[发明专利]燃料电池的发电控制系统及方法

说明书

一种燃料电池的发电控制系统及方法，该发电控系统包括：燃料电池，通过燃料与空气之间的化学反应来进行发电；消耗装置，连接到燃料电池的输出端子并且消耗从燃料电池输出的电力；转换器，串联或并联地连接在燃料电池与消耗装置之间，并且调节燃料电池的输出电压；供应装置，向燃料电池供应空气；电压控制器，根据燃料电池需要输出的所需电力或所需电流来控制转换器；供应控制器，根据燃料电池需要输出的所需电力或所需电流来控制供应装置。

技术领域

本公开涉及一种燃料电池的发电控制系统及方法，更具体地，涉及跟随燃料电池的所需电力或所需电流的发电控制。

背景技术

燃料电池是将燃料氧化产生的化学能直接转化成电能的电池，并且是一种发电装置。燃料电池与化学电池的相同之处在于它基本上使用氧化和还原反应。然而，燃料电池与在封闭系统中进行电池反应的化学电池的不同之处在于，反应物从外部连续供应并且反应产物被连续移除到系统外部。近来，燃料电池发电系统已投入实际使用。由于燃料电池的反应产物是纯水，因此已经积极进行了将燃料电池发电系统用作环保车辆的能源的研究。

燃料电池发电系统包括通过化学反应产生电能的燃料电池堆、向该燃料电池堆的阴极供应空气的空气供应装置、以及向该燃料电池堆的阳极供应氢气的氢气供应装置。换句话说，包括氧气的空气供应到燃料电池堆的阴极并且氢气被供应到燃料电池堆的阳极。

提供现有技术内容的说明仅为用于帮助理解本公开的背景，不应被视为对应于本领域技术人员已知的现有技术。

发明内容

本公开的目的是提供一种根据燃料电池运行的负载区域来控制燃料电池的发电从而维持燃料电池耐久性的技术。

根据本公开的实施例，燃料电池的发电控制系统包括通过燃料和空气之间的化学反应来进行发电的燃料电池。该系统还包括连接到燃料电池的输出端子并消耗从燃料电池输出的电力的消耗装置。该系统还包括串联或并联地连接在燃料电池与消耗装置之间并调节燃料电池的输出电压的转换器。该系统还包括向燃料电池供应空气的供应装置。该系统还包括电压控制器，该电压控制器基于燃料电池需要输出的所需电力或所需电流来控制转换器。该系统还包括基于燃料电池需要输出的所需电力或所需电流来控制供应装置的供应控制器。

燃料电池的发电控制系统还可以包括高电压电池，该高电压电池并联地连接在燃料电池与消耗装置之间，该高电压电池相对于转换器在与燃料电池相反的一侧，并且用燃料电池产生的电力进行充电或在该高电压电池放电时辅助燃料电池产生的电力。

电压控制器可以基于燃料电池中供应空气量与反应空气量的比率将燃料电池的负载区域划分为第一区域和第二区域，并且可以基于所划分的负载区域控制转换器。

在负载相对较低的第一区域中，电压控制器可以将燃料电池的输出电压维持在一预设电压。

在负载相对较高的第二区域中，电压控制器可以基于燃料电池的所需电力与输出电力的差值，对燃料电池的输出电压执行比例积分控制，使得燃料电池的输出电力跟随所需电力。

供应控制器可以基于燃料电池的输出电压将燃料电池的负载区域划分为第一区域和第二区域，并且可以基于所划分的负载区域来控制供应装置。

在负载相对较低的第一区域中，供应控制器可以基于燃料电池的所需电流与输出电流的差值，对供应的空气量执行比例积分控制，使得燃料电池的输出电流跟随所需电流。

在负载相对较低的第一区域中，供应控制器可以控制供应装置，使得燃料电池中的供应空气量与反应空气量的比率随着所需电流的减小而减小。

在负载相对较高的第二区域中，供应控制器可以将燃料电池中的供应空气量与反应空气量的比率维持在一预设比率。

电压控制器或供应控制器可以根据负载区域过渡时燃料电池的所需电力与输出电力的差值、或者燃料电池的所需电流与输出电流的差值来重置积分值。