基於超級電容主動補償的燃料電池單體電壓平衡控制系統

來自搜狐網的圖片

基於超級電容主動補償的燃料電池單體電壓平衡控制系統為了解決膜電極高電位和電位循環難題，目前普遍採用在燃料電池堆輸出端並聯超級電容模組的方法，但該方法只能對燃料電池^[1]堆整體輸出電壓進行平衡補償，不能實現對每個膜電極單體工作電位的實時檢測與補償。

1、課題來源與背景

1.1 車用氫燃料電池堆關鍵部件膜電極主要劣化模式為：

（1）頻繁啟停引起的膜電極高電位造成催化劑碳載體腐蝕

（2）反覆加減速引起的膜電極電位循環造成催化劑鉑顆粒粗大化

1.2 為了解決膜電極高電位和電位循環難題，目前普遍採用在燃料電池堆輸出端並聯超級電容模組的方法，但該方法只能對燃料電池堆整體輸出電壓進行平衡補償，不能實現對每個膜電極單體工作電位的實時檢測與補償。

2.1 本課題採用在燃料電池堆中每個膜電極單體中都加入獨立的主動補償控制電路和獨立的超級電容單體，能夠實現對每個膜電極單體工作電位的實時精確控制，直接緩解由於實際車用工況條件下頻繁啟停和反覆加減速所引起的膜電極單體高電位和電位循環的問題。

2.2 基於超級電容主動補償的燃料電池堆膜電極單體電壓平衡控制方法，能夠控制膜電極單體電壓平衡在0.6～0.9V之內，能夠有效提升燃料電池堆的工作壽命。

3.1 針對目前實際車用工況條件下，燃料電池膜電極單體高電位緩解和膜電極電位循環緩解研究中的難題，創新性地提出基於超級電容主動補償方法的燃料電池堆膜電極單體電位平衡控制的技術方案。

3.2 能夠實現對每個膜電極單體工作電位的實時精確控制，使燃料電池膜電極單體電壓平衡在最佳工作點附近，能夠緩解由於實際車用工況條件下頻繁啟停和反覆加減速所引起的燃料電池堆中每個膜電極單體高電位和電位循環的問題，有效提升燃料電池堆工作壽命。

4.1 完成了燃料電池膜電極單體電壓檢測電路軟硬件設計及研製工作，該產品已經應用於5KW和30KW燃料電池發動機系統中，這兩種型號的燃料電池發動機系統均已通過了國家新能源機動車產品質量監督檢驗中心的檢測。

4.2 完成了燃料電池堆主控電路軟硬件設計及研製工作，該產品已經應用於5KW和30KW燃料電池發動機系統中，這兩種型號的燃料電池發動機系統均已通過了國家新能源機動車產品質量監督檢驗中心的檢測。

4.3 完成了超級電容主動補償控制電路軟硬件設計及研製工作，該產品已經應用於30KW燃料電池發動機系統中，該型號的燃料電池發動機系統已通過了國家新能源機動車產品質量監督檢驗中心的檢測。

5.1 已應用於南通百應能源有限公司^[2]的5KW燃料電池發動機系統，型號為BYFC-A5KW-002。

5.2 已應用於南通百應能源有限公司的30KW燃料電池發動機系統，型號為BYFC-A30KW-004。 5.3 存在問題主要是成本問題，下一步的研究重點為提高控制系統的性價比。