[發明專利]一種燃料電池電壓控制系統及控制方法

在審

• 申請號: 202111061415.6
• 申請日: 2021-09-10
• 公開（公告）號: CN113675446A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 苗佩宇;王鵬穎;張瀟丹;李飛強;方川
• 申請（專利權）人: 北京億華通科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04537
• 分類號: H01M8/04537
• 代理公司: 北京一品慧誠知識產權代理有限公司 11762
• 代理人: 段玉華

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種燃料電池電壓控制系統及控制方法，所述燃料電池包括氫氣源和電堆，所述電堆包括氣體入口和廢氣出口，所述氣體入口處連通有空氣進氣管；所述燃料電池電壓控制系統包括催化燃燒器，所述氫氣源和廢氣出口與催化燃燒器的進口連通，所述催化燃燒器的出口與空氣進氣管連通；本發明通過催化燃燒器，能夠根據需要降低入堆氣體的氧氣含量，實現有效控制燃料電池電堆的電壓，避免高電位對電堆催化劑造成損傷；實現低電流下入堆空氣維持在低氧濃度、高濕度和合理的流量水平，有利于燃料電池在低功率輸出條件下穩定運行；實現使燃料電池長期維持在較低的凈輸出水平，適應外部電負荷需求。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種燃料電池電壓控制系統及控制方法。

背景技術

在包含有燃料電池組成的的電力系統中，由于電力系統整體能量匹配和負載動態變化的原因，存在短暫的或長時間電負荷要求極小的情況。在此種情況下，會要求燃料電池系統維持在零凈輸出功率的水平，燃料電池系統效率在較高范圍內，且能保持平穩運行。

若外部電負荷在趨近于零和正常狀態之間頻繁切換時，燃料電池系統也隨之進行關機和開機運行操作，會造成燃料電池頻繁開關機，由此會造成燃料電池在開路電壓和正常工作電壓之間循環，加劇燃料電池催化劑的劣化，造成燃料電池系統的輸出性能和耐久性能下降。因此在電負荷要求極小的時候，希望燃料電池系統可以保持持續運行而不關機，此種情況下燃料電池的電壓需要維持在適當的范圍內，燃料電池系統的能量消耗和輸出功率也要維持在極低的水平。

現有技術如專利號為CN 105609837B公開的一種電源系統及燃料電池的電壓控制方法，燃料電池的電壓控制方法包括：在低負載狀態時，切斷燃料電池與負載的電連接；在將電連接的切斷期間，以預先設定的條件向所述燃料電池供給氧；以所述預先設定的條件向所述燃料電池供給了氧之后，檢測所述燃料電池的開路電壓；在所述開路電壓比目標電壓高第一值以上時，減少向所述燃料電池供給的氧量；在所述開路電壓比所述目標電壓低第二值以上時，增加向所述燃料電池供給的氧量；及在所述開路電壓小于所述目標電壓與所述第一值之和且大于從所述目標電壓減去所述第二值所得到的值時，維持向所述燃料電池供給的氧量。

但是該技術方案存在一些缺陷：

1、燃料電池系統難以維持輸出電壓在合理范圍的同時處于低電流和低輸出功率的運行狀態。

2.燃料電池長時間維持在低輸出功率會對催化劑造成嚴重損傷，降低燃料電池的壽命。

3.目前控制燃料電池的電壓在合理范圍的同時較難實現維持燃料電池的低功率輸出狀態。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種解決目前燃料電池在低外部電負荷情況下無法維持極低功率運行狀態，且此種情況下電堆輸出電壓難以控制在要求的合理范圍內，且存在對燃料電池膜電極損傷較大的問題的燃料電池電壓控制系統及控制方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種燃料電池電壓控制系統，所述燃料電池包括氫氣源和電堆，所述電堆包括氣體入口和廢氣出口，所述氣體入口處連通有空氣進氣管；所述燃料電池電壓控制系統包括催化燃燒器，所述氫氣源和廢氣出口與催化燃燒器的進口連通，所述催化燃燒器的出口與空氣進氣管連通。

優選地，所述燃料電池電壓控制系統還包括控制單元、陰極廢氣循環流量控制閥和氫氣流量控制閥，所述陰極廢氣循環流量控制閥連接在廢氣出口與催化燃燒器進口之間；

所述氫氣流量控制閥連接在氫氣源與催化燃燒器進口之間；

所述控制單元與陰極廢氣循環流量控制閥和氫氣流量控制閥電性連接。

優選地，所述陰極廢氣循環流量控制閥與廢氣出口之間還設置有壓力調節閥。