[发明专利]快速启动高温燃料电池及控制方法

说明书

本发明涉及一种快速启动高温燃料电池及控制方法，储能电池在发电模块启动过程初期为电加热器供电，电加热器预热辅助电堆，待辅助电堆预热至设定温度后通入燃料开始发电，辅助电堆为电加热器供电预热主电堆，发电过程产生的高温尾气通入主电堆加速预热。本发明增设储能电池组，提高发电模块快速响应能力；增设小规格辅助电堆，降低启动用储能电池容量需求，实现发电单元部分供电能力的快速启动；增设双加热模式，利用辅助电堆为电加热器高效供电，配合发电过程中产生热能同时为主电堆预热，加速热盒主电堆启动过程。

技术领域

本发明涉及高温燃料电池技术领域，尤其涉及一种快速启动高温燃料电池及控制方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种清洁高效的发电装置，由于其高温以及发电效率不受其规模限制的特点，将其应用于分布式发电、移动式电站或动力系统可极大地提高能源利用效率。目前以SOFC为主体的分布式发电、移动式电站或动力系统规模在几百瓦至数千瓦之间，这种直接面向终端用户的用能方式在促进化石能源高效清洁利用的同时，也将产生巨大的社会经济效益。由于SOFC区别于其他种类的燃料电池发电方式，具有较高的燃料适应性，可直接使用天然气、甲醇等碳氢燃料。近年来，对大功率SOFC发电单元的需求日趋紧迫，其启动过程慢等问题也变得尤为突出。

为加速SOFC电堆启动速度，现有系统多采用单纯电加热方式：在离网状态下，通过配备大功率储能电池，使用电加热器预热系统，但随着SOFC电堆发电功率的增大，需要配备的储能电池容量也会急剧上升，极大提高系统制造成本和整体装备装量，限制了固体氧化物燃料电池技术的推广和应用。

如何在不使用大功率储能电池的前提下，实现SOFC的快速启动是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种快速启动高温燃料电池发电单元，采用储能电池和辅助电堆相结合，实现部分供电能力的快速启动和响应；将电加热和高温尾气再利用相结合，加快主电堆预热，提高启动速度。

为达到上述目的，本发明提供了一种快速启动高温燃料电池，包括储能电池，电加热器，辅助电堆以及主电堆；

所述储能电池在启动时为电热器供电，在主电堆工作后由主电堆供电充电；

所述电加热器在启动时由储能电池供电，预热所述辅助电堆；待所述辅助电堆正常工作后由辅助电堆为所述电加热器供电，预热所述主电堆至所述主电堆启动；

所述辅助电堆与所述主电堆由多片高温燃料电池堆叠构成，所述辅助电堆发电功率小于所述主电堆的发电功率。

进一步地，还包括主控模块，控制所述电加热器在启动时由储能电池供电，控制所述电加热器预热所述辅助电堆；在辅助电堆输出供电满足电压阈值要求后，主控模块控制辅助电堆为所述电加热器供电，控制所述电加热器切换为预热所述主电堆。

进一步地，所述储能电池能够在主控模块控制下为外部设备提供电力。

进一步地，还包括第一阀门、第二阀门、第一热电偶和第二热电偶；

所述第一热电偶检测所述主电堆的温度并发送给所述主控模块；所述第二热电偶检测所述辅助电堆的温度并发送给所述主控模块；

在启动过程中，当所述辅助电堆的温度达到设定阈值后，控制所述第一阀门开启，向所述辅助电堆提供燃气，产生的尾气进入所述主电堆加热所述主电堆；当所述主电堆的温度达到设定阈值后，关闭所述第一阀门并开启所述第二阀门，向所述主电堆提供燃气。