[发明专利]基于SOFC的电动汽车家用充电系统及其运行控制方法

说明书

本发明公开了一种基于SOFC的电动汽车家用充电系统及其运行控制方法，该系统包括燃料供应子系统、发电子系统、能量管理子系统和控制子系统，燃料供应子系统包括空气供应模块、水供应模块和天然气供应模块，发电子系统包括固体氧化物燃料电池SOFC发电模块、热能管理模块、直流升压模块和交流转换模块，能量管理子系统包括交流充电模块、电能存储模块和热能存储模块，控制子系统包括与燃料供应子系统、发电子系统和能量管理子系统信号连接的中央控制模块。本发明能够脱离市政电网为电动汽车充电或为家庭电网供电，同时实现热电联产。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种基于SOFC的电动汽车家用充电系统及其运行控制方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)系统，其燃料通常为天然气，氧化剂为空气，主要产物为水和CO₂。相比传统发电系统，其主要优点是：①发电效率高：SOFC发电系统发电时直接将化学能转换成电能，不受卡诺循环限制，因此直流发电效率可达70％，交流发电效率可达65％；②余热品质高：SOFC发电系统发电过程中产生的余热温度高且温度稳定，经回收后可转换为热水或暖气供日常使用；③不影响环境：无机械转动部件，发电时不产生振动，因此工作时噪音极低，可安装在生活区域和工作区域，同时发电前会将天然气脱硫，主要产物为水和CO₂，不含CO、SO₂和NO_x等污染空气的产物；④燃料适应性广：不仅可以使用天然气，还可以使用煤制气、合成气、生物质气、甲醇、沼气等作为燃料，因此可以在很多应用场景使用，若使用天然气作为燃料，可直接接入现有成熟的市政天燃气管网获取天然气，燃料容易获取，特别适用于家庭使用。

目前，预计到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达到200万辆、累计产销量超过500万辆。然而，中国电动汽车充电基础设施促进联盟内成员单位总计上报公共类充电桩27.9万个(其中交流充电桩12.3万个、直流充电桩9.3万个、交直流一体充电桩6.3万个)。通过联盟内成员整车企业建设安装私人类充电桩36.5万个。可以看出，到2020年还难以满足全国500万辆电动汽车充电需求。

据调查，充电桩尤其是私人充电桩发展缓慢的原因之一是电网公司在既有居民小区预留的电力容量不足，在居民区大规模增建充电桩会影响电网安全。假定平均每小区有1000户家庭，若每个家庭安装一台3.5kW充电桩，则一个小区就需增容3500kW的电力，这将对小区电网甚至城市电网造成巨大的压力。而如果在小区建设公共充电桩，则会遇到产权不清晰，充电不方便、安全责任不明确等诸多问题。

传统家用燃气热水器燃烧时会产生CO、SO₂和NO_x等污染空气的产物，不利于“终端能源清洁化”的发展要求。同时，若使用不当，燃烧产物排入室内，还可能危害人身安全。传统电热水器在使用时只有一直通电才能达到即开即热的效果，日均耗电量达3～5kWh。同时，若电热水器漏电，还可能危害人身安全。受气象条件限制，部分地区并不适用使用太阳能热水器，而适用地区也会出现供热不稳定的情况。同时，受安装空间限制，大多数家庭并不适合安装分布式太阳能热水器；而由于管道过长，集中式太阳能供热至每户家庭的过程中，会出现大量的热散失。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于SOFC的电动汽车家用充电系统及其运行控制方法，能够脱离市政电网为电动汽车充电或为家庭电网供电，同时实现热电联产。