[发明专利]燃料电池电力系统

说明书

燃料电池电力系统以及启动燃料电池电力系统的方法。该燃料电池电力系统包括：燃料电池系统，其具有一个或更多个电压输出端；一个或更多个DC/DC转换器，各自具有输出端和输入端，所述输入端可连接至燃料电池系统的电压输出端；DC电压链路，其可连接至一个或更多个DC/DC转换器的输出端；以及局部负载，其可连接至DC电压链路。在该系统中，局部负载适于从燃料电池系统中汲取电力以降低燃料电池系统的电压。

技术领域

本发明涉及燃料电池电力系统，并且更具体地，涉及具有DC链路的燃料电池电力系统。

背景技术

燃料电池越来越多地用于为各种负载产生电力。在燃料电池的一种应用中，来自燃料电池系统的输出电压被馈送至DC链路，并且DC链路的电压被调节至一定的范围内。DC链路的电压通常由多种负载通过使用转换器进一步消耗。转换器针对特定负载转换DC链路的电压。

DC链路的电压通常由连接在燃料电池的输出端与DC链路之间的升压型DC/DC转换器调节。燃料电池堆必须被设计成在低于额定系统电压下操作，使得DC/DC转换器可以通过提高燃料电池的输出电压来调节DC链路电压。燃料电池的输出电压在开路条件下处于最高，并且随着负载的增加而降低。因此，DC/DC转换器必须针对开路电压和满负载电流两者被设计，这导致电力转换容量的不良利用率。因此，当系统的负载增加时，燃料电池的输出电压降低。DC/DC转换器被操作成将DC链路电压保持在一定限度内。

在具有若干兆瓦的功率范围的大型燃料电池系统的情况下，燃料电池堆被一起分组在特定的燃料电池空间中。输出电压通过将燃料电池串联堆叠并且特别地将燃料电池堆叠在彼此的顶部来确定。通常，将存在空间以使更多堆串联，但是电压限度阻止了充分利用空间高度并且需要更多的占地面积。

上面的问题可以通过使用降压-升压转换器而不是升压转换器来部分地解决，但这也需要更多的转换器硬件或特定的驱动部件。升压型转换器可以由常规的6脉冲IGBT转换器进行配置，但是降压-升压转换器需要修改的硬件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法以及用于实现该方法的系统以解决上面的问题。本发明的目的通过下述方法和系统来实现，所述方法和系统的特征在于独立权利要求中所述的内容。本发明的优选实施方式在从属权利要求中公开。

本发明基于以下构想：在燃料电池电力系统的启动阶段期间利用局部负载。本发明能够将更多个燃料电池堆串联连接并且允许在启动期间在更高的电压下操作燃料电池。当启动燃料电池系统时，燃料电池系统的输出电压首先被定向至局部负载。当负载增加到输出电压低于额定系统电压的水平时，燃料电池通过DC/DC转换器连接至主电气系统。当电压低于DC/DC转换器的额定电压时，可以启动DC/DC转换器。

通过使用本发明，可以减少大型燃料电池系统中电力转换器和线缆的数量。本发明还将能够以更有效的方式包装燃料电池堆，并且更好地利用可用空间。

附图说明

在下文中，将参照附图借助于优选实施方式对本发明进行更详细地描述，在附图中：

图1示出了本发明的实施方式的简化结构；

图2和图3示出了燃料电池堆的极化曲线；

图4和图5示出了图2和图3的具有操作范围的极化曲线；以及

图6示出了本发明的系统的实施方式。

具体实施方式

图1示出了本发明的实施方式的简化电路。图1示出了燃料电池堆11，该燃料电池堆11的输出端连接至DC/DC转换器12。该转换器被示出为包括电感器L、二极管D、可控开关S和电容器C。转换器12为升压型转换器，该升压型转换器可以被操作成将输入端的电压增加至输出端处的较高电压。DC/DC转换器的输出端连接至主开关13，以将转换器的输出电压连接至主负载15。转换器12的输出端还包括辅助开关，该辅助开关可以用于将该转换器的输出电压连接至局部负载。