[发明专利]一种基于化学制氢的燃料电池系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于化学制氢的燃料电池系统，其特征在于：包括硼氢化钠制氢模块，燃料电池堆，DC/DC转换器，能量管理模块，储能电池和控制器；

所述硼氢化钠制氢模块，其输出端与所述燃料电池堆的输入端连接；

所述燃料电池堆，其输出端与所述DC/DC转换器的输入端连接；

所述DC/DC转换器，用于将所述燃料电池堆产生的不稳定的电压通过数字信号实时控制转换成稳定的电压，其输出端与所述能量管理模块的输入端连接，控制端与所述能量管理模块的输出控制信号输出端相连；

所述能量管理模块，用于根据负载功率和所述硼氢化钠制氢模块制氢流量来调整所述储能电池的输入输出状态及燃料电池堆输出状态，其与所述储能电池及负载连接；

所述储能电池，其与所述能量管理模块连接；

所述控制器，用于分析计算所述硼氢化钠制氢模块、所述燃料电池堆、所述DC/DC转换器、所述能量管理模块和所述储能电池上传的状态数据来调节所述硼氢化钠制氢模块的制氢速率、所述储能电池的输入输出状态、所述燃料电池堆的输出状态以实现燃料电池系统供电、制氢的稳定，其分别与所述硼氢化钠制氢模块、所述燃料电池堆、所述DC/DC转换器、所述能量管理模块和所述储能电池连接；

所述能量管理模块包括功率获取单元，负载功率分析单元和电能分配单元；

所述功率获取单元，用于实时获取负载功率和所述燃料电池堆的实时输出功率；

所述负载功率分析单元，用于分析实时获取的负载功率来判定负载功率变化有波动或稳定，并将判定结果上传给控制器；

所述电能分配单元，用于当所述燃料电池堆产生的电能大于负载所需的电能时，将多余的电能存储到所述储能电池中；当所述燃料电池堆产生的电能小于负载所需的电能时，将不足的电能从所述储能电池中释放出来以给负载供电；

所述负载功率分析单元包括负载功率提取时间设置单元，负载功率离散单元，负载功率判定阈值计算单元，和负载功率最终判定单元；

所述负载功率提取时间设置单元，用于设置所要分析的负载功率的时间长度；

所述负载功率离散单元，用于将一定时间长度的负载功率以离散点的形式表示；

所述负载功率判定阈值计算单元，用于计算出现次数最多的离散点的功率值，将功率值加上一个安全值作为最大判定阈值，将功率值减去一个安全值作为最小判定阈值；

所述负载功率最终判定单元，用于统计大于最大判定阈值和小于最小判定阈值的离散点的总个数，当总个数大于设定个数阈值时，将负载功率变化判定为有波动；否者，将负载功率变化判定为稳定；

当负载功率变化有波动时，通过电能分配单元来调整储能电池的输入输出状态以满足负载功率变化；当负载功率变化稳定时，通过控制器重新计算燃料电池堆的理想输出功率，重新计算硼氢化钠制氢模块的最佳制氢参数和最佳制氢速率以实现燃料电池系统供电、制氢的稳定。

2.根据权利要求1所述的一种基于化学制氢的燃料电池系统，其特征在于：所述硼氢化钠制氢模块包括蠕动泵，步进电机，传感器和电磁阀。

3.根据权利要求1所述的一种基于化学制氢的燃料电池系统，其特征在于：所述燃料电池堆为小型自增湿空冷电堆。

4.一种基于如权利要求1所述的化学制氢的燃料电池系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）启动燃料电池系统，能量管理模块根据外部的负载功率通过控制器计算出燃料电池堆所需的理想输出功率，燃料电池堆根据理想输出功率通过控制器计算出产电所需的最佳氢气流量，硼氢化钠制氢模块根据最佳氢气流量通过控制器计算出最佳制氢参数和最佳制氢速率；

（2）通过控制器监测、控制硼氢化钠制氢模块，燃料电池堆，DC/DC转换器，能量管理模块和储能电池以实现燃料电池系统的制氢、供电稳定，具体包括，

（21）当硼氢化钠制氢模块中的实际制氢速率大于最佳制氢速率时，燃料电池堆中的实际氢气流量大于最佳氢气流量，燃料电池堆的实际输出功率大于理想输出功率，能量管理模块将实际输出功率大于理想输出功率部分所对应的电能存储到储能电池中；

（22）当硼氢化钠制氢模块中的实际制氢速率小于最佳制氢速率时，燃料电池堆中的实际氢气流量小于最佳氢气流量，燃料电池堆的实际输出功率小于理想输出功率，能量管理模块将实际输出功率小于理想输出功率部分所对应的电能从储能电池中释放出来以用于负载供电；

（23）当外部的负载功率发生变化时，通过能量管理模块判定负载功率的变化情况，并将判定结果上传给控制器；

当负载功率变化有波动时，通过能量管理模块结合储能电池来满足负载功率变化；

当负载功率变化稳定时，控制器重新计算燃料电池堆的理想输出功率，重新计算硼氢化钠制氢模块的最佳制氢参数和最佳制氢速率以实现燃料电池系统供电、制氢的稳定；

所述步骤(23)具体为，通过功率获取单元实时获取负载功率和燃料电池堆的实时输出功率，当实时输出功率大于负载功率，即当燃料电池堆产生的电能大于负载所需的电能时，通过电能分配单元将多余的电能存储到所述储能电池中；

通过功率获取单元实时获取负载功率和燃料电池堆的实时输出功率，当实时输出功率小于负载功率，即当燃料电池堆产生的电能小于负载所需的电能时，通过电能分配单元将不足的电能从所述储能电池中释放出来以给负载供电；

通过负载功率分析单元分析实时获取的负载功率来判定负载功率变化有波动或稳定；

负载功率变化判定具体包括，通过负载功率提取时间设置单元设置所要分析的负载功率的时间长度；

通过负载功率离散单元将一定时间长度的负载功率以离散点的形式表示；

通过负载功率判定阈值计算单元计算出现次数最多的离散点的功率值，将功率值加上一个安全值作为最大判定阈值，将功率值减去一个安全值作为最小判定阈值；

通过负载功率最终判定单元统计大于最大判定阈值和小于最小判定阈值的离散点的总个数，当总个数大于设定个数阈值时，将负载功率变化判定为有波动；否者，将负载功率变化判定为稳定。