CN110137538A - 一种氢燃料电池电堆活化系统及方法 - Google Patents

一种氢燃料电池电堆活化系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种氢燃料电池电堆活化系统及方法，所述活化系统包括氢燃料电池电堆、超级电容、绝缘栅双极型晶体管IGBT、DC‑DC变换器、直流接触器、电压检测电路、主控制电路；电压检测电路连接DC‑DC变换器的输出，当检测到DC‑DC变换器的输出低于设定值时，发送反馈信号至主控制电路；主控制电路控制DC‑DC变换器限流，氢燃料电池电堆与DC‑DC变换器之间的直流接触器断开，氢燃料电池电堆停止对DC‑DC变换器输出电能；超级电容启动对DC‑DC变换器补电；主控制电路控制IGBT瞬间与氢燃料电池电堆形成短路，IGBT发出设定大的电流至氢燃料电池电堆，对氢燃料电池电堆的质子交换膜进行冲击。本发明去除氢燃料电池中质子交换膜表面的杂质，大幅提高氢燃料电池性能。

Description

一种氢燃料电池电堆活化系统及方法
技术领域
本发明属于电子通讯技术领域，涉及一种升级系统，尤其涉及一种氢燃料电池电堆活化系统；同时，本发明还揭示一种氢燃料电池电堆活化方法。
背景技术
氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。
燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式－－最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述，燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等)，整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。
氢燃料电池技术已经较为成熟，但如何安全、便捷地制备、运输、使用氢气，是一直困扰着人们的问题；通常的做法是利用储氢罐。然而，储氢罐由于存有大量的氢气，氢气遇火容易爆炸，安全性不高；此外，存储、输送氢气的成本较高，为氢气发电的应用带来困难。
最近几年，利用甲醇的移动制氢发电技术已有小范围的产业应用，且制氢发电设备体积小，便于移动。
如本申请人在2015年申请的中国发明专利CN201510476342.5揭示一种甲醇水重整制氢发电机，包括电控系统、甲醇水进液系统、制氢系统及发电系统，电控系统包括控制主板、供电装置及电力输出端口，控制主板控制甲醇水进液系统、制氢系统及发电系统工作；供电装置包括可充电电池，在制氢发电机启动过程中，其为制氢发电机自身供电；甲醇水进液系统，包括进液总管、输送泵、启动进液电磁阀、启动进液分管、制氢进液电磁阀及制氢进液分管；在制氢发电机启动过程中，启动进液电磁阀打开，制氢进液电磁阀关闭；在制氢发电机制氢过程中，制氢进液电磁阀打开，启动进液电磁阀关闭；本发明各部分系统之间配合好，电控系统控制稳定，启动时不需要外接电源供电，甲醇水进液系统成本较低、衔接性好。
同时，本申请人在研发的过程中发现，现有燃料电池系统在长时间运行后发出的电能不稳定。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种氢燃料电池系统，以便克服现有氢燃料电池系统存在的上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种氢燃料电池电堆活化系统，可大幅提高氢燃料电池性能。
此外，本发明还提供一种氢燃料电池电堆活化方法，可大幅提高氢燃料电池性能。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种氢燃料电池电堆活化系统，所述活化系统包括：氢燃料电池电堆、超级电容、绝缘栅双极型晶体管IGBT、DC-DC变换器、直流接触器、电压检测电路、主控制电路；
所述氢燃料电池电堆通过直流接触器连接DC-DC变换器，超级电容连接DC-DC变换器，绝缘栅双极型晶体管IGBT连接氢燃料电池电堆；
所述主控制电路分别连接氢燃料电池电堆、超级电容、绝缘栅双极型晶体管IGBT、DC-DC变换器、直流接触器、电压检测电路，控制其动作；
所述电压检测电路连接DC-DC变换器的输出，当检测到DC-DC变换器的输出低于设定值时，发送反馈信号至主控制电路；所述设定值为1V～3V；
所述主控制电路控制DC-DC变换器限流，氢燃料电池电堆与DC-DC变换器之间的直流接触器断开，氢燃料电池电堆停止对DC-DC变换器输出电能；超级电容启动对DC-DC变换器补电；
所述主控制电路控制所述绝缘栅双极型晶体管IGBT瞬间与氢燃料电池电堆形成短路，短路持续时间为0.1S，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT发出设定大的电流600A至氢燃料电池电堆，对所述氢燃料电池电堆的质子交换膜进行冲击，去除质子交换膜表面的杂质。
一种氢燃料电池电堆活化系统，所述活化系统包括：氢燃料电池电堆、超级电容、绝缘栅双极型晶体管IGBT、DC-DC变换器、直流接触器、电压检测电路、主控制电路；
所述氢燃料电池电堆通过直流接触器连接DC-DC变换器，超级电容连接DC-DC变换器，绝缘栅双极型晶体管IGBT连接氢燃料电池电堆；
所述主控制电路分别连接氢燃料电池电堆、超级电容、绝缘栅双极型晶体管IGBT、DC-DC变换器、直流接触器、电压检测电路，控制其动作；
所述电压检测电路连接DC-DC变换器的输出，当检测到DC-DC变换器的输出低于设定值时，发送反馈信号至主控制电路；
所述主控制电路控制DC-DC变换器限流，氢燃料电池电堆与DC-DC变换器之间的直流接触器断开，氢燃料电池电堆停止对DC-DC变换器输出电能；超级电容启动对DC-DC变换器补电；
所述主控制电路控制所述绝缘栅双极型晶体管IGBT瞬间与氢燃料电池电堆形成短路，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT发出设定大的电流至氢燃料电池电堆，对所述氢燃料电池电堆的质子交换膜进行冲击，去除质子交换膜表面的杂质。
作为本发明的一种优选方案，当检测到DC-DC变换器的输出低于设定值1V～3V时，发送反馈信号至主控制电路。
作为本发明的一种优选方案，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT与氢燃料电池电堆形成短路的持续时间为0.1S。
作为本发明的一种优选方案，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT发出500～700A的大电流至氢燃料电池电堆。
一种上述氢燃料电池电堆活化系统的活化方法，所述活化方法包括如下步骤：
步骤S1、电压检测电路连接DC-DC变换器的输出，当检测到DC-DC变换器的输出低于设定值时，发送反馈信号至主控制电路；
步骤S2、主控制电路控制DC-DC变换器限流，氢燃料电池电堆与DC-DC变换器之间的直流接触器断开，氢燃料电池电堆停止对DC-DC变换器输出电能；超级电容启动对DC-DC变换器补电；
步骤S3、主控制电路控制所述绝缘栅双极型晶体管IGBT瞬间与氢燃料电池电堆形成短路，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT发出设定大的电流至氢燃料电池电堆，对所述氢燃料电池电堆的质子交换膜进行冲击，去除质子交换膜表面的杂质。
本发明的有益效果在于：本发明提出的氢燃料电池电堆活化系统，可去除氢燃料电池中质子交换膜表面的杂质，大幅提高氢燃料电池性能。
本申请人在研发的过程中，发现现有氢燃料电池系统长时间运行(如500小时以上)时会出现衰减状况。本发明利用IGBT、超级电容和DC-DC限流来提升燃料电池性能。当系统监测燃料电池电压下降1V左右(也可以是其他设定值)后，DC-DC启动限流，燃料电池断开输出，超级电容开始补电，IGBT瞬间短路电堆，生成600A大电流(当然也可以根据需要选择其他数值，如500A～800A)，短路时间为0.1S，对质子交换膜冲击，去除表面杂质，从而大幅提升燃料电池的性能。
附图说明
图1为本发明氢燃料电池电堆活化系统的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图1，本发明揭示了一种氢燃料电池电堆活化系统，所述活化系统包括：氢燃料电池电堆1、超级电容3、绝缘栅双极型晶体管IGBT 2、DC-DC变换器4、直流接触器5、电压检测电路6、主控制电路。
所述氢燃料电池电堆1通过直流接触器5连接DC-DC变换器4，超级电容3连接DC-DC变换器4，绝缘栅双极型晶体管IGBT 2连接氢燃料电池电堆1。
所述主控制电路分别连接氢燃料电池电堆1、超级电容3、绝缘栅双极型晶体管IGBT 2、DC-DC变换器4、直流接触器5、电压检测电路6，控制其动作。
所述电压检测电路6连接DC-DC变换器4的输出，当检测到DC-DC变换器4的输出低于设定值时，发送反馈信号至主控制电路；所述设定值可以为1V～3V。
所述主控制电路控制DC-DC变换器4限流，氢燃料电池电堆1与DC-DC变换器4之间的直流接触器5断开，氢燃料电池电堆1停止对DC-DC变换器4输出电能；超级电容3启动对DC-DC变换器4补电。
所述主控制电路控制所述绝缘栅双极型晶体管IGBT 2瞬间与氢燃料电池电堆1形成短路，短路持续时间可以为0.1S，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT 2发出设定大的电流600A至氢燃料电池电堆1，对所述氢燃料电池电堆1的质子交换膜进行冲击，去除质子交换膜表面的杂质。
本发明还揭示一种上述氢燃料电池电堆活化系统的活化方法，所述活化方法包括如下步骤：
【步骤S1】电压检测电路连接DC-DC变换器的输出，当检测到DC-DC变换器的输出低于设定值时，发送反馈信号至主控制电路；
【步骤S2】主控制电路控制DC-DC变换器限流，氢燃料电池电堆与DC-DC变换器之间的直流接触器断开，氢燃料电池电堆停止对DC-DC变换器输出电能；超级电容启动对DC-DC变换器补电；
【步骤S3】主控制电路控制所述绝缘栅双极型晶体管IGBT瞬间与氢燃料电池电堆形成短路，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT发出设定大的电流至氢燃料电池电堆，对所述氢燃料电池电堆的质子交换膜进行冲击，去除质子交换膜表面的杂质。
实施例二
一种氢燃料电池电堆活化系统，所述活化系统包括：氢燃料电池电堆、超级电容、绝缘栅双极型晶体管IGBT、DC-DC变换器、直流接触器、电压检测电路、主控制电路；
所述氢燃料电池电堆通过直流接触器连接DC-DC变换器，超级电容连接DC-DC变换器，绝缘栅双极型晶体管IGBT连接氢燃料电池电堆；
所述主控制电路分别连接氢燃料电池电堆、超级电容、绝缘栅双极型晶体管IGBT、DC-DC变换器、直流接触器、电压检测电路，控制其动作；
所述电压检测电路连接DC-DC变换器的输出，当检测到DC-DC变换器的输出低于设定值时，发送反馈信号至主控制电路；
所述主控制电路控制DC-DC变换器限流，氢燃料电池电堆与DC-DC变换器之间的直流接触器断开，氢燃料电池电堆停止对DC-DC变换器输出电能；超级电容启动对DC-DC变换器补电；
所述主控制电路控制所述绝缘栅双极型晶体管IGBT瞬间与氢燃料电池电堆形成短路，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT发出设定大的电流至氢燃料电池电堆，对所述氢燃料电池电堆的质子交换膜进行冲击，去除质子交换膜表面的杂质。
综上所述，本发明提出的氢燃料电池电堆活化系统，可去除氢燃料电池中质子交换膜表面的杂质，大幅提高氢燃料电池性能。
本申请人在研发的过程中，发现现有氢燃料电池系统长时间运行(如500小时以上)时会出现衰减状况。本发明利用IGBT、超级电容和DC-DC限流来提升燃料电池性能。当系统监测燃料电池电压下降1V左右(也可以是其他设定值)后，DC-DC启动限流，燃料电池断开输出，超级电容开始补电，IGBT瞬间短路电堆，生成600A大电流(当然也可以根据需要选择其他数值，如500A～800A)，短路时间为0.1S，对质子交换膜冲击，去除表面杂质，从而大幅提升燃料电池的性能。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (6)

1.一种氢燃料电池电堆活化系统，其特征在于，所述活化系统包括：氢燃料电池电堆、超级电容、绝缘栅双极型晶体管IGBT、DC-DC变换器、直流接触器、电压检测电路、主控制电路；
所述氢燃料电池电堆通过直流接触器连接DC-DC变换器，超级电容连接DC-DC变换器，绝缘栅双极型晶体管IGBT连接氢燃料电池电堆；
所述主控制电路分别连接氢燃料电池电堆、超级电容、绝缘栅双极型晶体管IGBT、DC-DC变换器、直流接触器、电压检测电路，控制其动作；
所述电压检测电路连接DC-DC变换器的输出，当检测到DC-DC变换器的输出低于设定值时，发送反馈信号至主控制电路；所述设定值为1V～3V；
所述主控制电路控制DC-DC变换器限流，氢燃料电池电堆与DC-DC变换器之间的直流接触器断开，氢燃料电池电堆停止对DC-DC变换器输出电能；超级电容启动对DC-DC变换器补电；
所述主控制电路控制所述绝缘栅双极型晶体管IGBT瞬间与氢燃料电池电堆形成短路，短路持续时间为0.1S，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT发出设定大的电流600A至氢燃料电池电堆，对所述氢燃料电池电堆的质子交换膜进行冲击，去除质子交换膜表面的杂质。
2.一种氢燃料电池电堆活化系统，其特征在于，所述活化系统包括：氢燃料电池电堆、超级电容、绝缘栅双极型晶体管IGBT、DC-DC变换器、直流接触器、电压检测电路、主控制电路；
所述氢燃料电池电堆通过直流接触器连接DC-DC变换器，超级电容连接DC-DC变换器，绝缘栅双极型晶体管IGBT连接氢燃料电池电堆；
所述主控制电路分别连接氢燃料电池电堆、超级电容、绝缘栅双极型晶体管IGBT、DC-DC变换器、直流接触器、电压检测电路，控制其动作；
所述电压检测电路连接DC-DC变换器的输出，当检测到DC-DC变换器的输出低于设定值时，发送反馈信号至主控制电路；
所述主控制电路控制DC-DC变换器限流，氢燃料电池电堆与DC-DC变换器之间的直流接触器断开，氢燃料电池电堆停止对DC-DC变换器输出电能；超级电容启动对DC-DC变换器补电；
所述主控制电路控制所述绝缘栅双极型晶体管IGBT瞬间与氢燃料电池电堆形成短路，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT发出设定大的电流至氢燃料电池电堆，对所述氢燃料电池电堆的质子交换膜进行冲击，去除质子交换膜表面的杂质。
3.根据权利要求2所述的氢燃料电池电堆活化系统，其特征在于：
当检测到DC-DC变换器的输出低于设定值1V～3V时，发送反馈信号至主控制电路。
4.根据权利要求2所述的氢燃料电池电堆活化系统，其特征在于：
所述绝缘栅双极型晶体管IGBT与氢燃料电池电堆形成短路的持续时间为0.1S。
5.根据权利要求2所述的氢燃料电池电堆活化系统，其特征在于：
所述绝缘栅双极型晶体管IGBT发出500～700A的大电流至氢燃料电池电堆。
6.一种权利要求1至5之一所述氢燃料电池电堆活化系统的活化方法，其特征在于，所述活化方法包括如下步骤：
步骤S1、电压检测电路连接DC-DC变换器的输出，当检测到DC-DC变换器的输出低于设定值时，发送反馈信号至主控制电路；
步骤S2、主控制电路控制DC-DC变换器限流，氢燃料电池电堆与DC-DC变换器之间的直流接触器断开，氢燃料电池电堆停止对DC-DC变换器输出电能；超级电容启动对DC-DC变换器补电；
步骤S3、主控制电路控制所述绝缘栅双极型晶体管IGBT瞬间与氢燃料电池电堆形成短路，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT发出设定大的电流至氢燃料电池电堆，对所述氢燃料电池电堆的质子交换膜进行冲击，去除质子交换膜表面的杂质。
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