CN104716360B - 一种燃料电池系统直接启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统及其采用的直接启动方法，用以解决燃料电池在外场缺乏启动条件下正常启动，使得系统正常运行，是一种无需外部供电便可启动燃料电池系统的启动方法。可以根据鼓风机的需求，利用内部自带控制电源输出的电压，使用小型DC/DC带动鼓风机启动。当鼓风机启动之后，由于持续的空气供给，因此燃料电池系统可以正常工作，大DC/DC启动之后，由大DC/DC为鼓风机供电，同时切断小DC/DC，系统正常运行。

Description

一种燃料电池系统直接启动方法
技术领域
本发明涉及一种用于无法提供完全启动条件环境下的燃料电池系统的启动方法。
背景技术
燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置。它不受卡诺循环的限制，可以高效地将化学能转化为电能。质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有可快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率与比能量高等突出优点，特别适合作为移动动力源，现已广泛应用于电动公交车、电站、船舶和航空等多个领域。
燃料电池系统在外场进行实验的过程中，存在无法提供启动条件的状况，比如启动过程中需要外部供电，而外场实验无法提供外部供电。虽然可以手动给燃料电池提供启动电源，但是整个过程比较繁琐，拆装设备需要一定的时间，而且由于是人为操作，可能存在误操作，同时也存在安全隐患。本启动方法可以有效的解决以上问题，而且简单实用。
相关专利
专利燃料电池系统和燃料电池启动方法（公开号CN100514733C）所设计的燃料电池启动方法需要提供具有最佳浓度的燃料来操作燃料电池并降低启动燃料电池所需要的时间，这种方法虽然能够达到启动燃料电池的目的，但是使用范围局限，只能在有条件的环境下才可以完成，如果缺乏启动条件，例如无法提供最佳浓度的 燃料则无法启动燃料电池系统。
发明内容
与之前相关专利不同，本发明的目的是提供一种适合外场启动燃料电池系统的方法。本发明的技术方案是：
本发明涉及一种燃料电池系统及其采用的直接启动方法，用以解决燃料电池在外场缺乏启动条件下正常启动，使得系统正常运行，是一种无需外部供电便可启动燃料电池系统的控制方法。燃料电池在启动时，由于空气由鼓风机提供，鼓风机的供电电压通常高于燃料电池电压，而且需要稳定的电压输出，然而燃料电池电压随功率增加而下降，因此使用大DC/DC作为鼓风机的供电方式。然而系统刚启动时，由于空腔没有持续空气供给，使得燃料电池没有输出电压，因此大DC/DC无法正常工作。因此可以根据鼓风机的工况，利用内部自带控制电源输出的电压，使用小型DC/DC带动鼓风机启动。当鼓风机启动之后，由于持续的空气供给，因此燃料电池系统可以正常工作，大DC/DC启动之后，由大DC/DC为鼓风机供电。由于大DC/DC的电压高于小DC/DC的电压，这样大DC/DC就会向小DC/DC供电，从而可能损坏小DC/DC，因此在两个DC/DC之间增加一个二极管，这样就可以保护两个DC/DC。当系统正常启动后，切断小DC/DC，系统正常运行。
本发明具有如下优点：
1.本发明可以不使用外部供电启动，而是用内部控制电启动，能够实现自启动。
2.本发明可以免去人工启动过程，提高启动效率，节省时间；
3.本启动方法无噪音，反应温和快速，启动过程均可控。
附图说明
图1为本发明的一个实施例所采用的燃料电池系统概要示意图。
附图中，鼓风机为系统启动完成后正常运行的鼓风机，启动时所需小DC/DC根据控制电源的电压以及鼓风机启动所需的功率选取。A为电流传感器，V为电压传感器。
具体实施方式
下面结合附图给出的实施例对本发明作进一步说明。
系统包括总控制模块、燃料电池模块、DC/DC模块、冷却模块、数据采集模块。各模块通过导线连接，总控制模块通过232总线和任务计算机连接；燃料电池模块的燃料电池输出母线经电压和电流传感器后分两路输出，一路与为鼓风机供电的DC/DC相连，另一路与输出负载端相连接。
总控制模块包括控制器ECU、数据采集模块、电磁阀、继电器。ECU和数据采集模块通过导线连接，电磁阀和ECU通过导线连接，ECU与继电器通过导线连接，继电器与冷却模块通过导线连接。控制模块控制包括对燃料电池模块的启动运行关闭进行控制，控制继电器的开合和对系统各电压电流及其他参数（如压力、温度）进行数据采样。本实施例内部所用的供电电压为DC24V，选择的鼓风机，其供电电压范围为DC292～370V，最大功率可以达到1.5kW，因此本例选择小DC/DC为DC24V输入，DC300V输出，功率为300W，这样可以保证鼓风机能够正常启动。大DC/DC的输入电压为DC130～50V，输出电压为DC310V，保证大DC/DC的输出电压高于小DC/DC的输出电压3%～5%，同时能够保证鼓风机正常启动。鼓风机正常工作的最大电流为6A，因此本例选择的二极管允许通过的最大电流为20A，以满足系统要求。系统启动时，小DC/DC工作，带动鼓风机运转，当鼓风机运转之后，燃料电池便会产生电量。当燃料电池的电压达到 130～50V之间后，大DC/DC便会开始工作。此时由大DC/DC为鼓风机供电，使鼓风机为燃料电池提供空气，同时切断小DC/DC，系统启动完成。
系统经过实际测试应用表明，启动方法快速可行，能够在短时间为燃料电池启动提供条件，满足系统运行要求。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统直接启动方法，其特征在于，启动过程中使用两个DC/DC为鼓风机供电，其中，小DC/DC由内部控制电源为其供电，大DC/DC由燃料电池为其供电；
系统启动时小DC/DC由内部电源供电后，为鼓风机供电，鼓风机运转之后，燃料电池产生电能，当达到大DC/DC的启动电压时，大DC/DC为鼓风机供电，同时切断小DC/DC；
小DC/DC其输出功率至少要满足鼓风机最大功率的10％，才能使鼓风机正常启动。
2.根据权利要求1所述燃料电池系统直接启动方法，其特征在于，在小DC/DC和大DC/DC之间安装二极管，当大DC/DC启动后电压高于小DC/DC电压3％～5％时，用以防止大DC/DC往小DC/DC供电，破坏小DC/DC。
3.根据权利要求2所述所述燃料电池系统直接启动方法，其特征在于，二极管所允许通过的电流值必须高于鼓风机工作电流值的两倍以上。
4.根据权利要求2所述所述燃料电池系统直接启动方法，其特征在于，启动过程中使用嵌入式单片机控制器对整个过程进行监控。
5.根据权利要求4所述的控制器控制方法，其特征在于，利用软件设计，编译和使用进行监控，具体为：在系统运行前，根据具体的要求，利用Dynamic C软件进行程序编译，将编译好的程序写入Rabbit 2100芯片，通过上位机界面对启动过程进行监控。
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