[发明专利]一种燃料电池系统控制方法和燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池系统控制方法和燃料电池系统。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是一种能将反应物的化学能直接转化为电能的电化学装置，相比于传统的燃料利用方式，电化学反应不受到卡诺循环的限制，因而可以获得更好的能量转换效率。例如，图1所示为一种传统的燃料利用方式原理图。在传统的燃料利用方式中(如火力发电系统中)都有一个热交换过程，需要将化学能转换为热能，热能转换为动能，然后将动能转换为电能。在这样的能量转换过程中，热机受到卡诺循环的限制，转换效率不高，整体的效率通常为33％～35％，有将近2/3的能量会以热能形式在交换过程中浪费掉。

虽然蓄电池也可以实现化学能向电能的电化学转换。但蓄电池仅仅是电能储存装置。而燃料电池的特性在于：只要不断的给燃料电池供给燃料，燃料电池就可以连续不断的输出电能，因此燃料电池拥有比蓄电池更高的功率密度。

在现有技术中，蓄电池由于具备储存电能的作用也被引入了一些燃料电池的系统结构中，但蓄电池仅用于储存燃料电池产生多余的电能，或在燃料电池准备产生电力时的过渡期内向负载临时供电。然而，随着燃料电池系统的应用范围越来越广泛，各种不同设备的负载需求各不相同(例如便携式电子设备的负载需求就要比电动车小的多)。此外，燃料电池本身的特性比较“软”，当负载所需功率较大时，燃料电池的输出电压会急剧下降，从而会影响燃料电池的供电效率。因此，为了应对各种不同的负载需求，并高效的利用燃料电池的高功率密度特性，急需一种实现燃料电池和蓄电池协同供电的控制方式。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种燃料电池系统控制方法和系统，解决了现有技术无法应对各种不同的负载需求，以及无法高效的利用燃料电池的高功率密度特性的问题。

本发明实施例提供的一种燃料电池系统控制方法，适用于的燃料电池系统包括燃料电池单元和蓄电池单元，所述方法包括：

将燃料电池单元供给负载的输出功率控制在一个限制功率内；

当负载所需功率大于所述燃料电池单元的限制功率时，控制所述蓄电池单元补给剩余的负载所需功率。

其中，将燃料电池单元供给负载的输出功率控制在一个限制功率内包括：

通过调节所述燃料电池单元给负载供电时的PWM占空比来限制所述燃料电池单元供给负载的输出功率。

其中，通过调节所述燃料电池单元供电时的PWM占空比来限制所述燃料电池单元供给负载的输出功率包括：

采集所述燃料电池单元供给负载的输出电压和输出电流；

采集所述燃料电池单元本身的电压；

以所述燃料电池本身的电压减去燃料电池的最低放电电压的差作为第一误差值，并记录该第一误差值的变化量；根据该第一误差值和第一误差值变化量建立PID控制，获得第一PID输出电流；如果所述第一PID输出电流大于与所述燃料电池的限制功率对应的限制电流，则将所述第一PID输出电流修正为所述限制电流值；

以所述第一PID输出电流减去燃料电池的输出电流的差作为第二误差值，并记录该第二误差值的变化量；根据该第二误差值和第二误差值变化量建立PID控制，获得第一PID输出电压，如果所述第一PID输出电压大于与所述燃料电池的限制功率对应的限制电压，则将所述第一PID输出电压修正为所述限制电压值；

以所述第一PID输出电压减去燃料电池的输出电压的差作为第三误差值，并记录该第三误差值的变化量；根据该第三误差值和第三误差值变化量建立PID控制，获取PID输出的第一PWM值；

根据所述第一PWM值调节燃料电池单元供电时的PWM占空比。

其中，当负载所需功率大于所述燃料电池单元的限制功率时，控制所述蓄电池单元补给剩余的负载所需功率包括：

当燃料电池单元供给负载的输出电压低于一预设值时，触发所述蓄电池单元向负载的放电过程。

其中，进一步包括：

当燃料电池单元供给负载的输出电压高于所述蓄电池供给负载的输出电压时，控制所述燃料电池单元对所述蓄电池单元进行充电。

其中，控制所述燃料电池单元对所述蓄电池单元进行充电包括：

通过调节所述燃料电池单元给所述蓄电池单元充电时的PWM占空比来调节充电电流。

其中，通过调节所述燃料电池单元给所述蓄电池单元供电时的PWM占空比来调节充电电流包括：

采集所述燃料电池单元给所述蓄电池单元供电时的充电电压与充电电流；