[发明专利]包括电化学电池堆叠体的电气系统及用于控制系统的方法

说明书

一种电气系统(1)包括：电化学电池(5)的堆叠体(3)；电连接到堆叠体(3)的电转换器(9)；电压比较器(7)，用于比较堆叠体(3)的至少一个电化学电池(5)的至少一个组的端子上的电压与阈值电压；用于控制转换器(9)的控制模块(11)。控制模块(11)包括用于生成控制转换器(9)的控制指令的发生器(74)以及将控制指令传输给转换器(9)的传输元件(76)。电压比较器(7)适用于向传输元件(76)传输信号，该信号包括第一指令和第二指令，该第一指令来自：传输指令和当被比较的电压大于阈值电压时锁定控制指令的指令，该第二指令来自：传输指令和当被比较的电压小于或等于阈值电压时锁定控制指令的指令。

技术领域

本发明涉及一种电气系统，包括：

电化学电池的堆叠体，该电化学电池彼此串联电连接，以使得堆叠体的端子上的电压等于电化学电池的端子上的电压之和，

电转换器，其与堆叠体的端子电连接，

电压比较器，其用于将堆叠体的至少一个电化学电池的至少一个组的端子上的电压与阈值电压进行比较，以及

转换器的控制模块。

本发明还涉及一种用于控制该电气系统的方法。

背景技术

能够通过氧化性流体和还原性流体之间的氧化还原反应产生电的电化学电池是已知的。特别地，已知燃料电池的电池组能够通过包括氢的燃料和包含氧的氧化剂之间的氧化还原反应产生电。将燃料注入电池的阳极管中并将氧化剂注入电池的阴极管中，确保这两个导管之间的密封性的电解质层允许离子交换。由于这些离子交换，燃料中包含的氢可以与燃料中包含的氧反应以通过在阳极生成电子而产生水。上述过程确保了在电池工作期间在电解质的两侧之间建立电势差，可以利用该电势差生成电流。

然而，在燃料电池的单个电池内建立的电势差依然较低，约为0.6V至1.0V。而且，为了得到可利用的输出电压，电池常常堆叠起来并彼此串联电连接，这种电池通常被称为燃料电池。

通常将燃料电池电连接到电转换器，给出了通过负载对流出燃料电池的电流进行定制以用于其消耗的可能性。通过作用于转换器的控制模块来控制电转换器以使得流出转换器的电流适用于负载。典型地，控制模块对输出电流的电压进行调整，并且当输出电流为交流电流时，调整输出电流的频率。

最常见的，燃料电池装配有应急停止模块，该应急停止模块用于在燃料电池出现故障的情况下(例如在其中一个电池的电解质层的密封性缺失的情况下)使燃料电池停止工作。应急停止模块通常与测量燃料电池的电池组的端子上电压的端子相关联以检测所述故障。

已知的燃料电池目前遇到的问题在于，由于燃料电池上聚集了太大量的电力，所以应急止动不能及时触发。特别地，当燃料电池是冷的而所要求的功率突然增大时，或者当燃料电池老化并且性能有限时，会发生上述情况。

US 6428917提出了对流出燃料电池的最大输出电流进行调节。为此，US 6428917提出了一种利用燃料电池的电能生产系统，该燃料电池包括控制模块，该控制模块被编程为用于根据最低电池电压和阈值电压之间的比较结果推断出燃料电池的输出部处的最大输出电流，以及用于向电转换器传输表示所述最大电流的一组值。

然而，该生产系统需要执行复杂操作的计算机。因此，生产系统很难生产，并且成本较高。此外，该控制模块不太适用于具有大量(例如大于100个)电化学电池的燃料电池。

已知电化学电池还给出了通过第三方流体的电解来产生氧化性流体和还原性流体的可能性。特别地，已知水电解电池给出了产生氢和氧的可能性。将水注入电池的阳极管或者阴极管中，电解质层通过允许进行离子交换确保这两个导管之间的密封性。在施加在两个导管之间的电势差的影响下，水分解成氢正离子及氧负离子，相同符号的离子迁移通过电解质层到电池的另一导管中。因此，氧离子与氢离子分离。然后，氧离子释放其电子而转换成氧气，同时氢离子接收电子而被转换成氢气。