[發明專利]一種燃料電池電力輸出控制方法

在審

• 申請號: 202011494587.8
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN114649552A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 邢巍;李晨陽;劉長鵬;葛君杰;梁亮;金釗;劉世偉;王晨;侯帥;張弘
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01M8/04858
• 分類號: H01M8/04858;H02J7/00
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 周蕾

本發明涉及一種燃料電池電力輸出控制方法，屬于燃料電池電力輸出控制領域。本發明的燃料電池電力輸出控制方法通過檢測外部負載電力需求，分配電堆為負載供電，進而在滿足負載的電壓及功率需求的同時，利用負載的電力需求調節燃料電池的發電電壓，使其保持在最優發電電壓區間。本發明的燃料電池電力輸出控制方法，它能夠依賴少量的外部器件實現燃料電池高轉換效率的穩壓電力輸出，且針對燃料電池的功率輸出特點，調節燃料電池使其始終保持在最優的工作電壓區間，發揮燃料電池最大的發電能力。本發明的燃料電池電力輸出控制方法，它能夠在低損耗的前提下，實現燃料電池的穩壓輸出，且方法簡單，易于實現，是替代目前DC?DC技術的最佳選擇。

技術領域

本發明屬于燃料電池電力輸出控制領域，具體涉及一種直接甲醇燃料電池、氫氧燃料電池等相關的固體聚合物燃料電池電力輸出控制方法。

背景技術

燃料電池電堆由多個單片燃料電池串聯組成，串聯的裝配方法一方面是利于陰陽極物料傳輸，一方面是為了提升燃料電池發電的電壓，使其便于應用與轉化。僅僅單片燃料電池的電壓在發電過程中就有很大變化，例如直接甲醇燃料電池的理論單片電壓值為1.2V，通常沒有負載時開路電壓為0.9-1V，然而在應用過程中通常最優工作電壓區間為0.35V-0.4V，在對電堆沒有損害的情況下電池可以長時間工作在0.3V，單片電壓變化量在開路65％左右，也就是說如果單片燃料電池最優應用電壓為0.35V，而在負載沒有接入時電堆電壓可能為1V，對于100片的燃料電池電堆，其應用電壓在35V，而開路電壓為100V，這樣大的電壓差距會對用電器造成高壓擊穿等致命損傷，所以人們采用外部接入DC-DC直流穩壓電路來對燃料電池進行電壓變換，以便外部電器的應用。

DC-DC模塊的轉換效率受到電壓跨度的影響，即輸入電壓與輸出電壓越接近轉換效率越高，目前常規的DC-DC模塊在輸入輸出電壓一致的前提下通常也只有90％左右的轉換效率，然而在燃料電池這種大電流發電裝置，且輸入電壓范圍很大的應用場合，針對這種特殊的需求所設計的DC-DC模塊轉化效率也會更低，通常轉化效率也只能達到85％，這就對燃料電池產生的電能造成了極大的浪費。

對于燃料電池來說，最優的工作電壓條件能夠使其在消耗等量的燃料時產生最大的電能，達到最大的燃料轉化效率，在實際應用過程中，由于外部負載是變化的，很難將燃料電池電壓保持，一旦負載的功率需求產生變化，燃料電池的電壓和功率也會隨之變化，造成燃料轉化效率降低。

發明內容

本發明要解決現有技術中的技術問題，提供一種燃料電池電力輸出控制方法，該控制方法能夠依賴少量的外部器件實現燃料電池高轉換效率的穩壓電力輸出，且針對燃料電池的功率輸出特點，調節燃料電池使其始終保持在最優的工作電壓區間，發揮燃料電池最大的發電能力。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

本發明提供一種燃料電池電力輸出控制方法，該控制方法適用的燃料電池電源系統包含：多個并聯的燃料電池電堆、啟動過程中使用的二次電源、進行數據采樣和程序執行的微控制器、及開關電路；所述多個并聯的燃料電池電堆可以單獨對外部負載供電也能夠選擇其中幾個共同對外供電；所述二次電源為燃料電池電源系統啟動提供電能并配合所述燃料電池電堆使用；所述微控制器負責讀取外部負載的用電信息，并根據程序設定調配相應的燃料電池電堆對外部負載供電；所述開關電路負責執行所述微控制器指令，決定燃料電池電堆是否接入供電電路以及二次電源充放電狀態；

所述燃料電池電力輸出控制方法包括以下步驟：

首先程序開始，由微控制器讀取外部負載信息，在沒有外部負載的情況下，系統會保持不變；當有外部負載接入時，微控制器會啟動一個燃料電池電堆對外供電，并進入以下的判斷程序：

(1)當燃料電池電堆供電電壓正好在電堆的最優輸出電壓區間內，則說明單個燃料電池電堆已滿足現有負載的電力需求，則可以使用單一燃料電池電堆對外供電，則程序會保持在當下步驟，并同時監測外部負載的狀態及時做出判斷；