[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)及啟動(dòng)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010123461.3
• 申請(qǐng)日: 2020-02-27
• 公開（公告）號(hào): CN113314729B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李萍萍;季明彬;王翰林;靳現(xiàn)林;姚金松;劉明先;李初福;雷啟龍;劉智恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司;神華新能源有限責(zé)任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號(hào): H01M8/04007
• 分類號(hào): H01M8/04007;H01M8/04014;H01M8/04089;H01M8/04223;H01M8/04225;H01M8/04302;H01M8/04664;H01M8/04701
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;何嬌

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N燃料電池系統(tǒng)及啟動(dòng)控制方法。該燃料電池系統(tǒng)包括熱區(qū)、啟動(dòng)燃燒器和陰極換熱器，還包括電加熱器；電加熱器與陰極換熱器并聯(lián)在第一空氣管道和陰極入口管道之間，第一空氣管道用于向熱區(qū)提供換熱空氣。從而在啟動(dòng)燃燒器發(fā)生故障時(shí)，燃料電池系統(tǒng)能夠采用電加熱器及時(shí)啟動(dòng)高溫燃料電池系統(tǒng)，避免檢修啟動(dòng)燃燒器所造成的延誤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種燃料電池系統(tǒng)及啟動(dòng)控制方法。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡(jiǎn)稱“SOFC”)和熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell，簡(jiǎn)稱“MCFC”)等高溫燃料電池的工作溫度可高達(dá)600至1000℃左右。高溫有利于提高電化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高高溫燃料電池的電轉(zhuǎn)化效率。作為目前公認(rèn)發(fā)電效率最高的燃料電池，SOFC的理論電效率可達(dá)到60％以上，其熱電聯(lián)供系統(tǒng)的理論熱電效率可高達(dá)85％以上。此外，高溫燃料電池還具有噪音小、綠色環(huán)保、可不間斷供電等優(yōu)勢(shì)，因此其未來可被應(yīng)用在商業(yè)社區(qū)、數(shù)據(jù)中心、固定電站等場(chǎng)景。

燃料電池單堆可以通過多種堆疊方式形成電堆塔結(jié)構(gòu)，燃料電池系統(tǒng)的熱區(qū)內(nèi)分布有至少一個(gè)電堆塔，在高溫燃料電池進(jìn)入正常運(yùn)行階段前，需要對(duì)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，使得電堆塔及燃料電池單堆的溫度逐漸升高，從而保證燃料電池催化劑可以表現(xiàn)最佳催化活性，提高燃料電池發(fā)電效率。電堆塔的升溫過程就是燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)過程。穩(wěn)定可靠的啟動(dòng)過程是燃料電池系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件。對(duì)于大型高溫燃料電池系統(tǒng)，由于系統(tǒng)熱惰性大，啟動(dòng)過程較為緩慢，持續(xù)時(shí)間可達(dá)40-50h左右。

現(xiàn)有的大型高溫燃料電池系統(tǒng)所采用的燃料電池啟動(dòng)系統(tǒng)可包括啟動(dòng)燃燒器和陰極換熱器，啟動(dòng)燃燒器通過燃燒燃?xì)夂涂諝獾幕旌蠚怏w產(chǎn)生高溫?zé)煔猓帢O換熱器采用高溫?zé)煔鈱?duì)通過陰極入口進(jìn)入熱區(qū)的空氣進(jìn)行加熱并將換熱后的高溫?zé)煔庾鳛槲矚馀懦觥＜訜岷蟮目諝饬鹘?jīng)熱區(qū)對(duì)電堆塔進(jìn)行預(yù)熱并從熱區(qū)的陰極出口流出進(jìn)入燃燒器再次助燃。

然而，當(dāng)啟動(dòng)燃燒器出現(xiàn)故障時(shí)，現(xiàn)有的燃料電池啟動(dòng)系統(tǒng)將無法啟動(dòng)高溫燃料電池系統(tǒng)，為了啟動(dòng)高溫燃料電池系統(tǒng)就不得不拆卸維修啟動(dòng)燃燒器，費(fèi)時(shí)耗力，不利于高溫燃料電池系統(tǒng)的順利啟動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N燃料電池系統(tǒng)及啟動(dòng)控制方法，在啟動(dòng)燃燒器發(fā)生故障時(shí)，燃料電池系統(tǒng)能夠自動(dòng)切換電加熱器及時(shí)啟動(dòng)高溫燃料電池系統(tǒng)，避免檢修啟動(dòng)燃燒器所造成的延誤。

第一方面，本發(fā)明提供了一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)包括啟動(dòng)燃燒器、陰極換熱器、陰極入口管道和第一空氣管道，該燃料電池系統(tǒng)還包括電加熱器，其與所述陰極換熱器并聯(lián)在所述第一空氣管道和所述陰極入口管道之間。利用該燃料電池系統(tǒng)，在啟動(dòng)燃燒器發(fā)生故障時(shí)，燃料電池系統(tǒng)能夠采用電加熱器及時(shí)啟動(dòng)高溫燃料電池系統(tǒng)，避免檢修啟動(dòng)燃燒器所造成的延誤。

在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一空氣管道上安裝有第一空氣閥門；所述陰極換熱器通過陰極換熱器進(jìn)氣管道與所述第一空氣管道連通；所述電加熱器通過電加熱器進(jìn)氣管道與所述第一空氣管道連通。通過該實(shí)施方式，有利于在啟動(dòng)燃燒器故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)陰極換熱器的換熱加熱與電加熱器的電加熱間的快速切換。

在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，燃料電池系統(tǒng)還包括：燃燒器燃?xì)膺M(jìn)氣管道，其與所述啟動(dòng)燃燒器連接以用于為所述啟動(dòng)燃燒器提供燃?xì)猓蝗紵骺諝膺M(jìn)氣管道，其與所述啟動(dòng)燃燒器連接以用于為所述啟動(dòng)燃燒器提供空氣；煙氣管道，其連接所述啟動(dòng)燃燒器和所述陰極換熱器以用于將加熱后的煙氣輸送給所述陰極換熱器；尾氣管道，其與所述陰極換熱器連通以用于排氣。通過該實(shí)施方式，在啟動(dòng)燃燒器正常工作時(shí)，有利于保證燃料電池系統(tǒng)的順利啟動(dòng)。

在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，燃料電池系統(tǒng)還包括第二空氣管道，其連接在所述燃燒器空氣進(jìn)氣管道與所述煙氣管道之間以用于為所述煙氣降溫。通過該實(shí)施方式，能夠使進(jìn)入陰極換熱器的煙氣溫度保持在預(yù)設(shè)閾值以下，有利于保護(hù)設(shè)備，也有利于熱區(qū)的平穩(wěn)升溫。