一种电堆输出恒压和恒流模式的切换方法和切换装置与流程

本技术涉及电力电子设备，具体涉及一种电堆输出恒压和恒流模式的切换方法和切换装置。

背景技术：

1、随着制氢技术的发展，氢燃料电池离我们的生活越来越近。氢燃料电池是使用氢元素制造成储存能量的电池，使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60％～80％，而且污染少、噪音小，装置可大可小，非常灵活。

2、现有技术的一种氢燃料电池系统dc/dc(direct current/direct current，直流转直流)变换器连接示意图如图1所示，其中vi为dc/dc输入电压，即氢燃料电堆电压；ii为dc/dc输入电流，即氢燃料电堆电流；vo为dc/dc输出电压，即动力电池电压；io为dc/dc输出电流。在该氢燃料电池系统中，dc/dc变换器的控制目标有两个：一是电堆恒流，即控制电堆输出电流恒定，从电堆抽流并通过升压或降压输送至动力电池侧；二是电堆恒压，即控制电堆输出电压恒定，则电堆输出电流由恒压点和电堆输出电压-电流特性曲线所得。

3、氢燃料电堆输出开路电压持续时间过长会严重影响电堆寿命。为此，现有技术有两种解决方式：第一种是dc/dc变换器工作在电堆恒流控制模式，通过抽流将电堆输出电压拉低；第二种是在电堆启动时电堆控制单元使dc/dc变换器工作在电堆恒压控制模式，将电堆输出电压限制在设定值，当接收到电堆控制单元控制模式切换指令后工作在电堆恒流控制模式。

4、发明人在实现本发明时发现，现有的dc/dc变换器工作在电堆恒流控制模式时，由于电堆输出电压-电流特性曲线随电堆温度和湿度等因素影响，难以将恒流值与限压值保持对应；而通过指令切换恒压恒流的方式仅适用于电堆启动过程，在电堆重载运行变轻载运行的过程中若采用这种方式实现的电堆输出限压功能会存在较大的通信延时以及增加电堆控制单元工作量等问题，而电堆恒流和电堆恒压控制模式切换过程存在延时会造成电堆输出开路过压。

技术实现思路

1、有鉴于此，本说明书实施例提供一种电堆输出恒压和恒流模式的切换方法和切换装置，解决了现有技术在电堆恒流和电堆恒压控制模式切换过程存在延时造成电堆输出开路过压的缺陷。

2、本说明书实施例提供以下技术方案：

3、提供了一种电堆输出恒压和恒流模式的切换方法，所述方法包括以下步骤：

4、a、判断电堆输出的负载情况；

5、b、当所述电堆输出处于重载时，控制所述电堆输出处于恒流模式；当所述电堆输出处于轻载时，控制所述电堆输出处于恒压模式。

6、在一些实施例中，所述步骤a具体包括：

7、a1、获取电堆恒流指令；

8、a2、获取电堆恒压闭环电流；

9、a3、比较所述电堆恒流指令和电堆恒压闭环电流；当所述电堆恒流指令大于所述电堆恒压闭环电流时，所述电堆输出处于重载；当所述电堆恒流指令小于所述电堆恒压闭环电流时，所述电堆输出处于轻载。

10、在一些实施例中，在所述步骤a1中，所述电堆恒流指令为预先设置的电流值。

11、在一些实施例中，所述步骤a2具体包括：

12、a21、获取电堆恒压指令；

13、a22、获取电堆采样电压；

14、a23、根据所述电堆恒压指令与电堆采样电压的差，获取恒压调节电流；

15、a24、对所述恒压调节电流进行恒压电流限制，获取所述电堆恒压闭环电流。

16、在一些实施例中，所述电堆恒压指令为预先设置的电压值。

17、在一些实施例中，所述步骤a22具体包括：

18、a221、获取电堆实际电流；

19、a222、根据电堆伏安模型，将所述电堆实际电流转换为电堆实际电压；

20、a223、对所述电堆实际电压进行采样，获取电堆采样电压。

21、在一些实施例中，所述步骤a223具体为：对所述电堆实际电压进行低通滤波，得到电堆采样电压。

22、在一些实施例中，所述步骤a24具体包括：

23、a241、获取所述电堆恒流指令与电堆恒压模式最大运行电流的差；

24、a242、当所述恒压调节电流大于或等于0时，所述电堆恒压闭环电流的值为0；当所述恒压调节电流小于0，且大于所述电堆恒流指令与电堆恒压模式最大运行电流的差时，所述电堆恒压闭环电流的值等于所述恒压调节电流的值；当所述恒压调节电流小于或等于所述电堆恒流指令与电堆恒压模式最大运行电流的差时，所述电堆恒压闭环电流的值等于所述电堆恒流指令与电堆恒压模式最大运行电流的差。

25、在一些实施例中，所述电堆恒压模式最大运行电流为预先设置的电流值。

26、在一些实施例中，所述步骤b包括：

27、b1、根据所述电堆恒流指令和电堆恒压闭环电流，获取电堆实际电流指令；

28、b2、获取电堆采样电流；

29、b3、根据所述电堆实际电流指令和电堆采样电流的差，获取电堆实际电流；

30、b4、根据所述电堆实际电流控制电堆的输出电流。

31、在一些实施例中，所述步骤b1包括：

32、b11、获取dc/dc变换器最大运行电流和dc/dc变换器最小运行电流；

33、b12、获取所述电堆恒流指令与电堆恒压闭环电流的差；

34、b13、当所述电堆恒流指令与电堆恒压闭环电流的差大于或等于所述dc/dc变换器最大运行电流时，所述电堆实际电流指令的值为dc/dc变换器最大运行电流的值；当所述电堆恒流指令与电堆恒压闭环电流的差小于所述dc/dc变换器最大运行电流，且大于所述dc/dc变换器最小运行电流时，所述电堆实际电流指令的值等于所述电堆恒流指令与电堆恒压闭环电流的差；当所述电堆恒流指令与电堆恒压闭环电流的差小于或等于所述dc/dc变换器最小运行电流时，所述电堆实际电流指令的值等于所述dc/dc变换器最小运行电流的值。

35、在一些实施例中，所述步骤b2包括：

36、b21、获取电堆实际电流；

37、b22、对所述电堆实际电流进行低通滤波，得到电堆采样电流。

38、在一些实施例中，所述步骤b3包括：

39、b31、根据所述电堆实际电流指令和电堆采样电流的差，获取脉宽调制的占空比；

40、b32、通过所述占空比控制电堆电流控制对象，得到电堆实际电流。

41、提供了一种电堆输出恒压和恒流模式的切换装置，所述装置包括电堆输出负载判断模块和切换模块；其中所述电堆输出负载判断模块和切换模块连接；

42、所述电堆输出负载判断模块，用于判断电堆输出的负载情况；

43、所述切换模块，用于当所述电堆输出处于重载时，控制所述电堆输出处于恒流模式；当所述电堆输出处于轻载时，控制所述电堆输出处于恒压模式。

44、在一些实施例中，所述电堆输出负载判断模块包括电堆恒流指令设置子模块、电堆恒压闭环电流获取子模块和比较子模块；其中所述比较子模块分别与所述电堆恒流指令设置子模块和电堆恒压闭环电流获取子模块连接；

45、所述电堆恒流指令设置子模块，用于设置电堆恒流指令；

46、所述电堆恒压闭环电流获取子模块，用于获取电堆恒压闭环电流；

47、所述比较子模块，用于比较所述电堆恒流指令和电堆恒压闭环电流；当所述电堆恒流指令大于所述电堆恒压闭环电流时，所述电堆输出处于重载；当所述电堆恒流指令小于所述电堆恒压闭环电流时，所述电堆输出处于轻载。

48、在一些实施例中，所述电堆恒压闭环电流获取子模块包括电堆恒压指令设置单元、电堆采样电压获取单元、恒压调节单元和恒压电流限制单元；其中所述恒压调节单元分别与所述电堆恒压指令设置单元、电堆采样电压获取单元和恒压电流限制单元连接；

49、所述电堆恒压指令设置单元，用于获取电堆恒压指令；

50、所述电堆采样电压获取单元，用于获取电堆采样电压；

51、所述恒压调节单元，用于根据所述电堆恒压指令与电堆采样电压的差，获取恒压调节电流；

52、所述恒压电流限制单元，用于对所述恒压调节电流进行恒压电流限制，获取所述电堆恒压闭环电流。

53、在一些实施例中，所述电堆采样电压获取单元包括电堆伏安模型子单元和电压低通滤波子单元；所述电堆伏安模型子单元和电压低通滤波子单元连接；

54、所述电堆伏安模型子单元，用于获取电堆实际电流，并根据电堆伏安模型，将所述电堆实际电流转换为电堆实际电压；

55、所述电压低通滤波子单元，用于对所述电堆实际电压进行低通滤波，得到电堆采样电压。

56、在一些实施例中，所述切换模块包括恒流电流限制子模块、电堆采样电流获取子模块和电流调节子模块；其中所述电流调节子模块分别与所述恒流电流限制子模块和电堆采样电流获取子模块连接；

57、所述恒流电流限制子模块，用于根据所述电堆恒流指令和电堆恒压闭环电流，获取电堆实际电流指令；

58、所述电堆采样电流获取子模块，用于获取电堆采样电流；

59、所述电流调节子模块，用于根据所述电堆实际电流指令和电堆采样电流的差，获取电堆实际电流，并根据所述电堆实际电流控制电堆的输出电流。

60、在一些实施例中，所述电堆采样电流获取子模块为电流低通滤波器。

61、在一些实施例中，所述电流调节子模块包括恒流控制单元、脉宽调制单元和电堆电流控制对象；其中所述脉宽调制单元分别与所述恒流控制单元和电堆电流控制对象连接；

62、所述恒流控制单元，用于根据所述电堆实际电流指令和电堆采样电流的差，获取恒流控制电流；

63、所述脉宽调制单元，用于根据所述恒流控制电流获取脉宽调制的占空比；并通过所述占空比控制所述电堆电流控制对象，得到电堆实际电流。

64、与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本技术可以实现电堆恒流控制和电堆恒压控制的自动切换，能够在轻载工况下限压运行，在重载工况下通过削弱电堆电压来自动切换为恒流运行，本技术基于电堆本身特性可兼顾避免轻载下电堆输出开路过压和重载下电堆拉载输出需求。