[實用新型]一種帶啟停均衡控制的燃料電池堆單體電壓巡檢系統

有效

• 申請號: 201821379133.4
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN209014711U
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 陳宗海;潘瑞;李錫云;王麗;汪玉潔
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01R31/396
• 分類號: G01R31/396
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;盧紀

本實用新型公開了一種帶啟停均衡控制的燃料電池堆單體電壓巡檢系統，包括：燃料電池電堆、光耦選通電路、譯碼器模塊、奇偶轉換模塊、信號調理電路、均衡電路、均衡控制模塊、控制器以及CAN模塊。光耦選通電路依次選通各單體電池，由奇偶轉換模塊修正電壓信號的正負關系，并經信號調理電路輸入控制器A/D轉換器。均衡電路通過耗能電阻消耗剩余氣體，避免高電位出現，當電池單體反極可通過寄生二極管起到保護作用。本實用新型測量精度高，測量速度快，通信能力強，可擴展，滿足燃料電池堆單體電壓檢測需求。同時，在啟停階段，顯著提升單體電池電壓均衡的一致性，有效避免氫?空氣界面的生成，以提升電堆使用壽命。

技術領域

本實用新型涉及可拓展串聯單元陣列電壓信號采集技術領域，尤其涉及一種帶啟停均衡控制的燃料電池堆單體電壓巡檢系統。

背景技術

儲能系統或能量轉換系統是能源領域的重要組成部分，其中儲能電池和燃料電池是應用非常廣泛的儲能裝置和能量轉換裝置。燃料電池是一種通過電化學反應直接將燃料氧化劑中的化學能轉換為電能的裝置，以氫氧燃料電池為例，其產物僅為水，同時具有高能源利用率和無污染的特點，因此被譽為新能源汽車的終極解決方案。無論儲能電池或燃料電池，均需要通過串聯或并聯后方可在實際中應用。為了保證系統的安全性，需要實時檢測其單體電壓信號，其中燃料電池單體電壓信號小，且具有顯著的波動性，因此本實用新型主要關注燃料電池的電壓信號檢測。

燃料電池單體電壓檢測實質就是可拓展串聯單元陣列電壓信號采集，針對燃料電池單體電壓巡檢系統，已經有相應專利公布，主要包括三類：電阻分壓和多路模擬開關方法、光耦繼電器方法、專用采集芯片方法。中國專利1(CN 201859204 U)提出了一種多路開關模擬方法，該專利采用兩個多路模擬開關共計32個通道，卻僅采集15節單體，利用率較低；其次，15節單體中點接COM公共端會存在電勢累積。中國專利2(CN 1746695 A)和中國專利3(CN 102288813 A)均采用光耦繼電器方案，相比多路模擬開關具有優勢，中國專利2采用差動信號采集單體電壓，能夠很好的消除累積電勢，但其絕對值電路直接消除負信號，且沒有其他邏輯手段對信號進行分析，不利于系統故障診斷；專利3可以測量正負信號，有效彌補中國專利2的缺點，但是中國專利3采用的電池選通后一端接地的方法會造成電勢累積，其次該方法選通切換流程復雜。中國專利4(CN 105044440 A)采用LTC6803芯片采集燃料電池單體電壓，LTC芯片手冊已經說明其對被測對象的總電壓有要求，必須保證各單體電壓之和至少為10V以滿足所有的電氣規格，但是專利4中每個LTC芯片僅支持12個單體電壓采集，但燃料電池單體正常的工作電壓在0.6～0.8V，因此該方案原理不可行。

在燃料電池啟停過程中，燃料電池單體電壓會出現顯著差異，造成這種現象的原因，一方面是單體之間固有屬性的差異，另一方面就是氣體供給或消耗分布不均，因此會造成電壓波動率尖峰，影響電池壽命。其次，在燃料電池啟停過程中會在電池陽極內部產生氫-空氣界面，這會造成電池陽極內存在氧化反應，最終導致陰極高電位，使得燃料電池反極，不斷腐蝕催化劑碳載體，嚴重損害電池壽命。因此，需要進入必要手段避免上述現象的發生。現階段，常用的方法是引入輔助負載消耗陰極內的氧氣，從而有效控制性能的衰減速率，但該方法中輔助負載連接在電堆兩端，無法從局部對燃料電池進行干預，此外一旦發生反極現象，沒有相應的保護措施。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種帶啟停均衡控制的燃料電池單體電壓巡檢系統，用于燃料電池固定電源、動力電源的電壓狀態檢測、啟停均衡控制，有效避免燃料電池工作潛在的危險和故障，使得燃料電池在使用過程中更加安全穩定。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：