[发明专利]燃料电池堆功率调整方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池堆功率调整方法及装置。

背景技术

燃料电池是一种环境友好、高效、长寿命的发电装置。以质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称为PEMFC）为例，燃料气体从阳极侧进入，氢原子在阳极失去电子变成质子，质子穿过质子交换膜到达阴极，电子同时经由外部回路也到达阴极，在阴极质子、电子与氧气结合生成水。燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，由于不受卡诺循环的限制其直接发电效率可高达45%。以电池堆为核心发电装置的燃料电池系统集成了电源管理、热管理等模块，具有热、电、水、气统筹管理的特征。燃料电池系统产品从固定式电站到移动式电源，从电动汽车到航天飞船，从军用装备到民用产品有着广泛的应用空间。

燃料电池堆是通过多节电池的堆叠而制备的，在运行过程中可能存在节电池电压输出不均匀的情况，主要有以下原因：

1、反应气流场及冷却液流场加工一致性不够，导致每节电池获得反应气体的流量不均匀；

2、膜电极制备的一致性不够，导致每节电池的性能不均一；

3、端板节电池散热严重，比电池堆中间的节电池温度低，导致温度场不均匀，引起局部水淹，造成端板电池性能与其它节电池差异较大；

4、电池堆在装配过程中，装配压力分布不均一，导致节电池性能一致性下降。

以上问题，在电池堆设计和组装过程中很难避免，而由此导致的节电池性能的不均一性加快了节电池性能衰减的速率（某节性能较差的节电池由于电流输出被迫与其它节电池相同，导致其寿命衰减加快），从而造成整个电池堆的性能与寿命的下降。

为解决上述问题，在相关技术中提供了一种解决办法：实时的监测燃料电池堆中单节电池电压，并对整个燃料电池堆的输出功率进行限制或者加大燃料气体的供应，从而一定程度上延长其使用寿命。采用这种方法，为了达到额定的输出功率，必须将燃料电池堆的设计输出功率设计得比较大，其实际的输出功率才能在整个燃料电池堆输出功率受到限制的情况下，还能维持在额定输出功率；同时，如果采用加大燃料气体的供应的方式，由于其输出功率也要维持在额定输出功率，因而会造成燃料气体的浪费。上述这些情况都会导致燃料电池堆的设计、制造及运行成本高，并且燃料电池堆不能发挥最大的性能。

针对相关技术中燃料电池堆设计输出功率比额定输出功率高很多，运行成本高，且不利于发挥燃料电池堆的最大性能的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池堆功率调整方法及装置，以至少解决相关技术中燃料电池堆设计输出功率比额定输出功率高很多，运行成本高，且不利于发挥燃料电池堆的最大性能的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池堆功率调整方法，包括：确定燃料电池堆的多个电池组中电压异常的电池组，其中，所述电池组包括至少一节电池；调整所述电压异常的电池组的输出功率。

优选地，调整所述电压异常的电池组的输出功率包括：根据所述电压异常的电池组的异常程度确定该电池组的功率调整值，其中，所述异常程度是比较所述电压异常的电池组的当前电压与正常电压得到的，或者是根据历史数据得到的；按照所述功率调整值调整所述电压异常的电池组的输出功率。

优选地，每个所述电池组对应至少一个能量调度子单元，按照所述功率调整值调整所述电压异常的电池组的输出功率包括：所述电压异常的电池组对应的能量调度子单元将来自所述燃料电池堆的输出功率反馈部分功率到所述电压异常的电池组，其中，所述部分功率的大小等于所述功率调整值，所述能量调度子单元包括以下电路之一：反激电路、正激电路、半桥电路、全桥电路。

优选地，设置数目少于所述燃料电池堆中电池组数目的能量调度子单元，按照所述功率调整值调整所述电压异常的电池组的输出功率包括：通过开关阵列控制所述电压异常的电池组与所述能量调度子单元相对应，其中，所述开关阵列包括：触点式继电器或固态继电器；所述电压异常的电池组对应的能量调度子单元将来自所述燃料电池堆的输出功率反馈部分功率到所述电压异常的电池组，其中，所述部分功率的大小等于所述功率调整值，所述能量调度子单元包括以下电路之一：反激电路、正激电路、半桥电路、全桥电路。

优选地，调整所述电压异常的电池组的输出功率包括：所述电压异常的电池组对应的能量调度子单元根据所述功率调整值产生补偿电流，其中，所述补偿电流是所述电压异常的电池组输出时减少的电流。