[发明专利]基于超级电容主动补偿的燃料电池堆单体电压平衡装置及其控制方法

说明书

本发明涉及燃料电池控制技术领域，尤其涉及一种基于超级电容主动补偿的燃料电池堆单体电压平衡装置，包括由n个膜电极单体E1～En串联构成的质子交换膜燃料电池堆以及燃料电池管理控制系统，在每个膜电极单体中都对应加入独立的主动补偿控制电路和独立的超级电容器单体C1～Cn；所述燃料电池管理控制系统由通讯总线给每个主动补偿控制电路发出控制命令数据，每个主动补偿控制电路实时平衡每个膜电极单体工作电压，并将每个膜电极单体实时工作电压上报给管理系统。本装置使燃料电池堆单体电压平衡在最佳工作点附近，从而缓解燃料电池堆膜电极性能衰减，提升燃料电池堆工作寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池控制技术领域，尤其涉及一种基于超级电容主动补偿的燃料电池堆单体电压平衡装置及其控制方法。

背景技术

氢燃料电池发动机以其特有的燃料效率高、环境适用好、可靠性高、噪声低、零排放等优点而备受关注。与内燃机汽车相比，氢燃料电池电动汽车有害气体的排放量减少99％，二氧化碳的生成量减少75％，电池能量转换效率约为内燃机效率的2.5倍。通过氢燃料电池汽车的示范运行，发现车用氢燃料电池堆的关键材料和部件的劣化模式主要有以下四种:

(1)频繁的启动停止引起的质子交换膜电极高电位造成催化剂碳载体的腐蚀

(2)反复加减速引起的质子交换膜电极电位循环造成催化剂铂颗粒粗大化

(3)低负荷运行导致质子交换膜分解

(4)低温循环所伴随的胀缩造成质子交换膜电极机械损伤

从氢燃料电池管理系统的观点看，上述劣化模式(1)和(2)中质子交换膜电极高电位和电位循环造成的催化剂碳载体腐蚀和铂颗粒粗大化可以通过燃料电池堆与超级电容器集成使用来减小，在这种集成使用配置下，氢燃料电池堆能够在比较稳定的工作电位下运行，从而缓解车辆频繁启停和反复加减速所引起的膜电极性能衰减的问题。

目前,燃料电池堆与超级电容器集成使用的技术方案普遍采用在燃料电池堆输出端并联超级电容器的方法，现有技术专利公开情况主要如下：

(1)“一种燃料电池发动机与超级电容混合的动力系统”(CN1988319A)

(2)“燃料电池-超级电容器混合动力车的启动次序控制方法”(CN101420137A)

(3)“燃料电池混合超级电容的电动车辆动力源”(CN201058578Y)

(4)“燃料电池混合电源系统”(CN101841182A)

(5)“带超级电容的车载燃料电池与蓄电池直接并联动力系统”(CN102700427A)

(6)“一种基于超级电容启动的燃料电池备用电源系统”(CN104092280A)

(7)“一种带超级电容的燃料电池电动汽车动力装置”(CN105730256A)

(8)“一种燃料电池混合动力机车能量管理系统”(CN105904976A)

(9)“一种带超级电容以及锂电池的燃料电池系统”(CN105811050A)

(10)“一种带超级电容的燃料电池电动汽车动力装置”(CN205632147U)