CN220138355U - 一种氢燃料电池堆的单体电压控制装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种氢燃料电池堆的单体电压控制装置和系统，属于燃料电池技术领域，能够解决现有技术中当汽车处于怠速工况时，燃料电池的电压过高，而影响燃料电池寿命的问题。该装置包括电池堆、空气回路、电压巡检控制器以及控制单元；电池堆与空气回路管路连接；电压巡检控制器分别与电池堆、控制单元电连接，用于实时对电池堆中的单体电压进行采样并将电压值发送给控制单元；控制单元与空气回路电连接，用于接收电压巡检控制器发出的电压值，根据电压值控制空气回路进入电池堆的进气量。本申请装置保证了电池堆在安全范围内使用，提高了耐用性，同时装置结构简单，成本较低。
Description
一种氢燃料电池堆的单体电压控制装置和系统
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池堆的单体电压控制装置和系统。
背景技术
氢燃料电池是一种将氢气与氧气的化学能转换成为电能的发电装置，具有能量转化高，反应产生的污染小的特点。氢燃料电池作为汽车的动力源被广泛应用。但是由于汽车的应用工况在启停、变载、怠速和高负荷之间频繁变化，会对燃料电池产生伤害。尤其是当汽车处于怠速工况时，所需要的燃料电池提供的功率较小，导致燃料电池的电压增加到0.8V以上。而燃料电池的最佳使用范围在0.7-0.8V，超过这个范围会影响燃料电池的寿命和耐久性。
目前的针对氢燃料系统的电压控制集中在解决大电流运行过程中产生的电压离均差过大问题和电压采样问题，没有对怠速运行时单体电压过高进行处理的方案。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术缺点，提供一种氢燃料电池堆的单体电压控制装置和系统，能够解决现有技术中当汽车处于怠速工况时，燃料电池的电压过高，而影响燃料电池寿命的问题。
为实现上述目的，根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种氢燃料电池堆的单体电压控制装置，包括电池堆、空气回路、电压巡检控制器以及控制单元；
所述电池堆与所述空气回路管路连接；
所述电压巡检控制器分别与所述电池堆、所述控制单元电连接，用于实时对所述电池堆中的单体电压进行采样并将电压值发送给所述控制单元；
所述控制单元与所述空气回路电连接，用于接收所述电压巡检控制器发出的电压值，根据所述电压值控制所述空气回路进入所述电池堆的进气量。
作为本实用新型再进一步的方案：所述空气回路包括空压机、进旁阀以及背压阀；
所述空压机的输出端分别连接所述电池堆的空气进堆口和所述进旁阀的输入端，所述电池堆的输出端分别连接所述进旁阀的输出端与所述背压阀的输入端。
作为本实用新型再进一步的方案：所述控制单元具体用于，接收所述电压巡检控制器发出的电压值；
判断所述电压值是否超过预设阈值；
在所述电压值超过预设阈值时，打开所述进旁阀；
在所述电压值不超过预设阈值时，关闭所述进旁阀。
作为本实用新型再进一步的方案：所述装置还包括电流检测设备，所述电流检测设备分别与所述电池堆、所述控制单元电连接，用于实时检测所述电池堆的电流值，并将所述电流值发送给所述控制单元；
所述控制单元还用于在所述电压值超过预设阈值时，根据所述电流值控制所述进旁阀的开度。
作为本实用新型再进一步的方案：所述空气回路还包括中冷增湿器；
所述中冷增湿器的第一输入端与所述空压机的输出端连接；
所述中冷增湿器的第一输出端分别与所述电池堆的空气进堆口、所述进旁阀的输入端连接；
所述中冷增湿器的第二输入端分别与所述电池堆的空气出堆口、所述进旁阀的输出端连接；
所述中冷增湿器的第二输出端与所述背压阀的输入端连接。
作为本实用新型再进一步的方案：所述电压巡检控制器与所述控制单元通过控制器局域网总线CAN协议进行通信。
根据本实用新型实施例的第二方面，提供一种氢燃料电池堆的单体电压控制系统，所述系统包括本实用新型实施例第一方面提供的任一种氢燃料电池堆的单体电压控制装置。
本实用新型的有益效果包括但不限于：
本实用新型提供的氢燃料电池堆的单体电压控制装置和系统，氢燃料电池的阴极反应物为空气，通过在空气回路的空气进堆支路和空气出堆支路之间增加进旁阀，将压缩过的空气进行分流。当整车处于怠速状态时，控制单元判断单体最高电压是否超过安全阈值，超过后，控制单元打开进旁阀，将分流后的空气排除到大气中，减少进入电池堆的空气，从而达到降低电压的效果。该装置保证了电池堆在安全范围内使用，提高了耐用性，同时装置结构简单，成本较低。
附图说明
图1是本实用新型提供的氢燃料电池堆的单体电压控制装置的结构示意图；
图中：1-电池堆；2-电压巡检控制器；3-控制单元；4-空压机；5-进旁阀；6-背压阀；7-中冷增湿器；8-电流检测设备。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。
本实用新型实施例提供了一种氢燃料电池堆的单体电压控制装置，如图1所示，包括电池堆1、空气回路、电压巡检控制器2以及控制单元3；
电池堆1与空气回路管路连接；
电压巡检控制器2分别与电池堆1、控制单元3电连接，用于实时对电池堆1中的单体电压进行采样并将电压值发送给控制单元3；
控制单元3与空气回路电连接，用于接收电压巡检控制器2发出的电压值，根据电压值控制空气回路进入电池堆1的进气量。
其中，电池堆1为氢燃料电池堆，所需的氧来源于空气，由空气回路输送和排出，所需的氢由氢气入口进入，由氢气出口排出；控制单元3采用现有技术中各种产品均可，只要能够实现本申请中的功能即可，本实用新型中，控制单元3采用氢质氢离氢能科技有限公司（厂家）生成的型号为H-FCU1.0的产品。
本实用新型通过电压巡检控制器2实时采集电池堆1的电压值，并将该电压值发送给控制单元3，控制单元3根据该电压值控制空气回路中空气进入电池堆1的量，本实用新型通过减少空气进气量的方式来解决整车怠速运行时导致燃料电池单体电压超过最佳使用范围进而影响使用电池寿命及耐久性的问题。
进一步的，空气回路包括空压机4、进旁阀5以及背压阀6；
空压机4的输出端分别连接电池堆1的空气进堆口和进旁阀5的输入端，电池堆1的输出端分别连接进旁阀5的输出端与背压阀6的输入端。
本实用新型中，大气中的空气被空压机4压缩后，由进旁阀5进行分流，一部分进入电池堆1进行反应，一部分经过进旁阀5—背压阀6回路排除到大气中。
进一步的，控制单元3具体用于接收电压巡检控制器2发出的电压值；
判断电压值是否超过预设阈值；
在电压值超过预设阈值时，打开进旁阀5；
在电压值不超过预设阈值时，关闭进旁阀5。
本实施例中，控制单元3实时接收电压巡检控制器2发出的电压值，并判断电压值是否超过预设阈值，具体的，预设阈值可以为0.8V，在电压值超过预设阈值时，控制空气回路中的进旁阀5打开，当电压值降低至预设阈值以下时，控制进旁阀5关闭。
进一步的，上述装置还包括电流检测设备8，电流检测设备8分别与电池堆1、控制单元3电连接，用于实时检测电池堆1的电流值，并将电流值发送给控制单元3；
控制单元3还用于在电压值超过预设阈值时，根据电流值控制进旁阀5的开度。
本实施例中，进旁阀5的开度大小可以根据电池堆1的电流值设置，实际使用中，当单体电压超过0.8V，电池堆1电流小于24A时，控制单元3可以控制进旁阀5开度为17%；当单体电压超过0.8V，电池堆1电流小于48A，控制单元3可以控制进旁阀5开度为15%。
进一步的，空气回路还包括中冷增湿器7；
中冷增湿器7的第一输入端与空压机4的输出端连接；
中冷增湿器7的第一输出端分别与电池堆1的空气进堆口、进旁阀5的输入端连接；
中冷增湿器7的第二输入端分别与电池堆1的空气出堆口、进旁阀5的输出端连接；
中冷增湿器7的第二输出端与背压阀6的输入端连接。
实际使用中，可以在空气被空压机4压缩后，先通过中冷增湿器7的第一输入口，再传输至电池堆1，以增加空气的湿度，提高氢燃料电池的反应效率和性能，多余的空气分流进入进旁阀5。而从电池堆1排出的气体以及由进旁阀5分流的空气从第二输入端进入中冷增湿器7，再由背压阀6排出，将电池堆1产生的热量传导给外界环境，保持电池堆1的工作温度在合适的范围内。
进一步的，电压巡检控制器2与控制单元3通过控制器局域网总线CAN协议进行通信。
本实施例中，电压巡检控制器2与控制单元3通过控制器局域网总线（CAN，Controller Area Network）进行通信，保证了通信的实时性，使得控制单元3的控制过程更灵敏。
本实用新型提供的氢燃料电池堆1的单体电压控制装置，通过其设置的电压巡检控制器2实时采集电池堆1的电压值，并将该电压值发送给控制单元3；通过电流检测设备8实时采集电池堆1的电流值，并将该电流值发送给控制单元3。控制单元3实时接收电压巡检控制器2发出的电压值，并判断电压值是否超过预设阈值，在电压值超过预设阈值时，控制单元3控制空气回路中的进旁阀5打开，而进旁阀5的开度大小可以根据电池堆1的电流值设置。当进旁阀5打开，将经由空压机4、中冷增湿器7进入的空气分流一部分从进旁阀5、背压阀6排出，进入大气中，减少空气进入电池堆1的量，进而减小单体电压。比如，当单体电压超过0.8V，电池堆1电流小于24A时，控制单元3控制进旁阀5开度为17%；当单体电压超过0.8V，电池堆1电流小于48A，控制单元3可以控制进旁阀5开度为15%。当电压值降低至预设阈值以下时，控制单元3控制进旁阀5关闭。本实用新型通过减少空气进气量的方式来解决整车怠速运行时导致燃料电池单体电压超过最佳使用范围进而影响使用电池寿命及耐久性的问题。
基于上述图1对应的实施例中描述的氢燃料电池堆的单体电压控制装置，本实用新型另一实施例还提供一种氢燃料电池堆的单体电压控制系统，该氢燃料电池堆的单体电压控制系统包括上述的氢燃料电池堆的单体电压控制装置。
以上所述，仅是本实用新型的几个实施例，并非对本实用新型做任何形式的限制，虽然本实用新型以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (7)
1.一种氢燃料电池堆的单体电压控制装置，其特征在于，所述装置包括电池堆、空气回路、电压巡检控制器以及控制单元；
所述电池堆与所述空气回路管路连接；
所述电压巡检控制器分别与所述电池堆、所述控制单元电连接，用于实时对所述电池堆中的单体电压进行采样并将电压值发送给所述控制单元；
所述控制单元与所述空气回路电连接，用于接收所述电压巡检控制器发出的电压值，根据所述电压值控制所述空气回路进入所述电池堆的进气量。
2.根据权利要求1中所述的氢燃料电池堆的单体电压控制装置，其特征在于，所述空气回路包括空压机、进旁阀以及背压阀；
所述空压机的输出端分别连接所述电池堆的空气进堆口和所述进旁阀的输入端，所述电池堆的输出端分别连接所述进旁阀的输出端与所述背压阀的输入端。
3.根据权利要求2中所述的氢燃料电池堆的单体电压控制装置，其特征在于，所述控制单元具体用于，接收所述电压巡检控制器发出的电压值；
判断所述电压值是否超过预设阈值；
在所述电压值超过预设阈值时，打开所述进旁阀；
在所述电压值不超过预设阈值时，关闭所述进旁阀。
4.根据权利要求3中所述的氢燃料电池堆的单体电压控制装置，其特征在于，所述装置还包括电流检测设备，所述电流检测设备分别与所述电池堆、所述控制单元电连接，用于实时检测所述电池堆的电流值，并将所述电流值发送给所述控制单元；
所述控制单元还用于在所述电压值超过预设阈值时，根据所述电流值控制所述进旁阀的开度。
5.根据权利要求2中所述的氢燃料电池堆的单体电压控制装置，其特征在于，所述空气回路还包括中冷增湿器；
所述中冷增湿器的第一输入端与所述空压机的输出端连接；
所述中冷增湿器的第一输出端分别与所述电池堆的空气进堆口、所述进旁阀的输入端连接；
所述中冷增湿器的第二输入端分别与所述电池堆的空气出堆口、所述进旁阀的输出端连接；
所述中冷增湿器的第二输出端与所述背压阀的输入端连接。
6.根据权利要求1中所述的氢燃料电池堆的单体电压控制装置，其特征在于，所述电压巡检控制器与所述控制单元通过控制器局域网总线CAN协议进行通信。
7.一种氢燃料电池堆的单体电压控制系统，其特征在于，所述氢燃料电池堆的单体电压控制系统包括权利要求1-6任一项所述的一种氢燃料电池堆的单体电压控制装置。
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