[發明專利]一種甲醇重整燃料電池發電系統變動負載工況下的控制系統

有效

• 申請號: 202011634102.0
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112820913B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 趙青;張宸;王勤;吳榮生
• 申請（專利權）人: 寧波申江科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04858
• 分類號: H01M8/04858;H01M8/04746;H01M8/04537;B60L58/30;B60L50/70
• 代理公司: 寧波中致力專利代理事務所(普通合伙) 33322
• 代理人: 張圓

本發明公開一種甲醇重整燃料電池發電系統變動負載工況下的控制系統，所述甲醇重整燃料電池系統變動用戶需求功率控制系統包括燃料供給模塊、甲醇重整模塊、燃料電池模塊、儲能模塊、控制模塊，本發明根據甲醇重整燃料電池系統特點進行分階段控制，對用戶需求功率、儲能模塊剩余容量進行區域化處理，將甲醇重整燃料電池系統輸出功率根據用戶需求功率區域、儲能模塊剩余容量區域進行差別、遲滯調整。本發明能夠使甲醇重整燃料電池系統快速恢復并長期保持較佳狀態，彌補甲醇重整燃料電池系統響應慢的缺點，規避變動用戶需求功率對甲醇重整燃料電池系統的沖擊，滿足用戶全域變動用戶需求功率和間斷用電需求，又能保證整個發電系統高效、平穩運行。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，特別涉及一種甲醇重整燃料電池發電系統變動負載工況下的控制系統。

背景技術

甲醇重整燃料電池是一種以甲醇重整反應生成的富氫氣體作為燃料的燃料電池系統，由甲醇重整模塊與質子交換膜燃料電池電堆組成，該架構利用了氫質子膜燃料電池電堆的高功率密度、高能效特點；同時，采用甲醇作為燃料電池輸入能源，氫氣即產即用，避免了氫氣儲存過程中的高壓危險、運輸過程中的效率低下及使用成本高等問題。甲醇水蒸氣重整反應是一個吸熱反應，所以需要外部提供熱源，以維持重整吸熱以及原料預熱所需的能量，為了提高系統效率，通常使用燃料電池未利用的氫氣通過回燒利用方式給甲醇重整系統供熱,燃燒尾氣和燃料電池高溫廢氣通常以給原料預熱的方式進行回收熱量，所以其是一個多熱質傳輸的系統，但傳熱傳質是一個相對緩慢的過程，系統輸出功率調節也是緩慢的，所以燃料電池輸出頻繁變化會影響甲醇重整燃料電池系統運行的穩定性。

甲醇重整模塊通常工作溫度在250℃，高溫質子膜燃料電池堆的工作溫度也在140-180℃左右，系統冷啟動通常需要30min以上，通常要搭配一定容量的儲能模塊在系統啟動期間給用戶需求功率供電，同時提供系統啟動同電。在很多移動用電場合，例如房車、移動設備檢測車、軍用指揮車輛，受用戶使用習慣、環境和空調的影響其用戶需求功率通常是變化的，用電也是間斷的；為了減小體積重量，甲醇燃料電池系統內部配備的儲能模塊容量有限，需要儲能模塊一直保持較佳的剩余容量，以備下次啟動用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種甲醇重整燃料電池發電系統變動負載工況下的控制系統。本發明能夠使甲醇重整燃料電池系統快速恢復并長期保持較佳狀態，彌補甲醇重整燃料電池系統響應慢的缺點，規避變動用戶需求功率對甲醇重整燃料電池系統的沖擊，滿足用戶全域變動用戶需求功率和間斷用電需求，又能保證整個發電系統高效、平穩運行；特別在作為孤島型發電系統使用，或者無基礎電力的移動式用電場合，需要讓系統始終維持較佳狀態。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：一種甲醇重整燃料電池發電系統變動負載工況下的控制系統，包括燃料供給模塊、甲醇重整模塊、燃料電池模塊及儲能模塊及控制模塊；

所述控制模塊與燃料供給模塊、燃料電池模塊、儲能模塊通信連接；

所述控制模塊以儲能模塊輸出功率P_B、燃料電池輸出功率Pmfc之和作為需求功率Pr和/或儲能模塊剩余容量數值SOC以實現對燃料供給模塊、燃料電池模塊分別進行控制，控制步驟如下：

1)對需求功率值進行功率區域化處理，形成需求功率區域變量Ui；

2)根據儲能模塊剩余容量數值進行剩余容量區域化處理，形成剩余容量區域變量Cj；

3)當功率區域變量Ui和/或剩余容量區域變量Cj變化時，根據相應的需求功率區域值與和/或剩余容量區域值與f(Ui，Cj)規則數據庫進行比對得出對應燃料電池輸出功率；

遲滯預定時間后，再對燃料電池DCDC的輸出進行調整，同時調節燃料供給模塊中甲醇水的進液量、空氣流量。