[發(fā)明專(zhuān)利]一種便攜式固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611101827.7
• 申請(qǐng)日: 2016-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108155404A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王萌;程謨杰;區(qū)定容
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/04746
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/04746;H01M8/04701;H01M8/04298;H01M8/04992
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

本發(fā)明涉及一種便攜式固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置及其控制方法。裝置包括：電池堆子系統(tǒng)、氣體供給子系統(tǒng)、電力變換子系統(tǒng)、負(fù)載子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)及控制子系統(tǒng)。采用嵌入式開(kāi)發(fā)板、微型流量調(diào)節(jié)閥、微型風(fēng)機(jī)、微型氣泵及微型傳感器等器件進(jìn)行控制子系統(tǒng)的構(gòu)建及開(kāi)發(fā)。在開(kāi)發(fā)板對(duì)應(yīng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行控制方法開(kāi)發(fā)，采用基于有限狀態(tài)機(jī)控制器設(shè)計(jì)思路，分為待機(jī)狀態(tài)、啟動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)及停止?fàn)顟B(tài)，分狀態(tài)進(jìn)行方法設(shè)計(jì)。具體包括啟動(dòng)狀態(tài)的啟動(dòng)流程控制；運(yùn)行狀態(tài)的電堆溫度、氣體供給及能量管理控制及關(guān)機(jī)狀態(tài)的關(guān)機(jī)流程控制。此外各狀態(tài)含有故障診斷及處理方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有控制策略簡(jiǎn)單有效，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小巧及安全可靠等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及可獨(dú)立發(fā)電的固體氧化物燃料電池控制技術(shù)領(lǐng)域,具體的說(shuō)是一種便攜式固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置及其控制方法。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池是一種在中高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置，具有燃料適應(yīng)性廣、能量轉(zhuǎn)換效率高、全固態(tài)、模塊化組裝及零污染等優(yōu)點(diǎn)，可以直接使用氫氣、一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣及生物質(zhì)氣等多種碳?xì)淙剂稀?/p>

燃料電池通常以系統(tǒng)形式存在，由電池堆子系統(tǒng)、氣體供給子系統(tǒng)、電力變換子系統(tǒng)、負(fù)載子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)及控制子系統(tǒng)組成。

便攜式電源設(shè)備是其應(yīng)用領(lǐng)域之一，具有廣闊的發(fā)展空間及前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述不足，本發(fā)明提出了一種便攜式固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置及其控制方法，適用于便攜式固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置的自動(dòng)控制。采用嵌入式控制器，微型傳感器及微型流量調(diào)節(jié)閥等器件構(gòu)建燃料電池控制系統(tǒng)。將裝置狀態(tài)分為待機(jī)狀態(tài)、啟動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)及停止?fàn)顟B(tài)分別進(jìn)行控制策略開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種便攜式固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置及其控制方法。

一種便攜式固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置，包括：

氣體供給子系統(tǒng)，通過(guò)管路連接電池堆子系統(tǒng)，用于提供反應(yīng)所需的燃料、重整空氣及發(fā)電空氣；

電池堆子系統(tǒng)，為電化學(xué)反應(yīng)裝置，用于通過(guò)燃料燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能并輸出給電力變換子系統(tǒng)；

電力變換子系統(tǒng)，包括能量轉(zhuǎn)換裝置及能量存儲(chǔ)裝置，能量存儲(chǔ)裝置兩端與能量轉(zhuǎn)換裝置輸出端并聯(lián)；能量轉(zhuǎn)換裝置用于對(duì)輸入的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，能量存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)電能；

負(fù)載子系統(tǒng)，與所述能量轉(zhuǎn)換裝置輸出端子并聯(lián)；包括內(nèi)部負(fù)載電路及外部負(fù)載電路，所述內(nèi)部負(fù)載電路為控制子系統(tǒng)內(nèi)部耗電器件提供電能，所述外部負(fù)載電路為用戶提供電能；

控制子系統(tǒng)，包括控制器、若干個(gè)傳感器、若干個(gè)流量調(diào)節(jié)裝置及人機(jī)交互模塊；所述控制器根據(jù)傳感器采集到的信號(hào)值，生成流量控制信號(hào)作用于流量調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)本發(fā)電裝置的自動(dòng)控制；所述人機(jī)交互模塊用于本發(fā)電裝置的動(dòng)作觸發(fā)及信息顯示；

監(jiān)控子系統(tǒng)，位于上位機(jī)中，連接控制子系統(tǒng)；用于本發(fā)電裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

所述電池堆子系統(tǒng)包括：

換熱器，連接重整室；用于對(duì)輸入的燃料和重整空氣進(jìn)行預(yù)熱并輸出給重整室；還用于對(duì)輸入的發(fā)電空氣進(jìn)行預(yù)熱并輸出給固體氧化物燃料電池電堆的陰極入口；

重整室，用于對(duì)預(yù)熱后的燃料和重整空氣進(jìn)行重整得到重整后氣體輸出給固體氧化物燃料電池電堆；所述重整后氣體中富含氫氣；

固體氧化物燃料電池電堆，包括陽(yáng)極入口、陰極入口、陽(yáng)極出口、陰極出口、輸出端；陽(yáng)極入口接收重整后氣體，陰極入口接收預(yù)熱后的發(fā)電空氣，陽(yáng)極出口、陰極出口輸出的尾氣均通入燃燒室進(jìn)行燃燒；所述輸出端將電能輸出給電力變換子系統(tǒng)；