[发明专利]一种集成交流阻抗功能的燃料电池系统及其控制方法

说明书

本发明提供了一种集成交流阻抗功能的燃料电池系统及其控制方法，涉及燃料电池技术领域。本发明提供的燃料电池系统，包括电堆、电感器件、开关器件一、开关器件二、二极管、电容和电阻，所述电堆、电阻和开关器件一构成第一通路，电堆、电感器件和开关器件二构成第二通路，电堆、电感器件、二极管和电容构成第三通路，开关器件一和开关器件二均为高频开关器件，电阻能够实现交流扰动功能。本发明能够实现对电堆较高电压的放电作用，可以在较短时间内使其降低到安全电压以下，保证燃料电池系统的高压安全，且本发明通过将交流阻抗功能与DC放电功能耦合，减少了零部件的数量，降低了控制耦合的复杂度，简单可靠。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种集成交流阻抗功能的燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池的工作原理是氢气和氧气发生电化学反应，生成水的同时输出电能。由于燃料电池单体的电压通常小于1V,在实际应用时，需要将上百片单体串联组成燃料电池电堆，并匹配相应的外围附件，构成燃料电池系统。

交流阻抗技术是燃料电池内部状态估计的关键技术之一。现有的方案通常是通过DC/DC系统的四相或三相驱动之中的一相扰动产生高频扰动电流，但是这种扰动方式与DC本身的控制耦合，控制较为复杂，并且仅能实现堆级别的测量；已知的其他方案还有在DC前端增加电感电容和高频器件的扰动电路，但此电路本身较为复杂。并且已知的是，DC/DC系统通常会在输出端增加放电电阻，释放高压能量，无法避免高压电安全问题。

因此，亟需提供一种集成交流阻抗功能的燃料电池系统及其控制方法，以解决现有技术中控制复杂、安全性差的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成交流阻抗功能的燃料电池系统及其控制方法，其实现了对电堆较高电压的放电作用，降低了控制耦合的复杂度，保证了燃料电池系统的高压安全。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

本发明提供了一种集成交流阻抗功能的燃料电池系统，包括电堆、电感器件、开关器件一、开关器件二、二极管、电容和电阻，所述电堆、所述电阻和所述开关器件一构成第一通路，所述电堆、所述电感器件和所述开关器件二构成第二通路，所述电堆、所述电感器件、所述二极管和所述电容构成第三通路，所述开关器件一和所述开关器件二均为高频开关器件，所述电阻能够实现交流扰动功能。

进一步地，所述高频开关器件能够产生高频或低频扰动。

进一步地，所述高频开关器件的高频为1KHz，低频为200Hz。

进一步地，所述高频开关器件为绝缘栅双极型晶体管或者金属氧化物半导体场效应晶体管。

进一步地，所述高频开关器件产生的扰动电流为5-10A。

进一步地，所述集成交流阻抗功能的燃料电池系统还包括远程控制单元。

本发明还提供了一种如上述任一项技术方案所述的集成交流阻抗功能的燃料电池系统的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

S100：判断电堆是否需要放电，若是，则转入S500；若否，则转入S200；

S200：判断燃料电池系统是否需要采集阻抗信号，若是，则转入S300，若否，则回到S100；

S300：控制开关器件一进行扰动，并计算对应阻抗；

S400：控制开关器件一闭合；

S500：判断电堆的电压是否下降到目标电压，若是，则转入S600；若否，则转入S400；

S700：结束。

进一步地，S300具体包括如下步骤：