[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

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种基于化学制氢的燃料电池系统及其控制方法。一种基于化学制氢的燃料电池系统，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，用于制造氢气，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，用于产生电能，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的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。能够通过有效的能量分配管理，来保证燃料电池堆的输出功率的稳定性，从而来保证化学制氢流量与压力的稳定性。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种基于化学制氢的燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池正常工作需要燃料-氢气与空气，空气可以直接在大气中采集，而氢气的来源就较复杂，无法很方便的采集，大概分两类工业制氢-存储和现场制氢，储氢现通常采用高压氢瓶储氢、液态储氢、金属储氢等，其储氢有体积大、储氢密度低、安全隐患等缺点；现场制氢包括化石燃料制氢，甲醇蒸汽转化制氢、化学制氢、电解制氢、光催化分解水制氢、电解水制氢、生物制氢等，除了化学制氢，其它现场制氢的方式都有体积较大、重量重、能耗高的缺点，其中化学制氢装置有着小型化、甚至微型化的特点，与燃料电池结合，可以替代大部分便携式电源上的一次电池。化学制氢有许多方式，例如：氢化镁制氢、硼氢化钠制氢、硫酸制氢等等，但是其因为都是一种化学反应， 都是在微观层的变化，控制难度较大，很难满足应用需求。

质子交换膜燃料电池特点：在工作的适合需要稳定的氢气压力供给，对氢气实时性要求强，输出动态响应差，内部需要维持特定的温度、湿度环境；化学制氢通常是一种化学反应，为了提高制氢速度，还需要添加催化剂，化学反应是一种在微观层的操作，可控性极差，在不同的阶段、不同的环境、不同的密度下，制氢反应的速度是不一样的；而对于一个电源系统来说，用户端关注的仅仅是输出的功率，根据这三方面的诉求，可以知道，此系统的可行性由电源的性能、可靠性和稳定性决定。

为了解决此类问题，目前在燃料电池电源系统上采用了增加二次电池的办法，解决用户端的诉求，采用了电压钳制的方式，常态排氢，但会造成化学制氢利用率低下，压力波动较大，不能很好的去匹配用户端-二次电池-燃料电池堆—化学制氢四者的关系，对电源可靠性、燃料电池堆寿命有较大的影响。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种基于化学制氢的燃料电池系统及其控制方法，通过有效的能量分配管理，来保证燃料电池堆的输出功率的稳定性，从而来保证化学制氢流量与压力的稳定性，并通过调节燃料电池堆的输出功率，来调节化学制氢流量与压力的稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于化学制氢的燃料电池系统，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的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；