一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法及其装置、车辆与流程

本发明涉及燃料电池系统，具体涉及一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法及其装置、车辆。

背景技术：

1、氢燃料电池主要由双极板、膜电极、集流板组成。其发电原理为控制氢气和氧气发生电化学反应，将反应物的化学能转换成电能，同时产生水和热。由于不断向氢燃料电池提供氢气和空气，从而不断生成电和水。当燃料电池系统停机关机之后，由于阳极和阴极内每节氢气和空气分布不均匀，会导致燃料电池单片电压呈现不均匀状态，如图3所示。某些单片电池电压比较低，某些单片电池电压比较高，如果某些电位较高的单片电池长时间处在高电位电势下，会容易发生碳载体腐蚀，降低燃料电池性能。特别是启停时，电位将达到1v多，会加速碳载体腐蚀。

2、传统的防止高电位的方法是将燃料电池外部串一个电阻，该方式虽然可以降低燃料电池电压，但是燃料电池每节电压电位均不一样，使用一个电阻将造成低电位单片电压更低，高电位单片电压下降不到位。专利cn116759603a提出一种防止高电位腐蚀氢燃料电池堆保护装置及控制方法虽然可以有效解决每节电压电位不一致泄放问题，但是该方法不能快速泄放电堆电压，满足不了工程应用上的快速泄放电堆的应用要求。针对于此现在提出一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法及其装置。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法及其装置、车辆，旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法，设有一种氢燃料电池系统停机泄放装置，包括依次相连的电堆模块、开关阵列和泄放模块，其中电堆模块设有至少两个单片电池，开关阵列设有开关k1、k2、k3、kn、k(n+1)以及开关k1a、k2a、k3a、…、kna、k(n+1)a，开关k1、k2、k3、kn、k(n+1)和开关k1a、k2a、k3a、…、kna、k(n+1)a分别对应连接单片电池，泄放模块包括第一泄放模块和第二泄放模块，第一泄放模块串接控制装置一，第二泄放模块串接控制装置二，包括以下步骤：

4、s1、开始；

5、s2、判断电堆模块平均电压vavg是否满足vavg＞0.6v，且电堆模块中最小单片电压vmin＞0.4v，如果是，则进入下一步，如果不是，则进入步骤s6；

6、s3、判断电堆模块的各单片电压的电压标准差是否小于0.1；如果是，则进入下一步，如果不是，进入步骤s7；

7、s4、此时电压一致性较好，闭合开关k1至k（n+1）a全部开关，接通泄放模块二，开启控制装置二进行单片电压均衡泄放

8、s5、判断电压标准差是否大于0.2，且最小单片电压vmin是否小于0.2v，且电堆总电压是否满足安全电压，如果是，则进入步骤s11，如果不是，则返回步骤s2；

9、s6、电堆模组平均电压小于0.6v，分别将电压大于0.5v单片电池并入第一泄放模块上，进入下一步；

10、s7、开启控制装置一进行泄放，当各单片电池电压泄放至0.4v时，则分别断开该单片电池在开关阵列中对应的开关，进入下一步；

11、s8、判断电压标准差是否小于0.1，如果是，则进入步骤s4，如果不是，则进入下一步；

12、s9、将电压大于0.3v的单片电池并入泄放模块一，开启控制装置一进行泄放直至单片电池电压等于0.1v，则分别断开该单片电池在开关阵列中对应的开关，进入下一步；

13、s10、判断此时电堆模块是否满足安全电压，如果是，则进入下一步，如果不是，则返回步骤s9；

14、s11、完成泄放，结束。

15、在上述技术方案的基础上，步骤s2中平均电压，v为电堆模块的总电压，其中n为电堆片数。

16、在上述技术方案的基础上，步骤s3中单片电压的电压标准差，其中vi为单片电池的单片电压，n为电堆片数。

17、在上述技术方案的基础上，步骤s5和s10中安全电压为36v。

18、在上述技术方案的基础上，一种氢燃料电池系统停机泄放装置包括依次相连的电堆模块、开关阵列和泄放模块，其中电堆模块设有至少两个单片电池且编号为单片电池1、2、3、…、n、（n+1），开关阵列设有开关k1、k2、k3、kn、k(n+1)以及开关k1a、k2a、k3a、…、kna、k(n+1)a，开关k1、k2、k3、kn、k(n+1)和开关k1a、k2a、k3a、…、kna、k(n+1)a分别对应连接单片电池1、2、3、…、n、（n+1），其中开关kn和kna为一组并对应连接单片电池n正负极端，泄放模块包括第一泄放模块和第二泄放模块，第一泄放模块设有控制装置一，第二泄放模块设有控制装置二，氢燃料电池系统停机泄放装置还设有单片电压巡检器和微控制单元mcu，单片电压巡检器分别连接单片电池1、2、3、…、n、（n+1），微控制单元mcu电连接单片电压巡检器和开关阵列。

19、在上述技术方案的基础上，第一泄放模块和第二泄放模块均设有负载装置，且第一泄放模块和第二泄放模块的负载装置具有不同的负载功率。

20、在上述技术方案的基础上，第一泄放模块和第二泄放模块的负载装置为阻性负载，第一泄放模块的负载功率小于第二泄放模块的负载功率，第一泄放模块的泄放速率等于1/n倍第二泄放模块的泄放速率，其中n为电堆片数。

21、在上述技术方案的基础上，控制装置一和控制装置二为通断控制开关。

22、在上述技术方案的基础上，控制装置一和控制装置二为三极管、光耦继电器、mos管或绝缘栅双极晶体管。

23、在上述技术方案的基础上，一种氢燃料电池车具有所述的氢燃料电池系统停机泄放装置。

24、与现有技术相比，本发明的优点在于：

25、（1）本发明中的一种氢燃料电池系统停机泄放装置与现有技术相比，通过开关阵列的单独选通和泄放模块的分类泄放，实现了电堆模块电压的快速泄放，提高了单片电池电压的泄放效率和精准性，满足了车载燃料电池系统应用平台上的快速电堆停机泄压的应用要求。

26、（2）本发明中的一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法，通过单片巡检器（cvm）实时单片电池电压，并根据泄放模块一和泄放模块二设定的不同泄放功率，将高低不同电位的单片电池按照设定区间分类泄放，即泄放模块一和泄放模块二分别接入对应的单片电池单独泄放的方式，实现单片电池电压的快速泄放，通过算法对单片电池进行分类划分再分别放电泄压，既能在氢燃料电池系统停机准确高效地泄放，保证较好的电堆单片电压的均匀一致性，又实现了放电速度快速提升，具有十分显著的工程实用性。

技术特征：

1.一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法，其特征在于，设有一种氢燃料电池系统停机泄放装置，包括依次相连的电堆模块、开关阵列和泄放模块，其中电堆模块设有至少两个单片电池，开关阵列设有开关k1、k2、k3、kn、k(n+1)以及开关k1a、k2a、k3a、…、kna、k(n+1)a，开关k1、k2、k3、kn、k(n+1)和开关k1a、k2a、k3a、…、kna、k(n+1)a分别对应连接单片电池，泄放模块包括第一泄放模块和第二泄放模块，第一泄放模块串接控制装置一，第二泄放模块串接控制装置二，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法，其特征在于：所述步骤s2中平均电压，v为电堆模块的总电压，其中n为电堆片数。

3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法，其特征在于：所述步骤s3中单片电压的电压标准差，其中vi为单片电池的单片电压，n为电堆片数。

4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法，其特征在于：所述步骤s5和s10中安全电压为36v。

5.一种具有1-4任意一项所述一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法的装置，其特征在于：一种氢燃料电池系统停机泄放装置包括依次相连的电堆模块、开关阵列和泄放模块，其中电堆模块设有至少两个单片电池且编号为单片电池1、2、3、…、n、（n+1），开关阵列设有开关k1、k2、k3、kn、k(n+1)以及开关k1a、k2a、k3a、…、kna、k(n+1)a，开关k1、k2、k3、kn、k(n+1)和开关k1a、k2a、k3a、…、kna、k(n+1)a分别对应连接单片电池1、2、3、…、n、（n+1），其中开关kn和kna为一组并对应连接单片电池n正负极端，泄放模块包括第一泄放模块和第二泄放模块，第一泄放模块设有控制装置一，第二泄放模块设有控制装置二，氢燃料电池系统停机泄放装置还设有单片电压巡检器和微控制单元mcu，单片电压巡检器分别连接单片电池1、2、3、…、n、（n+1），微控制单元mcu电连接单片电压巡检器和开关阵列。

6.根据权利要求5所述的一种氢燃料电池系统停机泄放装置，其特征在于：所述第一泄放模块和第二泄放模块均设有负载装置，且第一泄放模块和第二泄放模块的负载装置具有不同的负载功率。

7.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统停机泄放装置，其特征在于所述：所述第一泄放模块和第二泄放模块的负载装置为阻性负载，第一泄放模块的负载功率小于第二泄放模块的负载功率，第一泄放模块的泄放速率等于1/n倍第二泄放模块的泄放速率，其中n为电堆片数。

8.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统停机泄放装置，其特征在于：所述控制装置一和控制装置二为通断控制开关。

9.根据权利要求8所述的一种氢燃料电池系统停机泄放装置，其特征在于：所述所述控制装置一和控制装置二为三极管、光耦继电器、mos管或绝缘栅双极晶体管（igbt）。

10.一种氢燃料电池车辆，其特征在于：所述氢燃料电池车辆具有如权利要求5-9任意一项所述的氢燃料电池系统停机泄放装置。

技术总结本发明公开了一种氢燃料电池系统停机泄放控制方法及其装置、车辆，涉及燃料电池系统技术领域，设有一种氢燃料电池系统停机泄放装置，包括依次相连的电堆模块、开关阵列和泄放模块，其中电堆模块设有至少两个单片电池，开关阵列设有开关分别对应连接单片电池，判断电堆模块各单片电压的平均电压及电压标准差，根据预设条件接通泄放模块一或泄放模块二，再开启控制装置一或控制装置二进行单片电压均衡泄放，本申请中的技术方案可以实现单片电池电压的快速泄放，通过算法对单片电池进行分类划分再分别进行放电泄压，既能在氢燃料电池系统停机准确高效地泄放，保证较好的电堆单片电压的一致性，又实现了放电速度快速提升，具有很好的实用性。技术研发人员：全欢,全琎,全书海受保护的技术使用者：武汉海亿新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29