一种燃料电池DCDC余氢放电控制方法与流程

本发明涉及应用于燃料电池领域的技术，尤其涉及燃料电池dc/dc余氢放电控制技术。

背景技术：

1、燃料电池电堆是一种大电流、低电压的发电装置；通过向燃料电池电堆的阳极和阴极持续输送氢气和氧气，供给的燃料在膜电极催化剂作用下发生电化学反应，将氢气中蕴含的化学能转变为电能对外输出。在整车搭载应用时，由于燃料电池电堆的输出特性偏软，在负载快速变载时响应速度较慢，因此无法直接作为动力源为主驱电机提供能量，需要经过dc/dc变换器升压调节之后，配合动力电池共同对外输出能量驱动汽车行驶。当燃料电池发动机关机时，此时电堆内部仍有未反应完的氢气，为保证电安全及电堆使用寿命，需要dc/dc变换器将电堆内残留的余氢能量及时释放掉。

2、传统的dc/dc变换器是通过在内部配置一个余氢放电电阻，余氢能量经过放电电阻后以热量的形式向空气中释放掉。例如公开号为cn 212811314u，公开日为2021年3月26日，专利名称为《一种氢燃料电池电堆放电控制装置》的公开文献，公开了一种氢燃料电池电堆放电控制装置，包括多只放电电阻、蓄电池、充电插座，还具有监测电路、控制电路；控制电路包括气压开关和继电器，气压开关安装在氢燃料电池的氢气主管道侧部；监测电路有相同的多路，多路监测电路和控制电路的继电器、蓄电池、充电插座安装在元件盒内，并和气压开关、多只放电电阻电性连接，多只放电电阻单独安装在外壳内。本新型当氢燃料电池停止发电时，能自动接通氢燃料电池和其中一只放电电阻之间的电源，还能自动根据放电时氢燃料电池产生的余电电量及电压针对性接通一只或多只放电阻之间的电源，不需人为操作。

3、类似的现有方案存在着以下几点不足之处：一方面，余氢能量无法被整车回收利用，造成氢气资源浪费；另一方面，现有方案放电时间过慢，以电堆放电过程中的平均电压为182伏特为例，放电量为150库伦，如果余氢放电电阻为500欧姆，则dc/dc变换器所需的放电时间约为150/(182/500)＝412秒，放电时间明显过长；最后一点，在余氢放电时会造成放电电阻过热，在大功率放电时，可能会导致余氢放电功能失效。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是实现一种燃料电池dc/dc余氢放电控制系统和方法，可结合燃料电池发动机的关机流程实现，进行余氢能量回收利用，节省电堆余氢放电时间，简化网络拓扑结构。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种燃料电池dcdc余氢放电控制方法，dc/dc变换器输入端通过铜排或线束连接至燃料电池电堆，输出端连接至负载；dc/dc对电堆产生的电压经过升压调节后对外输出，为负载提供能量，所述dc/dc变换器内部的输入端设有输入端继电器，所述输入端继电器的前端设有输入端电压采样v1，所述输入端继电器的后端设有输入端电流采样a1和输入端电压采样v2，所述输入端电压采样v1、输入端电流采样a1和输入端电压采样v2均设有相应的采样单元并通过dc/dc变换器连接至燃料电池系统控制器的信号输入端，通过判断系统条件，所述燃料电池系统控制器可下发余氢放电指令至dc/dc变换器，完成燃料电池电堆的余氢放电流程。

3、所述dc/dc变换器内部的输出端设有输出端电流采样a2和输出端电压采样v3，所述输出端电流采样a2和输出端电压采样v3均设有相应的采样单元并通过dc/dc变换器连接至燃料电池系统控制器的信号输入端。

4、所述dc/dc变换器内部设有升压功率板，所述升压功率板输入端正极经输入端继电器连接至燃料电池电堆正极，输入端负极连接至燃料电池电堆负极，所述升压功率板输入端正极和负极之间连接有输入端电容，输入端由输入端预充继电器和输入端预充电阻串联后与输入端主继电器并联构成，所述升压功率板输出端正极经输出端主正继电器连接动力电池正极，输出端负极经输出端主负继电器连接动力电池负极，所述升压功率板输出端正极和负极之间连接有输出端电容，输出端由输出端预充继电器和输出端预充电阻串联后与输出端主正继电器、输出端主负继电器并联构成。

5、dc/dc变换器所述负载为燃料电池系统高压bop零部件及整车动力电池。

6、执行燃料电池系统关机指令，之后判断燃料电池电堆电压是否低于设定安全电压，若否则进入dcdc余氢放电模式，直至燃料电池电堆电压低于设定安全电压。

7、所述燃料电池系统关机指令操作如下：

8、首选打开燃料电池系统的空气路旁通阀、背压阀；

9、调节电堆空气入堆截止阀和空气出堆截止阀开度，维持电堆阴极侧空气高压；

10、停止拉载电流，开始关机吹扫；

11、达到指定时间后关闭电堆空气入堆截止阀和出堆截止阀，旁通阀、背压阀，结束吹扫过程。

12、维持设定时间的余氢放电模式，并在放电时间超过设定时间时进行预警上报，使dc/dc变换器进入待机，放电期间主动判断燃料电池电堆电压是否大于设定电压值？若是则进行恒流放电模式，否则进行谐波放电。

13、所述恒流放电为按照预设曲线放电，持续把燃料电池电堆所带的电量传输到整车动力电池。

14、本发明燃料电池dcdc余氢放电控制系统和方法，避免了电堆余氢能量的浪费，提高了燃料的利用率，节省了电堆余氢放电的时间，并简化网络拓扑架构，降低dc/dc变换器的制造成本。

技术特征：

1.一种燃料电池dcdc余氢放电控制方法，dc/dc变换器输入端通过铜排或线束连接至燃料电池电堆，输出端连接至负载；dc/dc对电堆产生的电压经过升压调节后对外输出，为负载提供能量，其特征在于，所述dc/dc变换器内部的输入端设有输入端继电器，所述输入端继电器的前端设有输入端电压采样v1，所述输入端继电器的后端设有输入端电流采样a1和输入端电压采样v2，所述输入端电压采样v1、输入端电流采样a1和输入端电压采样v2均设有相应的采样单元并通过dc/dc变换器连接至燃料电池系统控制器的信号输入端，通过判断系统条件，所述燃料电池系统控制器可下发余氢放电指令至dc/dc变换器，完成燃料电池电堆的余氢放电流程。

2.根据权利要求1所述的燃料电池dcdc余氢放电控制方法，其特征在于：所述dc/dc变换器内部的输出端设有输出端电流采样a2和输出端电压采样v3，所述输出端电流采样a2和输出端电压采样v3均设有相应的采样单元并通过dc/dc变换器连接至燃料电池系统控制器的信号输入端。

3.根据权利要求2所述的燃料电池dcdc余氢放电控制方法，其特征在于：所述dc/dc变换器内部设有升压功率板，所述升压功率板输入端正极经输入端继电器连接至燃料电池电堆正极，输入端负极连接至燃料电池电堆负极，所述升压功率板输入端正极和负极之间连接有输入端电容，输入端由输入端预充继电器和输入端预充电阻串联后与输入端主继电器并联构成，所述升压功率板输出端正极经输出端主正继电器连接动力电池正极，输出端负极经输出端主负继电器连接动力电池负极，所述升压功率板输出端正极和负极之间连接有输出端电容，输出端由输出端预充继电器和输出端预充电阻串联后与输出端主正继电器、输出端主负继电器并联构成。

4.根据权利要求1、2或3所述的燃料电池dcdc余氢放电控制方法，其特征在于：dc/dc变换器所述负载为燃料电池系统高压bop零部件及整车动力电池。

5.根据权利要求4所述的燃料电池dcdc余氢放电控制方法，其特征在于：执行燃料电池系统关机指令，之后判断燃料电池电堆电压是否低于设定安全电压，若否则进入dcdc余氢放电模式，直至燃料电池电堆电压低于设定安全电压。

6.根据权利要求5所述的燃料电池dcdc余氢放电控制方法，其特征在于：所述燃料电池系统关机指令操作如下：

7.根据权利要求6所述的燃料电池dcdc余氢放电控制方法，其特征在于：维持设定时间的余氢放电模式，并在放电时间超过设定时间时进行预警上报，使dc/dc变换器进入待机，放电期间主动判断燃料电池电堆电压是否大于设定电压值？若是则进行恒流放电模式，否则进行谐波放电。

8.根据权利要求7所述的燃料电池dcdc余氢放电控制方法，其特征在于：所述恒流放电为按照预设曲线放电，持续把燃料电池电堆所带的电量传输到整车动力电池。

技术总结
本发明揭示了一种燃料电池DCDC余氢放电控制方法，DC/DC变换器输入端通过铜排或线束连接至燃料电池电堆，对电堆输出的电压经过升压调节后，输出端连接至负载并为负载提高能量，所述DC/DC变换器内部的输入端设有输入继电器，所述输入继电器的前端设有输入端电压采样V1，所述输入继电器的后端设有输入端电流采样A1和输入端电压采样V2，所述输入端电压采样V1、输入端电流采样A1和输入端电压采样V2均设有相应的采样单元并通过DC/DC变换器连接至燃料电池系统控制器的信号输入端，所述燃料电池系统控制器下发余氢放电指令至DC/DC变换器。本发明燃料电池DCDC余氢放电控制方法，避免了电堆余氢能量的浪费，提高了燃料的利用率，节省了电堆余氢放电的时间，并简化网络拓扑架构，降低DC/DC变换器的制造成本。

技术研发人员：任博,潘陈兵,潘立升,陈大华
受保护的技术使用者：安徽瑞氢动力科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31