[发明专利]一种燃料电池组合电源系统及其控制方法

摘要

本发明涉及一种燃料电池组合电源系统及其控制方法，通过系统内的第一储能部件启动系统，电堆产生的电能通过功率调整电路供给负载或储存到第二储能部件中。系统内不使用燃料浓度传感器，控制器根据电堆的输出功率、电堆电压、电堆温度输出周期、占空比变化的燃料进料控制信号，燃料补充机构周期性间歇式的动作，补充高浓度燃料或者纯燃料。同时系统具有防冻模式，实时检测部件的温度，通过消耗燃料的办法保证部件的温度在安全范围之内，进而实现了低温存储以及低温环境下的运行。本发明简化了燃料电池系统结构，提高了集成度，启动防冻模式后便可以在低温环境下存储与使用。

主权项

1.一种燃料电池组合电源系统的控制方法，包括燃料电池电堆(101)、温度传感器(102)、风扇(103)、冷凝器(104)、水分离器(105)、燃料循环泵(106)、控制器(107)、燃料混合器(108)、燃料补充机构(109)、二氧化碳分离器(110)、空气泵(111)和燃料罐(114)；其中，空气泵的出口和燃料电池电堆的阴极入口相连；电堆的阴极出口和冷凝器的入口相连；冷凝器的出口和水分离器的入口相连；水分离器的气体出口和大气相通，水分离器的水出口和燃料混合器的水入口相连；燃料电池电堆的阳极出口和二氧化碳分离器的入口相连；二氧化碳分离器的气体出口和大气相通，二氧化碳分离器的燃料出口和燃料混合器的循环燃料入口相连；燃料罐的出口和燃料补充机构的入口相连；燃料补充机构的出口和燃料混合器的高浓度燃料入口相连；燃料混合器的混合燃料出口和燃料循环泵的入口相连，燃料循环泵的出口和燃料电池电堆阳极入口相连；温度传感器设置于燃料电池电堆上，用于检测电堆的温度；其特征在于：所述组合电源系统还包括同时设置于燃料电池电堆(101)上的一电压传感器(112)和一电流传感器(113)；所述燃料补充机构与所述控制器电连接；同时所述温度传感器、电压传感器和电流传感器均与所述控制器信号连接；所述控制器根据电堆输出功率、电堆电压、电堆温度向所述燃料补充机构发出信号指令，所述燃料补充机构按接收到的信号指令动作实现向燃料混合器内补充燃料；所述组合电源系统还包括一第一储能部件(201)和一第二储能部件(209)；第一储能部件(201)和第二储能部件(209)分别与燃料电池电堆以并联的方式进行电连接；所述第一储能部件用于启动燃料电池系统；所述第二储能部件用于为负载供电或者用于存储燃料电池电堆的电能；包括一普通模式控制方法和一防冻模式控制方法；所述普通模式控制方法：(1)控制器检测第二储能部件的电压V2；(2)当V2≤VS1时，系统内的空气泵、燃料循环泵、燃料补充机构启动，电堆逐渐进入工作状态；V2大于VS1时，系统直接进入待机状态，进行步骤(6)的过程；(3)控制器检测电堆的温度信号Tstack，当Tstack小于50摄氏度时，控制器持续进行电堆温度信号的检测；当Tstack≥50℃时电堆到达正常工作状态，电堆通过一恒功率充电电路为负载供电或者为第二储能部件充电；(4)当所述恒功率充电电路的输出功率Po≤PS1时，电堆停止为负载供电，或者停止为第二储能部件充电，然后检测第一储能部件的电压V1；当Po大于PS1时，电堆继续为负载供电或者为第二储能部件充电，重复步骤(4)的过程；(5)当V1≥VS5时，第一储能部件停止充电，然后空气泵、燃料循环泵、燃料补充机构停止工作，系统进入待机状态；当V1小于VS5时，电堆通过充电电路为第一储能部件充电，重复步骤(5)的过程；(6)进入待机状态后控制器检测第二储能部件的电压V2，开始步骤(2)到步骤(6)的一个新的循环；所述防冻模式控制方法：(1)控制器检测电堆的温度Tstack；(2)当Tstack≤TS1时，系统内的空气泵、燃料循环泵、燃料补充机构启动，电堆逐渐进入工作状态，当Tstack＞TS1时，再检测第二储能部件的电压V2；(3)当V2≤VS1时，系统内的空气泵、燃料循环泵启动，电堆逐渐进入工作状态；当V2大于VS1时重复步骤(1)的操作；(4)当Tstack≥50℃时电堆通过一恒功率充电电路为负载供电或者为第二储能部件充电；当Tstack小于50℃时控制器持续进行电堆温度信号的检测，重复步骤(4)的操作；(5)当所述恒功率充电电路的输出功率P0≤PS1时，电堆停止为负载供电，或者停止为第二储能部件充电，然后检测第一储能部件的电压V1；当Po大于PS1时，电堆继续为负载供电或者为第二储能部件充电，重复步骤(5)的过程；(6)当V1≥VS5时，第一储能部件停止充电，空气泵、燃料循环泵、燃料补充机构停止工作，系统进入待机状态；当V1小于VS5时，电堆通过充电电路为第一储能部件充电，重复步骤(6)的过程；(7)进入待机状态后控制器检测电堆的温度Tstack，开始步骤(2)到步骤(7)的一个新的循环；其中TS1为电堆的温度的设定值，VS1为第二储能部件的电压的设定值，PS1为恒功率充电电路的输出功率的设定值，VS5为第一储能部件的电压的设定值。