[發(fā)明專利]一種燃料電池短路活化電路及控制方法

有效

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• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113363536B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張財志;劉浩;曾韜;馮緣;余幸子
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H01M8/04223
• 分類號: H01M8/04223
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發(fā)明涉及一種燃料電池短路活化電路及控制方法，屬于燃料電池領(lǐng)域。該電路包括三個開關(guān)管、一個單向續(xù)流二極管和一個超級電容；根據(jù)燃料電池在運行過程中/運行前的短路活化的應(yīng)用場合，采用兩種不同的控制策略控制短路活化電路,將燃料電池進行短路活化；通過控制不同支路上三極管的導(dǎo)通及關(guān)斷，將短路活化回路與燃料電池正常運行回路所分離，在短路活化回路上接入超級電容以提高燃料利用率，并最終實現(xiàn)提升燃料電池輸出性能的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，涉及燃料電池短路活化電路設(shè)計及其控制策略。

背景技術(shù)

在推行可持續(xù)性發(fā)展的大背景下，燃料電池作為新興產(chǎn)業(yè)受到了廣泛關(guān)注，其具有零污染，高效能，可持續(xù)等優(yōu)點。但目前燃料電池在商業(yè)化的道路上受到價格、耐久、催化劑等多方面的限制，所以為推廣使用燃料電池亟需解決上述問題。在燃料電池長久放置或運行過程中，目前主流的氫氧化學(xué)反應(yīng)催化劑會隨著運行時間而逐漸氧化，這將會導(dǎo)致燃料電池輸出性能下降，降低了燃料利用率。

短路法為在短時間（毫秒級）內(nèi)短接燃料電池正負極，通過短路方法可有效還原燃料電池質(zhì)子交換膜上催化劑的氧化物，并對剔除有害毒物CO等也會起一定效果，從而能夠有效提升燃料電池輸出性能。傳統(tǒng)短路方法僅通過一個開關(guān)實現(xiàn)燃料電池運行過程中的短路活化，并且短路過程中燃料電池產(chǎn)生的能量被線路損耗所浪費，而導(dǎo)致燃料利用率下降。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池短路活化電路，通過相關(guān)控制策略實現(xiàn)燃料電池運行前及運行過程中兩種不同運用場景下的活化，提升燃料電池輸出性能的同時回收短路過程中的能量。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種燃料電池短路活化電路，包括：三個開關(guān)管、一個單向續(xù)流二極管和一個超級電容，通過控制三個開關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷順序即可實現(xiàn)燃料電池活化；

開關(guān)管Ⅰ位于短路回路中，開關(guān)管Ⅱ位于燃料電池供電主回路，開關(guān)管Ⅲ和單向續(xù)流二極管則位于超級電容放電回路中；所述開關(guān)管Ⅰ與開關(guān)管Ⅱ的連接端用于接入燃料電池的一極，所述超級電容一端與開關(guān)管Ⅰ連接，另一端用于接入燃料電池的另一極和負載的一端；所述開關(guān)管Ⅱ與二極管連接端用于接入負載的另一端。

進一步，通過控制三個開關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷順序?qū)崿F(xiàn)燃料電池活化。

進一步，當燃料電池在運行過程中時，使用該短路活化電路進行活化的具體控制方法為：

1）關(guān)斷開關(guān)管Ⅱ和開關(guān)管Ⅲ，閉合開關(guān)管Ⅰ，此時燃料電池電堆運行在短路回路中進行短路活化，提升燃料電池輸出性能，超級電容收集在短路過程中燃料電池產(chǎn)生的能量；

2）短路活化完畢，關(guān)斷開關(guān)管Ⅰ，閉合開關(guān)管Ⅲ，超級電容由單向續(xù)流二極管給負載放電供能；

3）超級電容放電兩端電壓接近0時，關(guān)斷開關(guān)管Ⅲ，閉合開關(guān)管Ⅱ，此時由燃料電池給負載供能，燃料電池回到正常工作回路中，等待下一次的活化操作。

進一步，當燃料電池長時間放置不使用或者新的燃料電池需要活化時，使用該短路活化電路進行活化的具體控制方法為：

1）電路兩端接上需要活化的燃料電池電堆，關(guān)斷開關(guān)管Ⅱ和開關(guān)管Ⅲ，閉合開關(guān)管Ⅰ，此時燃料電池運行在短路回路中，超級電容收集短路過程中燃料電池產(chǎn)生的能量；

2）短路活化完畢，關(guān)斷開關(guān)管Ⅰ，取出活化好的燃料電池。

3）燃料電池離開電路，此時閉合開關(guān)管Ⅲ，利用超級電容中的能量給負載供能，直至超級電容電壓接近0，關(guān)斷開關(guān)管Ⅲ，電路等待下一個需活化電堆。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明

（1）本發(fā)明通過設(shè)計的電路及控制策略可以實現(xiàn)燃料電池有效活化，提升燃料電池輸出性能。