排出燃料电池残留电能的装置和方法制造方法及图纸

一种排出燃料电池的残留电能的装置和方法，其能够在燃料电池运行后或检测到碰撞时为了安全而快速排出并除去燃料电池的残留电能。排出燃料电池的残留电能的装置包括：在起动或停止车辆、或碰撞检测传感器检测到碰撞时与燃料电池连接并接通的放电继电器；以及与放电继电器连接以从燃料电池排出残留电能的非线性保护元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种排出(discharging)燃料电池残留电能的装置和方法，并且更具体地，涉及一种在燃料电池运行后或检测到碰撞时为了安全而快速排出并除去燃料电池残留电能的装置和方法。
技术介绍
在安装在燃料电池车辆中的燃料电池堆中，即使在起动之前和起动之后，残留反应气体存在于燃料电池堆隔离板的通道内，使得在很长时间内存留有电压。燃料电池运行后，残留电压立即形成燃料电池的电池单元(cell)的过电压，使得正极催化剂层中出现碳腐蚀，从而降低燃料电池的寿命，甚至在燃料电池的运行停止后，残留电压也在燃料电池堆中留有高电压，因此存在当使用者直接与充电元件接触时可能发生电击的顾虑。因此，为了解决这个问题，用于在起动之前和之后消耗燃料电池堆残留电能的放电装置被应用到燃料电池车辆中。图1(现有技术)示出燃料电池堆的基本放电过程。参考图1，燃料电池堆的一般放电过程为以下过程，在正常运行过程中起动或停止车辆时，即，当点火开关接通或断开时，或碰撞检测传感器检测到碰撞后，通过运行放电装置的继电器由放电电阻器消耗留在燃料电池堆中的电能。图2(现有技术)为示出现有技术的燃料电池堆的放电装置的电路图。参考图2，现有技术的放电装置具有使用电阻元件的方法，并且包括当车辆起动或停止时(即，点火开关接通或断开)或当碰撞发生时碰撞检测传感器检测到碰撞时接通的放电继电器10，以及用于从燃料电池的电池单元排出残留电能(电流)的电阻元件12，电阻元件12设置在燃料电池系统的热管理系统(ThermalManagementSystem,TMS)的冷却剂管线14中用于冷却。因此，在高电压负载16和燃料电池20之间的燃料电池继电器18断开、并且高电压电池22和高电压负载16之间的高电压电池继电器24断开的状态下，通过电阻元件12经由接通状态的放电继电器10排出燃料电池的残留电能。然而，由放电电流产生的焦耳热使电阻元件的温度急剧升高，使得独立冷却设备，如冷却剂管线，成为必需，因此放电装置的配置复杂并且其体积增大。此外，电阻元件存在放电时间要消耗若干秒或更久的缺点，以致在事故(例如，碰撞)刚刚发生之后，残留电压在燃料电池堆中存在一段预定的时间。因此，在残留电压从燃料电池堆排出到对人安全之前，高电压充电元件不可避免地保持激活状态，使得当高电压充电元件与人接触时，存在电击可能性的顾虑。此外，当燃料电池被碰撞得损坏严重时，燃料电池堆的残留电能通过电短路产生电弧，以致可能会导致二次损坏，如电气火灾。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种排出燃料电池堆的残留电能的装置和方法，其通过使用用于保护负载设备等免受过度的过电压的非线性保护元件，快速除去燃料电池堆的残留电能。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于排出燃料电池的残留电能的装置，其包括：放电继电器，其在车辆起动或停止(点火开关接通或断开)、或碰撞检测传感器检测到碰撞、或车辆运行过程中处于包括碰撞、浸水和高电压组件绝缘老化或介电击穿的预定情况并且车辆的绝缘电阻降低至参考水平或更低时，与燃料电池连接并且接通；以及与放电继电器连接以从燃料电池排出残留电能的非线性保护元件。非线性保护元件可为选自气体放电管(GasDischargingTube，GDT)、金属氧化物压敏电阻(MetalOxideVaristor，MOV)和瞬态电压抑制器(TransientVoltageSuppressor，TVS)二极管中的一种或者其中两种或更多种的组合。所述装置还可包括高电压触发器，其被配置成用于产生脉冲形式的高电压触发电力并且将所产生的高电压触发电力施加至非线性保护元件。根据本专利技术的另一方面，提供一种排出燃料电池的残留电能的方法，其包括：确定是否满足燃料电池的残留电能排出条件；当满足燃料电池的残留电能排出条件时，接通燃料电池和放电继电器，并且配置燃料电池和非线性保护元件于闭合电路中；以及通过非线性保护元件经放电继电器排出燃料电池的残留电能。所述方法还可包括产生脉冲形式的高电压触发电力并且将所产生的高电压触发电力施加至非线性保护元件。非线性保护元件的放电起始电压可被设定为低于燃料电池堆最大负载时的电压。通过上述技术方案，本专利技术提供以下效果。第一，在燃料电池车辆运行停止后或当检测到事故(例如，碰撞)时，能够更快速地除去燃料电池堆的残留电能，从而显著降低二次损害的危险，如由于介电击穿而造成的驾驶员或救援人员的电击事故或电气火灾。第二，通过使用小体积非线性保护元件如GDT，能够消耗大放电电流，从而实现快速放电效果并使放电装置小型化。第三，现有的放电装置因电阻元件产热而需要独立的冷却装置(热管理系统的冷却剂管线等)，但由于非线性保护元件的使用，本专利技术的放电装置不需要独立的冷却装置，从而简化放电装置的配置。第四，因放电装置的小型化和简化，能够有效建立燃料电池系统的封装和布局。附图说明现在将参照附图中示出的具体的示例性实施例详细地描述本专利技术的上述和其他特征，附图仅以举例说明的方式给出，因此不是对本发明的限制，其中：图1(现有技术)为示出燃料电池堆的基本放电过程的图；图2(现有技术)为示出现有技术的燃料电池堆的放电装置的电路图；图3为示出根据本专利技术的燃料电池堆的快速放电过程的图；图4为示出根据本专利技术的燃料电池堆残留能量放电装置的电路图；图5为示出本专利技术的放电装置中使用的一种类型的非线性元件的图；图6为示出本专利技术的放电装置中使用的气体放电管的结构的图；图7为示出本专利技术的放电装置中使用的气体放电管的放电特性的图示；图8为示出燃料电池的放电等效电路的电路图；以及图9为示出燃料电池的放电等效电路的瞬态特性的图示。应该理解，附图不一定按比例绘制，其呈现说明本专利技术基本原理的各种优选特征的某种程度上简化的表达。在此公开的本专利技术的具体设计特征，例如包括具体的尺寸、方向、位置和形状，将部分地由具体的预期应用和使用环境确定。附图中，贯穿附图的几个图片中的附图标记指代本专利技术的相同或等效部件。具体实施方式以下将详细描述本专利技术，以使本专利技术所属领域的技术人员可容易地实施本专利技术。应该理解，在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他相似的术语总体上包括机动交通工具在内，如乘用车，包括运动型多用途车(SU本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种排出燃料电池的残留电能的装置，其包括：放电继电器，其在满足燃料电池的残留电能排出条件时接通；以及非线性保护元件，其与所述放电继电器连接以从所述燃料电池排出残留电能。

【技术特征摘要】
2014.11.24 KR 10-2014-01642081.一种排出燃料电池的残留电能的装置，其包括：
放电继电器，其在满足燃料电池的残留电能排出条件时接通；以
及
非线性保护元件，其与所述放电继电器连接以从所述燃料电池排
出残留电能。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述非线性保护元件为气
体放电管、金属氧化物压敏电阻或瞬态电压抑制器二极管。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述非线性保护元件包括
气体放电管、金属氧化物压敏电阻和瞬态电压抑制器二极管中的两种
或更多种。
4.根据权利要求1所述的装置，其还包括：
高电压触发器，其被配置成用于产生脉冲形式的高电压触发电力
并且将所产生的高电压触发电力施加至所述非线性保护元件。
5.根据权利要求1所述的装置，其中当起动或停止车辆时，或
碰撞检测传感器检测到碰撞时，或当车辆运行过程中处于包括碰撞、
浸水和高电压组件绝缘老化或介电击穿的预定情况并且车辆的绝缘电
阻降低至参考水平或更低时，所述放电继电器与所述燃料电池连接并
且接通。
6.一种排出燃料电池的残留电能的方法，其包括以下步骤：
确定是否满足燃料电池的残留电能排出条件；
当满足所述燃料电池的残...

【专利技术属性】
技术研发人员：金周汉，徐正焘，朴庸善，琴荣范，李世铉，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR