专利名称：一种提高燃料电池运行寿命的模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及燃料电池技术，特别涉及燃料电池堆单池工作电压技术。
技术背景燃料电池堆在开路状态或低电密状态下运行时，高电位腐蚀通常会加速燃料电池 的衰减。传统的解决办法是控制负载功率，使燃料电池堆避开此工作区。其不足是对于负 载不断变化的实际应用场合，将大大影响燃料电池堆的使用寿命。比如用作汽车动力时，由 于汽车负载不断变化，燃料电池可能必需较长时间工作在低电密区，这将大大影响燃料电 池堆的使用寿命。
发明内容本实用新型的目的是提供一种可提高燃料电池运行寿命的模块和使用方法，使燃 料电池堆无论在开机状态下还是在停机状态下，都能实时控制燃料电池堆单池电压工作在 稳定电压以下。本实用新型的技术方案是一种提高燃料电池运行寿命的模块，包括燃料电池堆、 负载继电器、负载、燃料电池堆冷却系统和低压电源，其特征在于所述提高燃料电池运行寿 命的模块还包括燃料电池堆电压调整单元，所述燃料电池堆电压调整单元包括电压调整控 制器、控制开关、电阻和水箱，所述电压调整控制器与燃料电池堆电输出线路电连接，与控 制开关电连接，与负载继电器电连接，所述水箱用管路与燃料电池堆冷却系统的冷却水箱 连通，所述电阻设置在水箱内，电阻通过控制开关并联在燃料电池堆电输出线路上。所述电 阻为高温电阻丝，外部用耐高温无缝不锈钢管封装。本实用新型所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述电压调整控 制器由信号采集电路、滞回比较电路、光耦电路和控制开关电路组成，所述信号采集电路由 电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容Cl和差动放大器Ul组成，电阻Rl的一端Vs+与燃料电池 堆的正极相连，电阻R2的另一端Vs-与燃料电池堆的负极相连，差动放大器Ul的输入端两 脚与燃料电池堆电输出端连接，电阻Rl和电阻R3串联在差动放大器Ul与燃料电池堆电输 出的正极连接的线路上，电阻R2并联在电阻R2连接点和差动放大器Ul与燃料电池堆电输 出的负极极连接的线路之间；所述滞回比较电路由比较器U2和电阻R4、电阻R5和电阻R6 组成，比较器U2的输入端的一脚与差动放大器Ul的输出端连接，电阻R4、电阻R5和电阻 R6串联连接，比较器U2的输入端的另一脚与电阻R4连接，比较器U2的输出端与电阻R6连 接，电阻R4和电阻R6为可调电阻；所述光耦电路由比较器U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9和 光耦U4组成，电阻R7和电阻R8串联，电阻R9并联在电阻R7和光耦U4的二极管的正极之 间，比较器U3的输入端的一脚与比较器U2的输出端连接，比较器U3的输入端的另一脚与 电阻R7和电阻R8连接点连接；所述控制开关电路由三极管Q1、三极管Q2、电阻RlO和控制 开关组成，三极管Ql的基极与光耦U4的发射极连接，三极管Ql的发射极与三极管Q2的基 极连接，三极管Ql的集电极Vo与控制开关继电器的一端连接，三极管Q2的发射极与直流电源的负极连接，三极管Q2的集电极与三极管Ql的集电极连接，在三极管Ql的集电极和 直流电源正极之间接有二极管D1，二极管Dl反向连接，电阻RlO的一端Vp+与控制开关继 电器的另一端连接。本实用新型所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述直流电源为 24V直流电源。本实用新型所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述的差动放大 器 Ul 是 AD620。本实用新型所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述比较器U2 是 LM393。本实用新型所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述光耦U4是 TLP521。本实用新型所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述三极管Ql 和三极管Q2是8050。本实用新型所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述控制开关是 EV200开关。本实用新型所述一种提高燃料电池运行寿命的模块的使用方法包括以下步骤a、将系统电连接部分和水连接部分连接好，接通直流电源，燃料电池堆处于发电 状态；b、调节电压调整控制器滞回比较电路的电阻R4和电阻R6的阻值，使滞回比较器 达到需要阀值，实现光耦U4的快速导通和截止；C、调节电压调整控制器滞回比较电路的电阻R4和电阻R5的阻值，使燃料电池堆 输出电压为设定高限值时，控制开关导通，当燃料电池堆输出电压为低限值时控制开关截 止；d、以上述调节好的状态参与燃料电池堆运行。本实用新型的基本原理是系统燃料电池堆电压调整单元实时监测燃料电池堆的 输出电压，当燃料电池堆输出电压平均值超过设定值VI，则控制吸合控制开关，接通电阻， 当燃料电池堆输出电压平均值低压设定值V2，则控制断开控制开关，断开电阻，使燃料电池 堆单池电压工作在稳定电压(0.85V)以下，从而提高燃料电池运行寿命。本实用新型的有益效果是可以使燃料电池堆无论在开机状态下还是在停机状态 下，都能实时控制燃料电池堆单池电压工作在稳定电压(0.85V)以下，具有实现简单、成本 低、系统结构简单和可提高燃料电池运行寿命等优点。
本实用新型共有附图二幅，其中图1是本实用新型的系统原理图，图2是电压调整控制器电路图。图中，100、燃料电池堆，200、负载继电器，300、燃料电池堆电压调整单元，301、电 压调整控制器，302、控制开关，303、电阻，304、水箱，400、负载，500、燃料电池堆冷却系统， 600、低压电源。
具体实施方式
以30kw燃料电池发电系统为例对本实用新型的作进一步描述。燃料电池堆100 包括300节单电池，负载继电器200是EV200型继电器，燃料电池堆电压调整单元300由电 压调整控制器301、控制开关302、电阻303和水箱组成304，控制开关302是EV200型开关， 电阻303的阻值为18欧姆，电压调整控制器301由信号采集电路、滞回比较电路、光耦电路 和控制开关电路组成，负载400是30kw电子负载，低压电源600是24V电瓶。电压调整控 制器与燃料电池堆电输出线路并联连接，与控制开关电连接，与负载继电器电连接，水箱用 管路与燃料电池堆冷却系统的冷却水箱连通，电阻设置在水箱内，电阻通过控制开关并联 在燃料电池堆电输出线路上。电阻R1、R2、R3以及电容Cl和差动放大器Ul组成信号采集 电路，将信号衰减到0 10V，比较器U2和R4、R5、R6组成滞回比较器，通过调节R4和R6 的阻值实现滞回比较器阀值的大小，U3和R7、R8实现光耦U4的快速导通和截止；Q1、Q2和 RlO控制控制开关302的导通和截止；Vp+和Vp-分别接24V电源的正端和负端，VI+和Vo 连接在继电器的两端。使用时，调节电阻R4和电阻R5，使燃料电池堆输出电压为250V时，控制开关302 导通，接通电阻303，当燃料电池堆输出电压为200V时，控制开关302截止，断开电阻303。上述实施例，经实际测试，导通单电压在0.768-0. 816之间，截止单电压在 0，628-0，813之间，具体数据如下
权利要求1.一种提高燃料电池运行寿命的模块，包括燃料电池堆(100)、负载继电器000)、负 载G00)、燃料电池堆冷却系统(500)和低压电源(600)，燃料电池堆(100)通过负载继 电器(200)与负载(400)连接，其特征在于所述提高燃料电池运行寿命的模块还包括燃 料电池堆电压调整单元(300)，所述燃料电池堆电压调整单元(300)包括电压调整控制器(301)、控制开关(302)、惰性电阻(303)和水箱(304)，所述电压调整控制器(301)与燃料 电池堆电输出线路电连接，与控制开关(302)电连接，与负载继电器O00)电连接，所述水 箱(304)用管路与燃料电池堆冷却系统(500)的冷却水箱连通，所述惰性电阻(30 设置 在水箱(304)内，惰性电阻(303)通过控制开关(302)并联在燃料电池堆(100)电输出线 路上。
2.根据权利要求1所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述电压调整 控制器(301)由信号采集电路、滞回比较电路、光耦电路和控制开关电路组成，所述信号采 集电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容Cl和差动放大器Ul组成，电阻Rl的一端Vs+与燃 料电池堆的正极相连，电阻R2的另一端Vs-与燃料电池堆的负极相连，差动放大器Ul的输 入端两脚与燃料电池堆电输出端连接，电阻Rl和电阻R3串联在差动放大器Ul与燃料电池 堆电输出的正极连接的线路上，电阻R2并联在电阻R2连接点和差动放大器Ul与燃料电池 堆电输出负极连接的线路之间；所述滞回比较电路由比较器U2、电阻R4、电阻R5和电阻R6 组成，比较器U2的输入端的一脚与差动放大器Ul的输出端连接，电阻R4、电阻R5和电阻 R6串联连接，比较器U2的输入端的另一脚与电阻R4连接，比较器U2的输出端与电阻R6连 接，电阻R4和电阻R6为可调电阻；所述光耦电路由比较器U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9和 光耦U4组成，电阻R7和电阻R8串联，电阻R9并联在电阻R7和光耦U4的二极管的正极之 间，比较器U3的输入端的一脚与比较器U2的输出端连接，比较器U3的输入端的另一脚与 电阻R7和电阻R8连接点连接；所述控制开关电路由三极管Q1、三极管Q2、电阻RlO和控制 开关组成，三极管Ql的基极与光耦U4的发射极连接，三极管Ql的发射极与三极管Q2的基 极连接，三极管Ql的集电极Vo与控制开关(302)的继电器的一端连接，三极管Q2的发射 极与直流电源的负极连接，三极管Q2的集电极与三极管Ql的集电极连接，在三极管Ql的 集电极和直流电源正极之间接有二极管D1，二极管Dl反向连接，电阻RlO的一端Vp+与控 制开关(30 继电器的另一端连接。
3.根据权利要求2所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述直流电源 为24V直流电源。
4.根据权利要求2所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述的差动放 大器Ul是AD620。
5.根据权利要求2所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述比较器U2 是 LM393。
6.根据权利要求2所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述光耦U4是 TLP521。
7.根据权利要求2所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述三极管Ql 和三极管Q2是8050。
8.根据权利要求2所述一种提高燃料电池运行寿命的模块，其特征在于所述控制开关(302)是EV200 开关。
专利摘要一种提高燃料电池运行寿命的模块，包括燃料电池堆、负载继电器、负载、燃料电池堆冷却系统、低压电源和燃料电池堆电压调整单元，燃料电池堆电压调整单元包括电压调整控制器、控制开关、惰性电阻和水箱，电压调整控制器与燃料电池堆电输出线路并联连接，与控制开关电连接，与负载继电器电连接，水箱用管路与燃料电池堆冷却系统的冷却水箱连通，惰性电阻设置在水箱内，惰性电阻通过控制开关并联在燃料电池堆电输出线路上。本实用新型的有益效果是可以使燃料电池堆无论在开机状态下还是在停机状态下，都能实时控制燃料电池堆单池电压工作在0.85V以下，具有实现简单、成本低和系统结构简单等优点。
文档编号H01M8/04GK201877515SQ201020630608
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者侯中军, 戚朋, 李加良, 王克勇, 高全勇, 黄东波 申请人:新源动力股份有限公司