[發明專利]燃料電池系統和操作燃料電池系統的方法

有效

• 申請號: 201780063113.8
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN109845010B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 馬蒂亞斯·瑞姆
• 申請（專利權）人: PM燃料電池股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04537;H01M8/04791
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 周曉娜;李亮印

一種燃料電池系統(1)包括至少一個具有第一和第二供電端子(101,102)的燃料電池模塊(10)，該供電端子(101,102)在燃料電池模塊的操作期間具有施加到其上的電輸出電壓(U_A)并且被配置連接電力負載(2)，還包括連接至少一個燃料電池模塊(10)以可調節的空氣量向燃料電池模塊(10)供應作為用于產生燃料電池模塊的輸出電壓(U_A)的反應物之一的空氣(51)的空氣供應裝置(40)，還包括連接至少一個燃料電池模塊(10)和連接空氣供應裝置(40)的控制裝置(30)，其用于控制至少一個燃料電池模塊(10)在第一和第二供電端子(101,102)處的輸出功率和用于調節由空氣供應裝置(40)供應的空氣量，控制裝置(30)被配置以檢測負載(2)的負載需求，并且根據檢測到的負載需求控制至少一個燃料電池模塊(10)的輸出功率，同時根據檢測的負載需求基于特定空氣比以空氣比控制的方式調節和更新由空氣供應裝置(40)提供的空氣量。

技術領域

本發明涉及一種包括多個燃料電池模塊的燃料電池系統和一種操作該燃料電池系統的方法。

背景技術

燃料電池由氫氣和氧氣產生電能。氧氣通常以空氣(特別是環境空氣)的形式供應，氫氣從儲藏器供應或本地生成，例如從甲醇中生成。燃料電池通常組合在一起形成一個或多個燃料電池堆，并且帶有許多外圍部件，例如用于供應新鮮操作氣體和冷卻水的管路，用于排放和/或再循環用過的操作氣體和冷卻水的管路，傳感器，閥門，控制裝置，開關，加熱器等，沒有它們，燃料電池不可能完成操作，也構不成燃料電池模塊。這些部件中的一些部件設有保護蓋，殼體或護套，并且所有部件或至少大部分部件盡可能緊湊地組裝并與燃料電池一起容納在殼體中。

在一個典型應用中，功率轉換器連接在一個或多個燃料電池模塊(多個燃料電池模塊互連，例如，組成一個燃料電池組)和電力負載(如耗電器，例如一個電動機)之間，其一方面匹配并調節燃料電池模塊的輸出電壓一致于負載的電壓，另一方面根據負載需求匹配和調節負載電流。一種典型的連接在燃料電池模塊和負載之間的功率轉換器，例如DC-DC轉換器，包括開關半導體部件，例如功率晶體管，其根據負載電流進行控制和切換以提供與負載需求一致的相應的輸出電壓或相應的負載電流。取決于具體應用的該DC/DC轉換器，在操作中相對昂貴且有損，從而增加了操作的成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種包括至少一個燃料電池模塊的燃料電池系統，以及一種操作該燃料電池系統的方法，該方法可以節省操作的成本。

本發明涉及根據獨立權利要求的一種包括至少一個燃料電池模塊的燃料電池系統以及一種操作該燃料電池系統的方法。在從屬權利要求中示出了有利的實施例和進一步的改進。

根據第一方面，本發明涉及一種包括至少一個燃料電池模塊的燃料電池系統，該燃料電池模塊具有第一和第二供電端子，該供電端子在燃料電池模塊操作期間具有施加到其上的電輸出電壓并且被配置連接電力負載，還包括連接至少一個燃料電池模塊用于將可調節空氣量的空氣供應到燃料電池模塊的空氣供應裝置，該空氣作為用于產生燃料電池模塊輸出電壓的反應物之一，還包括連接至少一個燃料電池模塊和連接空氣供應裝置的控制裝置，其用于控制至少一個燃料電池模塊在第一和第二供電端子處的輸出功率和用于調節由空氣供應裝置供應的空氣量。控制裝置被配置以檢測負載的負載需求，并且根據檢測到的負載需求控制至少一個燃料電池模塊的輸出功率，同時根據檢測的負載需求基于特定空氣比以空氣比控制的方式調節和重新調節或更新由空氣供應裝置提供的空氣量。

因此有可能的根據本發明可以省去連接在燃料電池模塊和負載之間的功率轉換器，例如DC/DC轉換器。根據本發明，依據檢測的負載需求至少一個燃料電池模塊的輸出功率被控制，該控制是通過依據檢測的負載需求調節和更新由空氣供應裝置供應的空氣量實現。