[發明專利]一種固體氧化物燃料電池控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201210563155.7
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103887542A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 王萌;程謨杰;涂寶峰;區定容;崔大安
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/12
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種固體氧化物燃料電池控制裝置，其特征在于：?

裝置由電堆子系統、氣體供給子系統、負載子系統及儀器儀表控制子系統組成；?

所述電堆子系統包括固體氧化物燃料電池電堆、重整室、燃燒室及換熱器；?

陽極的燃料甲烷和水經換熱器預熱后通入重整室重整，重整室重整后的氣體進入電堆的陽極入口，陰極的空氣經換熱器預熱后通入電堆的陰極入口，電堆的陽極出口和陰極出口尾氣通入燃燒室燃燒后經換熱器進行熱量回收，回收熱量用于陽極的燃料甲烷和水、及陰極的空氣預熱；換熱器為一級換熱器、或二級以上串聯的換熱器；經換熱器后的換熱器出口尾氣可通入下一級換熱器進行熱量回收，經最末一級換熱器后的換熱器出口尾氣直接排空；?

所述氣體供給子系統包括甲烷儲罐、水儲罐、氫氣儲罐、氮氣儲罐，供給反應所需的氣體；甲烷儲罐、氫氣儲罐、氮氣儲罐分別通過管路經閥門和質量流量計與電堆的陽極入口相連；水儲罐通過管路經閥門和水泵與電堆的陽極入口相連；電堆的陰極入口通過管路經風機與大氣相連；?

所述負載子系統包括用電負載，用電負載通過導線與電堆的正負相連，用于消耗電堆產生的電能，負載功率大小可由用戶進行調節；?

所述儀器儀表控制子系統，由上位機及相關儀器儀表組成，所述儀器儀表包含數據采集模塊、氣體供給控制模塊及傳感器；上位機與所述數據采集模塊及氣體供給控制模塊通過通信總線進行連接，傳感器與所述數據采集模塊信號連接；?

所述傳感器安裝于電堆子系統、氣體供給子系統及負載子系統上，氣體供給控制模塊與氣體供給子系統上的水泵及風機信號連接；質量流量計與上位機信號連接。?

2.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于：?

所述傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、液位傳感器、可燃氣體傳感器中的一種或二種以上。?

3.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于：?

數據采集模塊為模擬量輸入模塊，氣體供給控制模塊為模擬量輸出模塊。?

4.一種權利要求1所述控制裝置的控制方法，其特征在于：?

在上位機編寫控制軟件，控制算法根據數據采集模塊實時采集的裝置數據，?生成控制動作，計算所需氣體及水供給量，作用于電堆子系統，實現裝置控制；?

所述裝置數據通過傳感器將測量信號變換成電信號，經由數據采集模塊將電信號轉換為通信總線數據傳遞到軟件入口，所述軟件出口的氣體供給量通過通信總線，下載到氣體供給控制模塊及質量流量計的寄存器中，轉換為閥門開度或電機轉速變化，調節氣體供給量。?

5.如權利要求4所述的控制方法，其特征在于：控制軟件可以實現各個操作流程的控制；根據裝置工藝對操作進行分類，定義不同裝置狀態，不同狀態執行指定操作步驟，狀態間可進行狀態轉移；?

所述裝置狀態至少包括初始化狀態、等待狀態、啟動狀態、待機狀態、運行狀態、正常關閉狀態及緊急關閉狀態；?

所述狀態轉移，可根據當前用戶的動作并結合裝置測量值進行判斷。?

6.如權利要求5所述的控制方法，其特征在于：?

控制軟件可進行控制參數、故障判定參數及系統參數的在線修改；?

(1)所述控制參數包括自動控制中，啟動、正常關閉及緊急關閉等順序控制的流程設定，正常運行的連續控制的參數設置；手動控制中，控制量的設定；所述自動控制中，啟動、正常關閉及緊急關閉的流程設定采用可編程參數表格設定；?

所述可編程表格可實現操作量及其大小的組合設定，所設參數可保存以重復調用；?

所述正常運行的連續控制設置包括溫度控制值設定、調節量設定；?

(2)所述故障判定參數設定，不同裝置狀態下，可自行添加故障項，并對其上下限進行設定，且使用可編程表格，以上參數可同時設定；?

(3)所述裝置參數設定，包括儀表通信參數設定、系統顯示設定及采樣周期設定。?

7.如權利要求5所述的控制方法，其特征在于：除控制功能所需測量參數外，控制軟件還可對裝置特定位置進行數據監測存儲備份并顯示裝置運行及故障信息。?

8.如權利要求4所述的控制方法，其特征在于：?

軟件運行后默認進入初始化狀態入口，通過發送指令，對控制裝置進行初始化。包括軟件參數恢復默認值，硬件設置恢復默認值，并檢測數據采集模塊、?氣體供給模塊及質量流量計的連接狀態，檢測傳感器測量的數值，判斷其是否異常，將判斷結果發送到等待狀態入口；?

等待狀態中，進行控制參數、故障判定參數及系統參數的設定，若初始化狀態出口判斷標志異常，執行相關修正操作。異常恢復后，若檢測用戶發送啟動動作，進入啟動狀態入口，否則維持當前狀態；?

啟動狀態中，執行設定的啟動流程步驟，使電堆由初始溫度升高到運行溫度。之后判斷負載的狀態，若連接負載則進入運行狀態入口，否則進入待機狀態入口；?

待機狀態中，通過采集電堆溫度，并將其與設定值比較，調節氣體供給，維持電堆正常操作溫度。檢測負載接通及用戶關閉動作，分別進入運行狀態入口及正常關閉狀態入口；?

運行狀態中，根據電堆輸出電流及當前電堆溫度，調節氣體供給，保證電堆正常運行溫度。可檢測負載斷開動作，進入待機狀態入口；?

正常關閉狀態中，執行設定的關閉流程步驟，使電堆由運行溫度降低到室溫；?

所述啟動狀態、待機狀態、運行狀態及正常關閉狀態，均含有故障診斷及恢復程序，判斷出現的故障，并進行恢復。若恢復失敗，進入緊急關閉狀態入口；?

緊急狀態中，執行緊急關閉步驟，所述緊急關閉步驟可由用戶設定。?