[发明专利]燃料电池供能系统及基于其的能量调节方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池供能系统及基于其的能量调节方法。燃料电池供能系统包括多个燃料电池发电模块、多个功率变换模块以及一通讯控制模块，通讯控制模块与多个功率变换模块相连接，且多个燃料电池发电模块经由对应的功率变换模块电连接到一直流母线。能量调节方法包括：基于燃料电池发电模块的能量状态参数计算参数平均值；根据能量状态参数和参数平均值计算补偿因子；基于下垂算法计算每一功率变换模块的控制量参考值，并将控制量参考值与对应的补偿因子相乘以得到功率变换模块的控制量给定值；以及根据控制量给定值对对应的燃料电池发电模块进行调节。本发明通过补偿因子，实现了基于各个燃料电池发电模块的运行状况的能量/功率优化调节。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池供能系统及基于其的能量调节方法。

背景技术

燃料电池供能系统具有效率高，功率密度大，模块化，寿命长等优点，是未来能源发展的重要方向。例如，现有技术的SOFC(Solid Oxide Fuel Cell，固体氧化物燃料电池)可以实现80％～90％的综合效率。

但是，现有的燃料电池存在输出电压比较低，直流电压波动幅度大，以及对低频纹波适应性差的问题，因此需要用DC/DC变换器做前端升压和调压控制。然而，在大功率燃料电池供能系统运行过程中，DC/DC变换器主要控制直流母线电压(Bus voltage)，对燃料电池的电流控制和调节能力则较差。

一方面，为了让燃料电池供能系统中各燃料电池模块均分输出功率，DC/DC变换器通常采用集中通讯方式和下垂控制等方法。但是，集中通讯方式有响应速度慢和可靠性低的缺陷；而下垂控制中母线电压精度与各燃料电池模块间电流均衡程度常常需要折衷，为了实现较高的母线电压精度，各燃料电池模块间电流不均衡依然存在。

另一方面，多组燃料电池模块之间，由于制造工艺、使用年限、健康状态等因素，还存在发电效率的差异、输出电压的差异、电堆温度的差异等，需要设法有效地利用燃料电池的特性参数来优化燃料电池供能系统的运行。

因此，如何在实施母线电压/输出电流控制的同时优化多组燃料电池的输出功率分配，成为一个重要的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供燃料电池供能系统及基于其的能量调节方法，能够实现基于各个燃料电池的运行状况的能量/功率优化调节。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于燃料电池供能系统的能量调节方法，其特点在于，所述燃料电池供能系统包括多个燃料电池发电模块、多个功率变换模块以及一通讯控制模块，所述通讯控制模块与所述多个功率变换模块相连接，且所述多个燃料电池发电模块经由对应的所述功率变换模块电连接到一直流母线，所述能量调节方法包括：

所述通讯控制模块基于每一所述燃料电池发电模块的至少一能量状态参数计算对应的参数平均值；

所述通讯控制模块根据每一所述燃料电池发电模块的所述能量状态参数和所述参数平均值计算对应的补偿因子并下发给对应的所述功率变换模块；或者，所述功率变换模块根据对应连接的所述燃料电池发电模块的所述能量状态参数和所述通讯控制模块下发的所述参数平均值计算对应的补偿因子；

所述功率变换模块基于下垂算法计算每一所述功率变换模块的控制量参考值，并将所述控制量参考值与对应的所述补偿因子相乘以得到所述功率变换模块的控制量给定值；

所述功率变换模块根据所述控制量给定值对对应的所述燃料电池发电模块进行调节。

在本发明的一实施例中，所述能量状态参数为燃料电池发电模块的输出电压值、输出电压系统给定值、输出电流给定值、温度检测值、功率检测值、变换效率计算值、燃料电池发电模块的燃料供应流量或压力检测值、以及燃料电池发电模块的健康水平检测值的至少其中之一。

在本发明的一实施例中，所述补偿因子为每一所述燃料电池发电模块的所述能量状态参数与所述多个燃料电池发电模块的所述能量状态参数的均值之商。