[发明专利]燃料电池堆连接控制装置及其控制方法

说明书

本发明提供一种燃料电池堆连接控制装置及其控制方法，其中包括达到n个的多个燃料电池堆和与所述多个燃料电池堆连接的电力调节部，所述控制装置包括：存储器，其存储用于开始所述燃料电池堆连接控制装置的操作的第一阈值、包括0至所述第一阈值的第二阈值、用于将所述第二阈值分为至少两个小范围的边界值；多个堆电压感测部，其分别感测所述多个燃料电池堆的电压；以及控制部，其判断感测到的电压是否降低所述第一阈值或所述第一阈值以上，在所述感测到的电压降低所述第一阈值或所述第一阈值以上时，对转换部的操作进行控制，从而将具有分别与所述至少两个小范围相关联的电压的一个或一个以上的燃料电池堆以每一组进行分组。

技术领域

本发明涉及燃料电池装置，特别地涉及包括多个燃料电池堆的燃料电池堆连接控制装置及其控制方法。

背景技术

在数十千瓦(KW)至数兆瓦(MW)的中大型发电用固体氧化物燃料电池(SOFC：SolidOxide Fuel Cell)装置中，连接多个小容量燃料电池堆(stack)来获得大容量。为了获得期望的电力输出，在燃料电池堆中将数十至数百张的单位燃料电池叠层连接。

在使用上述的燃料电池堆时，最近发生了如下的问题。

在燃料电池堆以串联连接的情况下，若仅一个燃料电池堆存在缺陷也会发生停机(shut down)；在燃料电池堆以并联连接的情况下，若在一部分堆中发生劣化，则该影响会波及到其他正常堆，因此，一般地，已使用了将燃料电池堆适当地串并联连接的燃料电池装置。

然而，在此情况下，由于随着时间的经过有时也会发生停机，因此该问题也变得突出。

另一个问题是，电力调节系统通过单一DC-DC变换器来处理多个施加的输入电压的能力。

一般地，调节燃料电池堆的电力的电力调节系统(PCS：Power ConditioningSystem)包括单一DC-DC变换器。所述DC-DC变换器对从燃料电池堆施加的输入电压(例如，40至80V)进行处理。然而，所述输入电压的数越多，能够处理该多个输入电压的DC-DC变换器的费用增加，DC-DC变换器的效率降低，例如直流电压的脉动率(纹波率)减小，从而电力调节系统的整体效率也降低。

图1是示出并联连接的燃料电池堆的电压输入到电力调节系统的变换器的框图。

假设均具有60V电压的多个燃料电池堆210、220、230、240的电压由于外部或内部的冲击而分别变为60V、59V、56V、55V。此时由于燃料电池堆并联连接，劣化现象如上所述例如由于具有减小较多的56V和55V电压的燃料电池堆230、240而急剧扩散到其余燃料电池堆210、220，最终不仅燃料电池堆的性能降低，由于将要处理的输入电压的数变多，DC-DC变换器510的效率也降低，从而电力调节系统的效率和燃料电池装置10的性能显著降低。这里，电力调节系统的效率可以表示为DC-DC变换器510的效率×DC-AC逆变器600的效率。

因此，需要如下的能够根本解决上述两种问题的应对方案。

首先，相比于将燃料电池堆以串并联连接，需要这样一种技术：优先将具有相同或类似的电压的燃料电池堆各自进行分组并且以并联连接，以减少燃料电池堆的劣化，从而减少燃料电池堆的停机现象。其次，也切实需要这样一种技术：将输入到DC-DC变换器的多个直流电压分割输入到至少两个DC-DC变换器，以有效地处理所输入的直流电压，从而提高电力调节系统的效率。

发明内容

[要解决的技术问题]

为了解决上述现有技术中的问题而作出本发明，本发明所要解决的技术问题是提供一种燃料电池堆连接控制装置及其控制方法，其将燃料电池装置中具有相同或类似的电压的燃料电池堆各自进行分组并且以并联连接，以减少燃料电池堆的劣化，从而减少燃料电池堆的停机现象，同时将多个输入电压分割输入到至少两个DC-DC变换器，以有效地处理所述输入电压，从而提高电力调节系统的效率。