[发明专利]一种便携式SOFC发电装置及其能量管理方法

说明书

本发明涉及一种便携式SOFC发电装置及其能量管理方法，所述装置包括：气体供给系统、燃料电池堆系统、电力变换系统、控制系统；所述能量管理方法包括当装置处于启动状态时，由电力变换系统中的锂电池组为负载提供电能；当装置处于运行状态时，通过负载反馈的功率需求调节燃料电池堆系统的功率输出；通过电力变换系统中锂电池组反馈的状态信息，向锂电池组输出充放电功率；当装置处于停止状态时，电力变换系统中锂电池组向控制系统输出电能。本发明结构简单、启动时间短，能量管理方法简单有效，发电装置在部分负荷下仍具有较高发电效率，可延长电堆及锂电池组使用寿命。

技术领域

本发明涉及可独立发电的固体氧化物燃料电池控制技术领域，具体地说是一种便携式SOFC发电装置及其能量管理方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池是一种在中高温下直接将储存在燃料与氧化剂中的化学能直接转换为电能的发电装置，具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装及零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。

燃料电池通常以系统形式存在，由电池堆子系统、气体供给子系统、电力变换子系统、负载子系统、监控子系统及控制子系统组成。

便携式电源设备是其应用领域之一，具有广阔的发展空间及前景。

固体氧化物燃料电池具有启动时间长，动态响应速度慢等缺点，需结合辅助电源构成复合电源发电装置，解决以上问题。发电装置在启动、运行及停止状态，均需要进行能量管理。尤其是运行状态，负载需求功率是变化的，需优化电堆放电功率及锂电池组充放电功率，实现负荷跟踪控制，同时使发电装置具有较高发电效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种便携式SOFC发电装置及其能量管理方法，解决现有固体氧化物燃料电池具启动时间长，动态响应速度慢的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种便携式SOFC发电装置，包括：

气体供给系统，通过管路连接燃料电池堆系统，将反应所需气体通入燃料电池堆系统，所述气体供给系统的控制端与控制系统的控制输出接口连接；

燃料电池堆系统，含有电能输出引线，其电能输出端连接电力变换系统输入端，向电力变换系统输出电能；

电力变换系统，输出端连接负载，向负载输出电能，所述DCDC变换器控制端与控制系统控制输出端信号连接；

控制系统，包含多路热电偶、多路电压电流传感器、多路可控开关及控制器，所述多路热电偶、多路电压电流传感器与控制系统采集输入接口信号连接；所述多路可控开关与控制系统控制输出接口信号连接；所述控制器包含通信接口，其根据采集负载功率需求，重新设定控制输出；

上位机，包含通信接口，与控制系统通信接口信号连接，用于对控制系统进行远程监控。

所述气体供给系统包括燃料储罐，供给反应所需的气体；所述燃料储罐通过管路经流量调节阀与燃料电池堆系统中电堆阳极入口相连；环境中空气通过气泵与燃料电池堆的阳极入口相连；燃料电池堆的阴极入口通过管路经风机与大气相连。

所述燃料电池堆系统包括：

燃料电池堆，其阳极及阴极入口连接换热器，使阳极的燃料及阴极的空气经换热器预热后通入燃料电池堆的阳极及阴极入口；其阳极出口及阴极出口通入燃烧室；燃料电池堆设置电能输出引线，输出电能；

重整室，其输出端经换热器通入燃料电池堆的阳极入口，使重整后的气体进入燃料电池堆的阳极入口；

燃烧室，其输出端通入换热器，使通入燃烧室的尾气燃烧后经换热器进行热量回收；