[發明專利]一種燃料電池組合電源系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410784296.0
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN105762398B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 孫公權;秦兵;孫海;王素力
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/2465
• 分類號: H01M8/2465;H01M8/04186;H01M8/04701;H01M8/22
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種燃料電池組合電源系統的控制方法，包括燃料電池電堆(101)、溫度傳感器(102)、風扇(103)、冷凝器(104)、水分離器(105)、燃料循環泵(106)、控制器(107)、燃料混合器(108)、燃料補充機構(109)、二氧化碳分離器(110)、空氣泵(111)和燃料罐(114)；其中，

空氣泵的出口和燃料電池電堆的陰極入口相連；電堆的陰極出口和冷凝器的入口相連；冷凝器的出口和水分離器的入口相連；水分離器的氣體出口和大氣相通，水分離器的水出口和燃料混合器的水入口相連；

燃料電池電堆的陽極出口和二氧化碳分離器的入口相連；二氧化碳分離器的氣體出口和大氣相通，二氧化碳分離器的燃料出口和燃料混合器的循環燃料入口相連；燃料罐的出口和燃料補充機構的入口相連；燃料補充機構的出口和燃料混合器的高濃度燃料入口相連；

燃料混合器的混合燃料出口和燃料循環泵的入口相連，燃料循環泵的出口和燃料電池電堆陽極入口相連；

溫度傳感器設置于燃料電池電堆上，用于檢測電堆的溫度；

其特征在于：

所述組合電源系統還包括同時設置于燃料電池電堆(101)上的一電壓傳感器(112)和一電流傳感器(113)；所述燃料補充機構與所述控制器電連接；同時所述溫度傳感器、電壓傳感器和電流傳感器均與所述控制器信號連接；

所述控制器根據電堆輸出功率、電堆電壓、電堆溫度向所述燃料補充機構發出信號指令，所述燃料補充機構按接收到的信號指令動作實現向燃料混合器內補充燃料；

所述組合電源系統還包括一第一儲能部件(201)和一第二儲能部件(209)；

第一儲能部件(201)和第二儲能部件(209)分別與燃料電池電堆以并聯的方式進行電連接；所述第一儲能部件用于啟動燃料電池系統；所述第二儲能部件用于為負載供電或者用于存儲燃料電池電堆的電能；

包括一普通模式控制方法和一防凍模式控制方法；

所述普通模式控制方法：

(1)控制器檢測第二儲能部件的電壓V2；

(2)當V2≤VS1時，系統內的空氣泵、燃料循環泵、燃料補充機構啟動，電堆逐漸進入工作狀態；V2大于VS1時，系統直接進入待機狀態，進行步驟(6)的過程；

(3)控制器檢測電堆的溫度信號Tstack，當Tstack小于50攝氏度時，控制器持續進行電堆溫度信號的檢測；當Tstack≥50℃時電堆到達正常工作狀態，電堆通過一恒功率充電電路為負載供電或者為第二儲能部件充電；

(4)當所述恒功率充電電路的輸出功率Po≤PS1時，電堆停止為負載供電，或者停止為第二儲能部件充電，然后檢測第一儲能部件的電壓V1；當Po大于PS1時，電堆繼續為負載供電或者為第二儲能部件充電，重復步驟(4)的過程；

(5)當V1≥VS5時，第一儲能部件停止充電，然后空氣泵、燃料循環泵、燃料補充機構停止工作，系統進入待機狀態；當V1小于VS5時，電堆通過充電電路為第一儲能部件充電，重復步驟(5)的過程；

(6)進入待機狀態后控制器檢測第二儲能部件的電壓V2，開始步驟(2)到步驟(6)的一個新的循環；

所述防凍模式控制方法：

(1)控制器檢測電堆的溫度Tstack；

(2)當Tstack≤TS1時，系統內的空氣泵、燃料循環泵、燃料補充機構啟動，電堆逐漸進入工作狀態，當Tstack＞TS1時，再檢測第二儲能部件的電壓V2；

(3)當V2≤VS1時，系統內的空氣泵、燃料循環泵啟動，電堆逐漸進入工作狀態；當V2大于VS1時重復步驟(1)的操作；

(4)當Tstack≥50℃時電堆通過一恒功率充電電路為負載供電或者為第二儲能部件充電；當Tstack小于50℃時控制器持續進行電堆溫度信號的檢測，重復步驟(4)的操作；

(5)當所述恒功率充電電路的輸出功率P0≤PS1時，電堆停止為負載供電，或者停止為第二儲能部件充電，然后檢測第一儲能部件的電壓V1；當Po大于PS1時，電堆繼續為負載供電或者為第二儲能部件充電，重復步驟(5)的過程；

(6)當V1≥VS5時，第一儲能部件停止充電，空氣泵、燃料循環泵、燃料補充機構停止工作，系統進入待機狀態；當V1小于VS5時，電堆通過充電電路為第一儲能部件充電，重復步驟(6)的過程；

(7)進入待機狀態后控制器檢測電堆的溫度Tstack，開始步驟(2)到步驟(7)的一個新的循環；

其中TS1為電堆的溫度的設定值，VS1為第二儲能部件的電壓的設定值，PS1為恒功率充電電路的輸出功率的設定值，VS5為第一儲能部件的電壓的設定值。