電極單體電壓檢測電路負責實時采集氫燃料電池堆中所有膜電極單體E1～En的工作電壓數據并通過CAN通訊總線上報給氫燃料電池堆主控電路，氫燃料電池堆主控電路一方面負責接收膜電極單體的工作電壓數據，計算膜電極單體的最低電壓和平均電壓數值及其兩者的比值數據，另一方面，氫燃料電池堆主控電路還通過模數轉換ADC接口采集氫燃料電池堆的溫度、壓力、流量、輸出電流傳感器的信號，并根據這些傳感器信號的數據通過數字IO接口去控制氫氣側和氧氣側的電磁閥、風機、水熱管理系統執行器的工作狀態；

所述膜電極單體電壓檢測電路采用S32K144微控制器作為主控芯片；

所述電池堆主控電路采用S32K144微控制器作為主控芯片，S32K144微控制器通過模數轉換管腳ADC0～ADC15采集氫燃料電池堆的溫度、壓力、流量、輸出電流傳感器的信號，通過數字輸入管腳IN0～IN15接收外部控制信號，通過數字輸出管腳OUT0～OUT15控制燃料供應、氧化劑供應、水熱管理子系統，通過數字輸出管腳RELAY+控制氫燃料電池堆正極輸出繼電器，通過數字輸出管腳RELAY-控制氫燃料電池堆負極輸出繼電器；

所述裝置的控制方法包括以下步驟：(1)膜電極單體電壓檢測電路采集氫燃料電池堆中所有膜電極單體E1～En的工作電壓數據；

(2)膜電極單體電壓檢測電路通過通訊總線上報膜電極單體E1～En工作電壓數據給氫燃料電池堆主控電路；

(3)氫燃料電池堆主控電路采集氫燃料電池堆的溫度、壓力、流量、輸出電流傳感器的信號，如果所有傳感器信號無異常，則根據傳感器信號數據計算執行器控制信號數據，然后轉入步驟(4)；如果傳感器信號有異常，則生成輸出保護信號，電堆輸出繼電器線圈斷電，切斷氫燃料電池堆的輸出電流，氫燃料電池堆及其管理控制系統進入輸出保護狀態；

(4)氫燃料電池堆主控電路根據膜電極單體電壓檢測電路上報的膜電極單體E1～En工作電壓數據計算膜電極單體的最低電壓和平均電壓數值；

(5)氫燃料電池堆主控電路計算膜電極單體最低電壓和平均電壓的比值數據，此比值數據代表了氫燃料電池堆中當前伏安特性最差的那個膜電極與該氫燃料電池堆中所有膜電極平均特性之間的差異數值；

(6)將此膜電極單體最低電壓和平均電壓的比值數據與停機保護預設值相比較，如果小于停機保護預設值則重新轉入步驟(1)繼續循環運行；如果大于或等于停機保護預設值則生成輸出保護信號，氫燃料電池堆輸出繼電器線圈斷電，切斷氫燃料電池堆的輸出電流，氫燃料電池堆及其管理控制系統進入輸出保護狀態。