專利名稱：燃料電池組輸出電壓調(diào)整方法及輸出電壓可調(diào)整的燃料電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)，特別提供了一種燃料電池組輸出電壓的調(diào)整方法及可自動(dòng)調(diào)整輸出電壓的燃料電池組。
燃料電池的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻較大，過(guò)載能力有限，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，電池性能還會(huì)逐漸下降。為了滿足用戶對(duì)電源電壓的各種要求(例如，在負(fù)荷成倍變化時(shí)，工作電壓要穩(wěn)定在一定范圍內(nèi))，必須對(duì)電池組的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，國(guó)外通常采用下述幾種方法1.當(dāng)電池組輸出電壓高于預(yù)定值時(shí)，向燃料氣和/或氧化劑中加入一定量的情性氣體，或?qū)㈥帢O排放氣部分循環(huán)回陰極供氣中，以降低輸出電壓。2.根據(jù)負(fù)載的變化控制燃料氣和氧化劑的壓力和流速。3.正常負(fù)載時(shí)將部分電能用于給蓄電池充電，以保證峰值負(fù)載時(shí)電壓在控制范圍內(nèi)。4.在采用重整裝置獲得粗氫的系統(tǒng)中，根據(jù)負(fù)載的變化，控制重整反應(yīng)器的反應(yīng)條件和進(jìn)料速度，以改變所轉(zhuǎn)化的粗氫的壓力、流速以及含氫量等。如文獻(xiàn)1 Ger.Offer 2,941,514所提供的方法是，當(dāng)電池負(fù)荷降低，輸出電壓超過(guò)額定值時(shí)，將陰極排放氣部分循環(huán)加入陰極的供氣中，以降低氧分壓，從而保證輸出電壓降到額定范圍之內(nèi)。文獻(xiàn)2 Jpn.Kokai Tokkyo Koho JP.59,111,270的方法是將輸出功率與額定功率相比較，以此控制燃料和氧化劑供氣管路上的電磁閥，以調(diào)整供氣壓力和流速，達(dá)到控制輸出功率的目的。上述方法均存在控制條件復(fù)雜，難于實(shí)施，可靠性差的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池組輸出電壓調(diào)整方法及輸出電壓可調(diào)整的燃料電池組，其易于實(shí)現(xiàn)，可靠性高。
本發(fā)明提供了一種燃料電池組輸出電壓調(diào)整方法，其特征在于在整個(gè)電池組中加裝1～6個(gè)單元的備用電池，每單元備用電池包括1～5個(gè)單電池；當(dāng)總電壓低于額定值的下限時(shí)，部分或全部備用電池接入電路工作；當(dāng)電池組輸出電壓高于額定值上限時(shí)，再切除這些備用電池。
其中，備用電池單元數(shù)最好為1～3個(gè)，每單元備用電池最好包括2～3個(gè)單電池。
本發(fā)明還提供了一種采用上述方法的輸出電壓可調(diào)整的燃料電池組，其特征在于整個(gè)電池組由額定電池組通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電路串接1～6個(gè)單元備用電池構(gòu)成，每單元備用電池包括1～5個(gè)單電池；其中控制驅(qū)動(dòng)電路的核心為磁閉鎖繼電器JMX-5M，JMX-5M的觸點(diǎn)JH使備用電池接入整個(gè)電池組，JK使備用電池切除，電壓比較電路通過(guò)兩個(gè)振蕩器1、2和由三極管構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)橋式倒相電路與磁閉鎖繼電器JMX-5M相接。
此外每單元備用電池組兩端接二極管。
為控制燃料電池組的輸出電壓在預(yù)定范圍內(nèi)，本發(fā)明提供的技術(shù)包括如下要點(diǎn)1.整個(gè)電池組加裝備用電池，備用電池的加載以總輸出電壓值為指令。當(dāng)總電壓低于額定值的下限，部分或全部備用電池接入電路工作，使電壓升高達(dá)到額定值；當(dāng)電池組輸出電壓高于額定值的上限時(shí)，再切除這些備用電池，使之空載。
2.備用電池單元數(shù)和每單元備用電池的單池個(gè)數(shù)，應(yīng)該根據(jù)單池的性能，負(fù)載變化的范圍和要求控制的精度、電池長(zhǎng)期工作性能衰減的情況等來(lái)確定。
3.電壓調(diào)整電子線路按

圖1方框圖設(shè)計(jì)備用電池的接入和切除通過(guò)控制磁閉鎖繼電器JMX-5M來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)輸出電壓高于額定值時(shí)，JMX-5M向一邊吸合，使觸點(diǎn)JK閉合，JH斷開(kāi)，備用電池不接入電池組(或從電池組切除)。當(dāng)輸出電壓低于額定值時(shí)，JMX-5M向另一邊吸合，觸點(diǎn)JK斷開(kāi)，JH閉合，備用電池接入電池組工作。
該電壓調(diào)整系統(tǒng)可以同時(shí)將多個(gè)單元備用電池接入或切除。當(dāng)輸出電壓低于額定值下限時(shí)，系統(tǒng)指令第一單元接入，如仍不能達(dá)到要求則按入第二單元，第三單元，直到輸出電壓高于下限值；反之若輸出電壓高于上限值則從已加載的最后一個(gè)單元開(kāi)始切除，直至全部切除為止。
在備用電池切換過(guò)程中，即JMX-5M的觸點(diǎn)JH、JK轉(zhuǎn)換過(guò)程中，通過(guò)二極管D與電池組和負(fù)載構(gòu)成回路，以保證電池組的輸出不發(fā)生瞬間開(kāi)路。
4.磁閉鎖繼電器的控制驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示，當(dāng)電池組輸出電壓低于控制下限時(shí)，控制電路輸出的信號(hào)Vcon為低電平，振蕩器1輸出一串方波，三極管T3、T5、T3導(dǎo)通，電流由左端流入，從右端流出，然電器觸點(diǎn)與JH端吸合，備用電池接入；當(dāng)電池組輸出電壓高于控制上限時(shí)，控制電路輸出的信號(hào)Vcon為高電平，振蕩器2輸出一串方波，三極管T4、T6、T7導(dǎo)通，電流由右端流入，從左端流出，繼電器觸點(diǎn)與JK端吸合，備用電池切除。
總之，1.本發(fā)明在輸出電壓控制中首次采用電池組內(nèi)預(yù)裝備用電池的方案，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)。
2.所設(shè)計(jì)的電路保證了備用電池的正確切換，切換過(guò)程無(wú)瞬間開(kāi)路。
3.由于本發(fā)明采用切換備用電池的方法，不需改變操作參數(shù)，電池系統(tǒng)可以始終工作在最佳條件下，提高了整個(gè)燃料電池組的效率。
4.采用本發(fā)明的電壓調(diào)整技術(shù)，即使在輸出功率大幅度變化(例如成倍增加)時(shí)，電池組的輸出電壓仍能控制在額定范圍內(nèi)，這是其它通過(guò)改變操作參數(shù)控制電壓的方案所難以達(dá)到的。
5.利用脈沖串控制繼電器，不僅動(dòng)作可靠，而且可以節(jié)省驅(qū)動(dòng)電路消耗的電能。利用三極管組成無(wú)觸點(diǎn)的橋式倒相電路，克服了有觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、壽命短、耗電大的缺點(diǎn)。
下面結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例詳述本發(fā)明。
附圖1為電壓調(diào)整電路方框圖。
附圖2為磁閉鎖繼電器的控制驅(qū)動(dòng)電路。
附圖3為電壓控制電路I。
附圖4為電壓控制電路II。
實(shí)施例1一個(gè)由31個(gè)單池組成的燃料電池組I，其中兩個(gè)(第25、26個(gè))為一個(gè)單元的備用電池。要求輸出電壓控制在26.5±0.15V和29.8±0.15V之間。圖3為電壓控制電路，電池輸出電壓VS經(jīng)DW1、DW2降壓后，由R4、R5分壓后作為取樣電壓接入比較器的正輸入端，基準(zhǔn)電壓6V經(jīng)R1、R2和R3分壓后接入比較器的負(fù)輸入端作為比較電壓。當(dāng)取樣電壓高于比較電壓時(shí)，輸出電壓Vcon為高電平，當(dāng)取樣電壓低于比較電壓時(shí)，輸出電壓Vcon為低電平。將Vcon輸入圖2的驅(qū)動(dòng)電路作控制電壓，即可實(shí)現(xiàn)備用電池的切換。
表1為燃料電池組I輸出電壓的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
實(shí)施例239個(gè)單電池組成燃料電池組II，其中四個(gè)組成兩個(gè)單元的備用電池(第21、22個(gè)為第一單元，第31、32個(gè)為第二單元)。要求電壓控制在26.5±0.15V和29.8±0.15V之間。
圖4為電壓控制電路。U4為通用雙向移位寄存器，其中左移預(yù)置"1"，右移預(yù)置"0"，當(dāng)取樣電壓VS低于比較電壓VL時(shí)，寄存器右移置"0"，當(dāng)取樣電壓高于比較電壓VL時(shí)，寄存器左移置"1"。Q為控制信號(hào)輸出端。把Q1輸出到一組繼電器的驅(qū)動(dòng)電路的輸入端Vcon1，把Q2輸出到另一組繼電器的驅(qū)動(dòng)電路的輸入端Vcon2，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)單元備用電池的切換。根據(jù)這個(gè)原理，該控制電路經(jīng)適當(dāng)調(diào)整可用于任意單元數(shù)備用電池的切換。
表2為燃料電池組II輸出電壓的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
在以上兩個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)切換瞬間燃料電池組的輸出電壓，均未發(fā)現(xiàn)毫秒級(jí)的斷路。環(huán)境溫度在20～60℃范圍內(nèi)變化，電壓調(diào)整的上下限變化小于0.05V。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池組輸出電壓調(diào)整方法，其特征在于在整個(gè)電池組中加裝1～6個(gè)單元的備用電池，每單元備用電池包括1～5個(gè)單電池；當(dāng)總電壓低于額定值的下限時(shí)，部分或全部備用電池接入電路工作；當(dāng)電池組輸出電壓高于額定值上限時(shí)，再切除這些備用電池。
2.按權(quán)利要求1所述燃料電池組輸出電壓調(diào)整方法，其特征在于備用電池單元數(shù)為1～3個(gè)，每單元備用電池包括2～3個(gè)單電池。
3.一種輸出電壓可調(diào)整的燃料電池組，其特征在于整個(gè)電池組由額定電池通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電路串接1～6個(gè)單元備用電池構(gòu)成，每單元備用電池包括1～5個(gè)單電池；其中控制驅(qū)動(dòng)電路的核心為磁閉鎖繼電器JMX-5M，JMX-5M的觸點(diǎn)JH使備用電池接入整個(gè)電池組，JK使備用電池切除，電壓比較電路通過(guò)兩個(gè)振蕩器1、2三極管構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)橋式倒相電路與磁閉鎖繼電器JMX-5M相接。
4.按權(quán)利要求3所述輸出電壓可調(diào)整的燃料電池組，其特征在于每單元備用電池組兩端接二極管。
全文摘要
一種燃料電池組輸出電壓調(diào)整方法,其特征在于:在整個(gè)電池組中加裝1～6個(gè)單元的備用電池,每單元備用電池包括1～5個(gè)單電池;當(dāng)總電壓低于額定值的下限時(shí),部分或全部備用電池接入電路工作;當(dāng)電池組輸出電壓高于額定值上限時(shí),再切除這些備用電池。本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn),可靠性高。
文檔編號(hào)H01M8/24GK1242615SQ9811417
公開(kāi)日2000年1月26日 申請(qǐng)日期1998年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月22日
發(fā)明者衣寶廉, 袁權(quán), 孫德堯, 畢可萬(wàn) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所