燃料電池堆棧用充入電流生成方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例涉及燃料電池堆棧用充入電流生成方法及執(zhí)行該燃料電池堆棧用充入電流生成方法的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池為無需借助燃燒將燃料所具有的化學能變成熱，而是在堆棧內(nèi)以電化學方式發(fā)生反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電裝置，上述燃料電池不僅能夠供給產(chǎn)業(yè)用、家庭用及車輛驅(qū)動用電力，而且還能適用于小型的電器/電子產(chǎn)品，尤其能夠適用于便攜式裝置的供電。
[0003]當前，作為用于驅(qū)動車輛的供電源，最普遍研宄的是燃料電池中具有最高的功率密度的高分子電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell，Proton Exchange Membrane Fuel Cell)形態(tài)，其因低的工作溫度而具有快速的起動時間和快速的電力轉(zhuǎn)換反應(yīng)時間。
[0004]這種高分子電解質(zhì)膜燃料電池包括:膜電極接合體(MEA:Membrane ElectrodeAssembly)，以由氫離子所移動的固體高分子電解質(zhì)膜為中心，在膜的兩側(cè)附著有引起電化學反應(yīng)的催化劑電極層；氣體擴散層(⑶L ;Gas Diffus1n Layer)，起到使反應(yīng)氣體均勾地分布，且傳遞所產(chǎn)生的電能的作用；密封圈及緊固機構(gòu)，用于維持反應(yīng)氣體及冷卻水的氣密性和適當?shù)木o固壓；以及分離板(Bipolar Plate)，使反應(yīng)氣體及冷卻水移動。
[0005]當利用這種單位電池結(jié)構(gòu)來組裝燃料電池堆棧時，在電池內(nèi)的最內(nèi)側(cè)設(shè)有作為主要結(jié)構(gòu)部件的膜電極接合體及氣體擴散層的組合，而膜電極接合體在高分子電解質(zhì)膜的雙面具有以能夠與氫和氧發(fā)生反應(yīng)的方式涂敷了催化劑的催化劑電極層，即，正極(Anode)及負極(Cathode)，并在正極及負極所處的外側(cè)部分層疊有氣體擴散層、密封圈等。
[0006]在氣體擴散層的外側(cè)設(shè)有分離板，在上述分離板形成有用于供給反應(yīng)氣體(作為燃料的氫和作為氧化劑的氧或空氣)，并由冷卻水所通過的流場(Flow Field)。在將這種結(jié)構(gòu)作為單位電池來層疊多個單位電池之后，在最外側(cè)結(jié)合集電板(Current Collector)、絕緣板及用于支撐層疊電池的端板(End Plate)，而在端板之間反復層疊并緊固單位電池，從而構(gòu)成燃料電池堆棧。
[0007]為了獲得實際車輛所需的電位，應(yīng)層疊于所需電位相對應(yīng)的單位電池，而層疊單位電池后形成堆棧。在一個單位電池中所產(chǎn)生的電位約1.3V，為了生產(chǎn)出車輛的驅(qū)動所需的電力而將多個電池以串聯(lián)的方式層疊多個電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，提供燃料電池堆棧用充入電流生成方法及執(zhí)行該燃料電池堆棧用充入電流生成方法的裝置，上述燃料電池堆棧用充入電流生成方法及執(zhí)行該燃料電池堆棧用充入電流生成方法的裝置并不使用去耦電容，而是通過用于接收所反饋的交流電流的閉環(huán)控制，使交流電流沒有畸變地向堆棧電流施加，并以負荷電流流動，從而因未使用去耦電容而能夠解決部件價格的上升及體積增加的問題。
[0009]本發(fā)明所要解決的問題并不局限于以上所述的問題，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠從以下的記載中明確地理解未提及的其他問題。
[0010]在實施例中，燃料電池堆棧用充入電流生成裝置包括:第一轉(zhuǎn)換器，將與車輛用電池對應(yīng)的電壓的直流電流轉(zhuǎn)換為特定電壓的直流電流；第二轉(zhuǎn)換器，將被轉(zhuǎn)換的上述直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流；濾波器，在被轉(zhuǎn)換的上述交流電流中對預先設(shè)定的頻帶的信號進行濾波；以及控制部，當向上述燃料電池堆棧充入被濾波的上述交流電流時，以沒有畸變地充入交流電流的方式進行反饋控制。
[0011]在一實施例中，燃料電池堆棧用充入電流生成裝置還可以包括電流傳感器，上述電流傳感器感測上述燃料電池堆棧的實際充入電流的值，來向上述控制部提供。
[0012]在一實施例中，上述控制部可以確認從上述電流傳感器接收的實際交流電流和上述交流電流的差異。
[0013]在一實施例中，若上述確認結(jié)果為上述實際交流電流和上述交流電流之間發(fā)生差異，則上述控制部可控制上述交流電流的振幅。
[0014]在一實施例中，若上述實際交流電流小于上述交流電流，則上述控制部可使上述交流電流的振幅變大。
[0015]在一實施例中，若上述實際交流電流大于上述交流電流，則上述控制部可使上述交流電流的振幅變小。
[0016]在一實施例中，上述第一轉(zhuǎn)換器可使與上述車輛用電池對應(yīng)的電壓的直流電流升壓，并轉(zhuǎn)換為上述特定電壓的直流電流。
[0017]在一實施例中，上述第二轉(zhuǎn)換器可調(diào)節(jié)被轉(zhuǎn)換的上述直流電流的脈沖寬度，將上述直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流。
[0018]在一實施例中，上述濾波器可使被轉(zhuǎn)換的上述交流電流中低頻部分通過，阻隔被轉(zhuǎn)換的上述交流電流中高頻部分，來生成正弦波形態(tài)的交流電流。
[0019]在實施例中，在燃料電池堆棧用充入電流生成裝置中執(zhí)行的燃料電池堆棧用充入電流生成方法可包括:將與車輛用電池對應(yīng)的電壓的直流電流轉(zhuǎn)換為特定電壓的直流電流的步驟；將被轉(zhuǎn)換的上述直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流的步驟；在被轉(zhuǎn)換的上述交流電流中對預先設(shè)定的頻帶的信號進行濾波的步驟；以及當向上述燃料電池堆棧充入被濾波的上述交流電流時，以沒有畸變地充入上述交流電流的方式進行反饋控制步驟。
[0020]在一實施例中，上述燃料電池堆棧用充入電流生成方法還可以包括接收向上述燃料電池堆棧充入的實際交流電流的步驟。
[0021]在一實施例中，以沒有畸變地充入上述交流電流的方式進行反饋控制的步驟可包括確認所接收的上述實際交流電流和上述交流電流的差異的步驟。
[0022]在一實施例中，確認上述實際交流電流和上述交流電流的差異的步驟可包括若上述確認結(jié)果為上述實際交流電流和上述交流電流之間發(fā)生差異，則控制上述交流電流的振幅的步驟。
[0023]在一實施例中，在控制上述交流電流的振幅的步驟中，若上述實際交流電流小于上述交流電流，則可以使上述交流電流的振幅變大。
[0024]在一實施例中，控制上述交流電流的振幅的步驟可包括若上述實際交流電流大于上述交流電流，則使上述交流電流的振幅變小的步驟。
[0025]在一實施例中，轉(zhuǎn)換為特定電壓的直流電流的上述步驟可包括使與上述車輛用電池對應(yīng)的電壓的直流電流升壓，并轉(zhuǎn)換為上述特定電壓的直流電流的步驟。
[0026]在一實施例中，將被轉(zhuǎn)換的上述直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流的步驟可通過調(diào)節(jié)被轉(zhuǎn)換的上述直流電流的脈沖寬度，來將上述直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流。
[0027]在一實施例中，對預先設(shè)定的頻帶的信號進行濾波的上述步驟可包括使被轉(zhuǎn)換的上述交流電流中低頻部分通過，并阻隔被轉(zhuǎn)換的上述交流電流中高頻部分，來生成正弦波形態(tài)的交流電流的步驟。
[0028]其他實施例的具體事項包括在詳細的說明及附圖中。
[0029]以下參照附圖詳細說明的實施例會讓本發(fā)明的優(yōu)點和/或特征及實現(xiàn)這些優(yōu)點和特征的方法更加明確。但是，本發(fā)明并不局限于以下所公開的實施例，能夠以互不相同的各種方式實施，本實施例只用于使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員完整地理解本發(fā)明的范疇，本發(fā)明僅由發(fā)明要求保護范圍定義。在說明書全文中，相同的附圖標記表示相同的結(jié)構(gòu)要素。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的實施例，具有如下效果:不使用去耦電容，而是通過用于接收所反饋的交流電流的閉環(huán)控制，使交流電流沒有畸變地向堆棧電流施加，并以負荷電流流動，從而因未使用去耦電容而能夠解決部件價格的上升及體積增加的問題。
【附圖說明】
[0031]圖1為用于說明本發(fā)明一實施例的燃料電池堆棧用充入電流生成裝置的框圖。
[0032]圖2為用于說明本發(fā)明的燃料電池堆棧用充入電流生成方法的一實施例的流程圖。
[0033]圖3為用于說明本發(fā)明的燃料電池堆棧用充入電流生成方法的另一實施例的流程圖。
[0034]附圖標記的說明
[0035]100:燃料電池堆棧用充入電流生成裝置
[0036]110:燃料電池堆棧
[0037]120:第一轉(zhuǎn)換器
[0038]130:第二轉(zhuǎn)換器
[0039]140:濾波器
[0040]150:電流傳感器
[0041]160:控制部
【具體實施方式】
[0042]現(xiàn)有的燃料電池堆棧故障診斷裝置利用向燃料電池堆棧充入交流電流，檢測燃料電池堆棧的電壓并進行分析的結(jié)果來求得失真率(THD)，從而判斷是否故障。
[0043]在工作電流中追加正弦波的交流電流來使用的情況下，正常電池的電壓在線性區(qū)間發(fā)生電壓變化，非正常電壓在非線性區(qū)間發(fā)生電壓變化。此時，燃料電池堆棧的電流成為基本工作電流和正弦波電流之和。
[0044]測定基于燃料電池堆棧的電流的燃料電池堆棧的電壓，而正常電池的電壓的基于電流變化的失真率小，相反，非正常電池的電壓根據(jù)電池電流的變化，電壓振幅大，且失真率也大。
[0045]失真率以所充入的交流電流的基本頻率與總諧波成分之和來計算?，F(xiàn)有的燃料電池堆棧故障診斷裝置通過燃料電池堆棧電壓的頻率分析來計算失真率，并診斷電池電壓，從而能夠判斷燃料電池堆棧是否故障。
[0046]觀察現(xiàn)有的燃料電池堆棧故障診斷裝置的結(jié)構(gòu)要素，大致分為燃料電池堆棧的充入部、用于測定燃料電池堆棧的電壓的部分及診斷故障的結(jié)構(gòu)等三個結(jié)構(gòu)要素。
[0047]因此，本發(fā)明為了診斷利用失真率的燃料電池堆棧的故障而向燃料電池堆棧充入交流電流。此時，可通過用于阻隔從燃料電池堆棧施加的直流電流，并使交流電流通過的去耦電容來向燃料電池堆棧充入交流電流。
[0048]但在交流電流的頻率低的情況下，由于在低頻的交流電流通過去耦電容的過程中，可發(fā)生畸變，因而為了將這種現(xiàn)象最小化，需要使用非常大容量的去耦電容，由此發(fā)生部件價格上升及大小增加的問題。
[0049]為了解決這種問題，本發(fā)明提供燃料電池堆棧用充入電流生成方法及執(zhí)行該燃料電池堆棧用充入電流生成方法的裝置，上述燃料電池堆棧用充入電流生成方法及執(zhí)行該燃料電池堆棧用充入電流生成方法的裝置不使用去耦電容，而是通過用于接收所反饋的交流電流的閉環(huán)控制，使交流電流沒有畸變地向堆棧電流施加，并以負荷電流流動。
[0050]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。
[0051]圖1為用于說明本發(fā)明一實施例的燃料電池堆棧用充入電流生成裝置的框圖。
[0052]參照圖1，燃料電池堆棧用充入電流生成裝置100包括燃料電池堆棧110、第一轉(zhuǎn)換器120、第二轉(zhuǎn)換器130、濾波器140、電流傳感器150及控制部160。
[0053]燃料電池堆棧110由多個單位電池連