[發(fā)明專利]電力供應(yīng)系統(tǒng)和燃料電池模塊啟動(dòng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911337417.6
• 申請(qǐng)日: 2014-10-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111509265B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 保羅·福特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 水吉能公司
• 主分類號(hào): H01M8/04082
• 分類號(hào): H01M8/04082;H01M8/04223;H01M8/04225;H01M8/04302;H01M8/04537;H01M8/04746;H01M8/1007;H01M8/1018;H01M8/2457;H01M8/2483;H01M16/00;H02J1/10
• 代理公司: 北京信慧永光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11290
• 代理人: 衛(wèi)李賢;曹正建

本發(fā)明涉及電力供應(yīng)系統(tǒng)和燃料電池模塊啟動(dòng)方法。其中，電力供應(yīng)系統(tǒng)可包括：a)燃料電池模塊；b)電力源；c)二極管；以及d)電路，所述電路被配置成選擇性地按照繞開(kāi)所述二極管的方式或按照通過(guò)所述二極管的方式將所述燃料電池模塊連接至所述電力源。

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2014年10月1日、發(fā)明名稱為“快速啟動(dòng)型燃料電池”的申請(qǐng)?zhí)枮?01480063045.1的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本說(shuō)明書(shū)涉及具有燃料電池的電力系統(tǒng)。

背景技術(shù)

PEM燃料電池模塊包括燃料電池堆。該燃料電池堆包含許多在電極之間傳導(dǎo)質(zhì)子的聚合物電解質(zhì)膜(或者被稱為質(zhì)子交換膜(PEM))。PEM燃料電池是由包含氧的第一反應(yīng)物(例如，空氣)和包含氫的第二反應(yīng)物(例如，基本上純凈的氫氣或甲烷)供電的。已知的還有其它類型的燃料電池模塊。

燃料電池模塊可以與蓄電池組合使用以提供混合電力供應(yīng)系統(tǒng)。例如，混合電力系統(tǒng)能夠被用來(lái)在電力網(wǎng)發(fā)生故障的情況下提供備用電源。在另一個(gè)例子中，混合電力系統(tǒng)能夠被用來(lái)對(duì)車輛供電。在這些情況和其它情況下，較佳的是能夠在一個(gè)短的時(shí)間段內(nèi)啟動(dòng)燃料電池。在備用電源的情況下，除了其它方面之外還需要蓄電池是為了提供足夠的儲(chǔ)電量以帶動(dòng)預(yù)期的負(fù)載直到燃料電池被啟動(dòng)。

目前可用的燃料電池模塊通常在大約20秒至60秒內(nèi)啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)間是從啟動(dòng)命令的時(shí)刻直到該模塊將電力傳送至負(fù)載或該模塊達(dá)到它額定功率輸出的指定百分比(例如，80％或100％)而被測(cè)量出來(lái)的。

燃料電池依據(jù)極化曲線(polarisation curve)產(chǎn)生電壓。該極化曲線將燃料電池電壓描述為燃料電池電流的函數(shù)或燃料電池電流密度的函數(shù)。通常，隨著由燃料電池提供的電流從零開(kāi)始增大，燃料電池電壓最初在通過(guò)激活區(qū)時(shí)迅速下降，然后在通過(guò)歐姆區(qū)時(shí)幾乎線性地下降，接著在通過(guò)大量輸運(yùn)區(qū)時(shí)更加迅速地下降。蓄電池通常具有不同的極化曲線，所以在某些時(shí)候(例如，當(dāng)燃料電池啟動(dòng)或斷開(kāi)時(shí))，蓄電池和燃料電池可能具有互不相容的極化曲線。在一些情況下，蓄電池和燃料電池通過(guò)DC-DC(直流-直流)電壓轉(zhuǎn)換器而被連接起來(lái)以幫助應(yīng)對(duì)它們兩者的極化曲線中的差異。

發(fā)明內(nèi)容

下面的介紹旨在向讀者介紹要求保護(hù)的本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明，而不會(huì)限制或界定任何要求保護(hù)的發(fā)明。

在電力供給中，更快啟動(dòng)的燃料電池可以允許使用更小的蓄電池。任選地，如果啟動(dòng)程序被充分地縮短，那么可能不需要除了被用來(lái)啟動(dòng)燃料電池的蓄電池以外的蓄電池。在車輛的情況下，燃料電池和蓄電池通常一起工作從而提供最大加速度或最大峰值功率。在這種情況下，快速啟動(dòng)型燃料電池使得車輛能夠沒(méi)有延遲地被操作，并且當(dāng)車輛按照交通信號(hào)燈而停止時(shí)，該快速啟動(dòng)型燃料電池可以使所述燃料電池能夠被停堆而不是空閑。例如為了上面給出的原因，較佳的是，能夠在例如5秒以下或2秒以下的時(shí)間內(nèi)更快地啟動(dòng)燃料電池。還較佳的是，提供能夠任選地在沒(méi)有電壓轉(zhuǎn)換器的情況下而被使用的燃料電池啟動(dòng)方法和裝置。

本說(shuō)明書(shū)說(shuō)明了一種具有燃料電池模塊和蓄電池的電力供應(yīng)系統(tǒng)。所述燃料電池模塊和所述蓄電池在至少部分地重疊的電壓范圍內(nèi)工作。所述燃料電池模塊能夠通過(guò)二極管而選擇性地被連接至所述蓄電池。至少在啟動(dòng)過(guò)程中，用于所述燃料電池的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物泵任選地由所述蓄電池驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地，所述電力供應(yīng)系統(tǒng)還具有電流傳感器和控制器。所述控制器被配置成在感測(cè)到從所述燃料電池流過(guò)所述二極管的電流之后使繞開(kāi)所述二極管的旁路電路中的接觸器閉合。優(yōu)選地，所述電力供應(yīng)系統(tǒng)還具有與所述二極管串聯(lián)的接觸器。所述電力供應(yīng)系統(tǒng)還可以在放電電路中具有電阻器和接觸器。

本說(shuō)明書(shū)還說(shuō)明了一種燃料電池模塊(例如，如上所述的電力系統(tǒng)中的燃料電池模塊)啟動(dòng)方法。在所述方法中，閉合第一接觸器以通過(guò)二極管使所述燃料電池與所述蓄電池并聯(lián)連接，并且接通用于所述燃料電池的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物泵。監(jiān)控電流傳感器，以便得到用于指示有電流流過(guò)所述二極管的信號(hào)。在指示了所述電流之后，按照繞開(kāi)所述二極管的方式將旁路電路連接。