[发明专利]一种固体氧化物燃料电池装置的热管理方法

权利要求书

1.一种固体氧化物燃料电池装置的热管理方法，其特征在于：

装置由电堆子系统、气体供给子系统、负载子系统及仪器仪表控制子系统组成；

所述电堆子系统包括固体氧化物燃料电池电堆、重整室、燃烧室及换热器；

阳极的燃料甲烷和水经换热器预热后通入重整室重整，重整室重整后的气体进入电堆的阳极入口，阴极的空气经换热器预热后通入电堆的阴极入口，电堆的阳极出口和阴极出口尾气通入燃烧室燃烧后经换热器进行热量回收，回收热量用于阳极的燃料甲烷和水、及阴极的空气预热；换热器为一级换热器、或二级以上串联的换热器；经换热器后的换热器出口尾气可通入下一级换热器进行热量回收，经最末一级换热器后的换热器出口尾气直接排空；

所述气体供给子系统包括甲烷储罐、水储罐、氢气储罐、氮气储罐，供给反应所需的气体；甲烷储罐、氢气储罐、氮气储罐分别通过管路经阀门和质量流量计与电堆的阳极入口相连；水储罐通过管路经阀门和水泵与电堆的阳极入口相连；电堆的阴极入口通过管路经风机与大气相连；

所述负载子系统包括用电负载，用电负载通过导线与电堆的正负相连，用于消耗电堆产生的电能，负载功率大小可由用户进行调节；

所述仪器仪表控制子系统，由上位机及相关仪器仪表组成，所述仪器仪表包含数据采集模块、气体供给控制模块及传感器；上位机与所述数据采集模块及气体供给控制模块通过通信总线进行连接，传感器与所述数据采集模块信号连接；

所述传感器安装于电堆子系统、气体供给子系统及负载子系统上，气体供给控制模块与气体供给子系统上的水泵及风机信号连接；质量流量计与上位机信号连接。

2.如权利要求1所述的热管理方法，其特征在于：

所述传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、电流传感器、电压传感器、液位传感器、可燃气体传感器中的一种或二种以上。

3.如权利要求1所述的热管理方法，其特征在于：

数据采集模块为模拟量输入模块，气体供给控制模块为模拟量输出模块。

4.如权利要求1所述的热管理方法，其特征在于：

在上位机编写控制软件以实现装置的热管理方法，根据数据采集模块实时采集的电堆及负载数据，生成控制动作，计算所需气体及水供给量，作用于电堆子系统，实现装置的温度控制；

所述装置数据通过传感器将测量信号变换成电信号，经由数据采集模块将电信号转换为通信总线数据传递到软件入口，所述计算出的气体供给量通过通信总线，下载到气体供给控制模块及质量流量计的寄存器中，转换为阀门开度或电机转速变化，调节气体供给量；

所述传感器安装于电堆子系统、气体供给子系统及负载子系统，气体供给控制模块与气体供给子系统上的水泵及风机信号连接；质量流量计与上位机信号连接。

5.如权利要求4所述的热管理方法，其特征在于：

所述热管理控制算法采用迭代控制思想，根据首次气体作用后的效果，不断修正前一气体供给量，直至控制结果符合要求。

6.如权利要求4所述的热管理方法，其特征在于：

所述控制软件由软件初始化模块、参数采集模块、当前装置运转状态判断模块、控制逻辑生成模块、控制量计算模块、控制量下载模块及参数设定模块组成；

所述参数采集模块将数据采集模块输出的总线数据采集到控制软件入口；

所述控制软件入口数据首先输入到当前装置运转状态判断模块；

所述当前装置运转状态判断模块根据软件入口数据中电堆温度及燃烧室温度大小按预设的温度-状态关系进行判断，所述关系可由用户自行设定；输出当前装置运转状态到控制逻辑生成模块，所述当前装置运转状态可以是满足温度控制目标的正常状态或不满足的故障状态，可通过控制进行故障的恢复；

所述控制逻辑生成模块，至少包含初始化、首次控制(重启控制)、正常控制、故障处理、紧急关闭等状态，状态间可进行切换，根据前一装置运转状态、当前装置运转状态及前一控制方式生成当前的控制方式，将推导的当前控制方式输出到控制量计算模块,所述正常控制状态逻辑推导，根据装置总的热量变化、控制方式优先级及存在的装置故障，进行推导，实现自动从预设的控制方式集合中获取控制装置当前控制方式；所述控制方式集合至少包含初始化、空气、燃料、微调、结束基本操作，以及控制量寻优操作；

所述控制量计算模块，含有控制量计算、限值判断及故障综合操作，根据不同的控制方式计算出燃料、水及空气的供给量，并判断其是否超限，将判断后结果输出到控制量下载模块；

所述控制量下载模块将计算的供给量下载到质量流量计、气体供给控制器的寄存器中，调节质量流量计、风机及水泵的输出；

所述软件初始化模块对软件的参量赋初值；

所述参数设定模块，可进行温度控制目标、气体调节量及控制参数设定。