[發明專利]一種便攜式SOFC發電裝置及其能量管理方法

在審

• 申請號: 201811453838.0
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN111261904A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 王萌;程謨杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/0432
• 分類號: H01M8/0432;H01M8/0438;H01M8/04537;H01M8/04858;H02J7/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李巨智

本發明涉及一種便攜式SOFC發電裝置及其能量管理方法，所述裝置包括：氣體供給系統、燃料電池堆系統、電力變換系統、控制系統；所述能量管理方法包括當裝置處于啟動狀態時，由電力變換系統中的鋰電池組為負載提供電能；當裝置處于運行狀態時，通過負載反饋的功率需求調節燃料電池堆系統的功率輸出；通過電力變換系統中鋰電池組反饋的狀態信息，向鋰電池組輸出充放電功率；當裝置處于停止狀態時，電力變換系統中鋰電池組向控制系統輸出電能。本發明結構簡單、啟動時間短，能量管理方法簡單有效，發電裝置在部分負荷下仍具有較高發電效率，可延長電堆及鋰電池組使用壽命。

技術領域

本發明涉及可獨立發電的固體氧化物燃料電池控制技術領域，具體地說是一種便攜式SOFC發電裝置及其能量管理方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池是一種在中高溫下直接將儲存在燃料與氧化劑中的化學能直接轉換為電能的發電裝置，具有燃料適應性廣、能量轉換效率高、全固態、模塊化組裝及零污染等優點，可以直接使用氫氣、一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣及生物質氣等多種碳氫燃料。

燃料電池通常以系統形式存在，由電池堆子系統、氣體供給子系統、電力變換子系統、負載子系統、監控子系統及控制子系統組成。

便攜式電源設備是其應用領域之一，具有廣闊的發展空間及前景。

固體氧化物燃料電池具有啟動時間長，動態響應速度慢等缺點，需結合輔助電源構成復合電源發電裝置，解決以上問題。發電裝置在啟動、運行及停止狀態，均需要進行能量管理。尤其是運行狀態，負載需求功率是變化的，需優化電堆放電功率及鋰電池組充放電功率，實現負荷跟蹤控制，同時使發電裝置具有較高發電效率。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種便攜式SOFC發電裝置及其能量管理方法，解決現有固體氧化物燃料電池具啟動時間長，動態響應速度慢的問題。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種便攜式SOFC發電裝置，包括：

氣體供給系統，通過管路連接燃料電池堆系統，將反應所需氣體通入燃料電池堆系統，所述氣體供給系統的控制端與控制系統的控制輸出接口連接；

燃料電池堆系統，含有電能輸出引線，其電能輸出端連接電力變換系統輸入端，向電力變換系統輸出電能；

電力變換系統，輸出端連接負載，向負載輸出電能，所述DCDC變換器控制端與控制系統控制輸出端信號連接；

控制系統，包含多路熱電偶、多路電壓電流傳感器、多路可控開關及控制器，所述多路熱電偶、多路電壓電流傳感器與控制系統采集輸入接口信號連接；所述多路可控開關與控制系統控制輸出接口信號連接；所述控制器包含通信接口，其根據采集負載功率需求，重新設定控制輸出；

上位機，包含通信接口，與控制系統通信接口信號連接，用于對控制系統進行遠程監控。

所述氣體供給系統包括燃料儲罐，供給反應所需的氣體；所述燃料儲罐通過管路經流量調節閥與燃料電池堆系統中電堆陽極入口相連；環境中空氣通過氣泵與燃料電池堆的陽極入口相連；燃料電池堆的陰極入口通過管路經風機與大氣相連。

所述燃料電池堆系統包括：

燃料電池堆，其陽極及陰極入口連接換熱器，使陽極的燃料及陰極的空氣經換熱器預熱后通入燃料電池堆的陽極及陰極入口；其陽極出口及陰極出口通入燃燒室；燃料電池堆設置電能輸出引線，輸出電能；

重整室，其輸出端經換熱器通入燃料電池堆的陽極入口，使重整后的氣體進入燃料電池堆的陽極入口；

燃燒室，其輸出端通入換熱器，使通入燃燒室的尾氣燃燒后經換熱器進行熱量回收；