CN113363536B - 一种燃料电池短路活化电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池短路活化电路及控制方法，属于燃料电池领域。该电路包括三个开关管、一个单向续流二极管和一个超级电容；根据燃料电池在运行过程中/运行前的短路活化的应用场合，采用两种不同的控制策略控制短路活化电路,将燃料电池进行短路活化；通过控制不同支路上三极管的导通及关断，将短路活化回路与燃料电池正常运行回路所分离，在短路活化回路上接入超级电容以提高燃料利用率，并最终实现提升燃料电池输出性能的目的。

Description

一种燃料电池短路活化电路及控制方法

技术领域

本发明属于燃料电池领域，涉及燃料电池短路活化电路设计及其控制策略。

背景技术

在推行可持续性发展的大背景下，燃料电池作为新兴产业受到了广泛关注，其具有零污染，高效能，可持续等优点。但目前燃料电池在商业化的道路上受到价格、耐久、催化剂等多方面的限制，所以为推广使用燃料电池亟需解决上述问题。在燃料电池长久放置或运行过程中，目前主流的氢氧化学反应催化剂会随着运行时间而逐渐氧化，这将会导致燃料电池输出性能下降，降低了燃料利用率。

短路法为在短时间（毫秒级）内短接燃料电池正负极，通过短路方法可有效还原燃料电池质子交换膜上催化剂的氧化物，并对剔除有害毒物CO等也会起一定效果，从而能够有效提升燃料电池输出性能。传统短路方法仅通过一个开关实现燃料电池运行过程中的短路活化，并且短路过程中燃料电池产生的能量被线路损耗所浪费，而导致燃料利用率下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料电池短路活化电路，通过相关控制策略实现燃料电池运行前及运行过程中两种不同运用场景下的活化，提升燃料电池输出性能的同时回收短路过程中的能量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种燃料电池短路活化电路，包括：三个开关管、一个单向续流二极管和一个超级电容，通过控制三个开关管导通关断顺序即可实现燃料电池活化；

开关管Ⅰ位于短路回路中，开关管Ⅱ位于燃料电池供电主回路，开关管Ⅲ和单向续流二极管则位于超级电容放电回路中；所述开关管Ⅰ与开关管Ⅱ的连接端用于接入燃料电池的一极，所述超级电容一端与开关管Ⅰ连接，另一端用于接入燃料电池的另一极和负载的一端；所述开关管Ⅱ与二极管连接端用于接入负载的另一端。

进一步，通过控制三个开关管导通关断顺序实现燃料电池活化。

进一步，当燃料电池在运行过程中时，使用该短路活化电路进行活化的具体控制方法为：

1）关断开关管Ⅱ和开关管Ⅲ，闭合开关管Ⅰ，此时燃料电池电堆运行在短路回路中进行短路活化，提升燃料电池输出性能，超级电容收集在短路过程中燃料电池产生的能量；

2）短路活化完毕，关断开关管Ⅰ，闭合开关管Ⅲ，超级电容由单向续流二极管给负载放电供能；

3）超级电容放电两端电压接近0时，关断开关管Ⅲ，闭合开关管Ⅱ，此时由燃料电池给负载供能，燃料电池回到正常工作回路中，等待下一次的活化操作。

进一步，当燃料电池长时间放置不使用或者新的燃料电池需要活化时，使用该短路活化电路进行活化的具体控制方法为：

1）电路两端接上需要活化的燃料电池电堆，关断开关管Ⅱ和开关管Ⅲ，闭合开关管Ⅰ，此时燃料电池运行在短路回路中，超级电容收集短路过程中燃料电池产生的能量；

2）短路活化完毕，关断开关管Ⅰ，取出活化好的燃料电池。

3）燃料电池离开电路，此时闭合开关管Ⅲ，利用超级电容中的能量给负载供能，直至超级电容电压接近0，关断开关管Ⅲ，电路等待下一个需活化电堆。

本发明的有益效果在于：本发明

（1）本发明通过设计的电路及控制策略可以实现燃料电池有效活化，提升燃料电池输出性能。

（2）本发明电路能够根据燃料电池活化需要安装在不同应用场合中，满足燃料电池运行过程与运行前活化需求。

（3）本发明电路设计简单，仅加入3个开关管和1个单向续流二极管。

（4）本发明电路控制方便，通过外部信号控制3个开关管导通关断顺序就可实现燃料电池活化。

（5）本发明通过在活化电路中加入超级电容，能够有效收集短路过程中燃料电池产生的能量，避免了能量浪费，进一步提升了燃料利用率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明燃料电池短路活化电路；

图2为策略①燃料电池运行中的短路活化电路图及简化图；

图3为策略①燃料电池运行中的短路活化流程图；

图4为策略②燃料电池运行前的短路活化电路及简化图；

图5为策略②燃料电池运行前的短路活化流程图；

图6为本发明实施例燃料电池短路活化电路具体操作流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图6，图1为本发明设计的燃料电池短路活化电路，其中电路主体部分由3个开关管、1个单向续流二极管和1个超级电容构成。构造简单，控制方便。通过控制3个开关管导通关断顺序即可实现燃料电池活化。

1）燃料电池在运行过程中的短路活化（策略①）

当燃料电池在运行过程中时，通过在短路回路上接入超级电容回收短路过程中燃料电池产生的能量，在燃料电池短路活化的同时进一步提升能量利用率。具体活化电路及简化图如图2，流程图如图3，控制策略如下：由外部控制信号控制3个开关管的导通与闭合。

（1）关断开关管2和3，闭合开关管1，此时燃料电池电堆运行在短路回路中进行短路活化，提升燃料电池输出性能，超级电容收集在短路过程中燃料电池产生的能量。

（2）短路活化完毕，关断开关管1，闭合开关管3，超级电容由单向续流二极管给负载放电供能。

（3）超级电容放电两端电压接近0时，关断开关管3，闭合开关管2，此时由燃料电池给负载供能，燃料电池回到正常工作回路中，等待下一次的活化操作。

2）燃料电池在运行前的短路活化（策略②）

燃料电池长时间放置不使用或者新的燃料电池需要活化时，使用该短路电路进行活化。具体活化电路如图4，流程图如图5，控制策略如下：

（1）电路两端接上需要活化的燃料电池电堆，关断开关管2和3，闭合开关管1，此时燃料电池运行在短路回路中，超级电容收集短路过程中燃料电池产生的能量。

（2）短路活化完毕，关断开关管1，取出活化好的燃料电池。

（3）燃料电池离开电路，此时闭合开关管3，利用超级电容中的能量给负载供能，直至超级电容电压接近0，关断开关管3，电路等待下一个需活化电堆。

本实施例燃料电池短路活化电路操作流程图如6所示，具体包括以下步骤：

1）根据应用场合，选择具体控制策略①或②；

2）根据控制策略进行开关管的闭合关断控制；

3）使燃料电池运行在短路回路中，超级电容收集能量；

4）短路活化结束，超级电容放电消耗能量；

5）燃料电池正常工作，等待下一次活化。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种燃料电池短路活化电路，其特征在于，该电路包括：三个开关管、一个单向续流二极管和一个超级电容，通过控制三个开关管导通关断顺序实现燃料电池活化；

开关管Ⅰ位于短路回路中，开关管Ⅱ位于燃料电池供电主回路，开关管Ⅲ和单向续流二极管则位于超级电容放电回路中；所述开关管Ⅰ与开关管Ⅱ的连接端用于接入燃料电池的一极，所述超级电容一端与开关管Ⅰ连接，另一端用于接入燃料电池的另一极和负载的一端；所述开关管Ⅱ与二极管连接端用于接入负载的另一端；

当燃料电池在运行过程中时，使用该短路活化电路进行活化的具体控制方法为：

1）关断开关管Ⅱ和开关管Ⅲ，闭合开关管Ⅰ，此时燃料电池电堆运行在短路回路中进行短路活化，超级电容收集在短路过程中燃料电池产生的能量；

2）短路活化完毕，关断开关管Ⅰ，闭合开关管Ⅲ，超级电容由单向续流二极管给负载放电供能；

3）超级电容放电两端电压接近0时，关断开关管Ⅲ，闭合开关管Ⅱ，此时由燃料电池给负载供能，燃料电池回到正常工作回路中，等待下一次的活化操作；

当燃料电池长时间放置不使用或者新的燃料电池需要活化时，使用该短路活化电路进行活化的具体控制方法为：

1）电路两端接上需要活化的燃料电池电堆，关断开关管Ⅱ和开关管Ⅲ，闭合开关管Ⅰ，此时燃料电池运行在短路回路中，超级电容收集短路过程中燃料电池产生的能量；

2）短路活化完毕，关断开关管Ⅰ，取出活化好的燃料电池；

3）燃料电池离开电路，此时闭合开关管Ⅲ，利用超级电容中的能量给负载供能，直至超级电容电压接近0，关断开关管Ⅲ，电路等待下一个需活化电堆。

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