[发明专利]一种燃料电池堆发电系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电池发电技术领域，特别是涉及一种燃料电池堆发电系统。

背景技术

燃料电池技术的发展历程已经超过了100多年，在交通运输、固定式应用领域及太空计划中取得了非常大的成功。目前有很多不同类型的燃料电池技术，随着时间的推移燃料电池的研发应用到各种特殊的领域。其主要特点：能量转化效率高；它直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45％～60％，而火力发电和核电的效率大约在30％-40％。安装地点灵活；燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电站，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。负荷响应快，运行质量高；燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率。由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间的转换的损失，达到很高的发电效率。在最近几年的时间里才实现部分商品化。

燃料电池通常被这样定义：只要不断地向电极提供反应物质，就能连续地将供给的燃料的化学能转化成电能、热能和水的电化学装置。按照电解质的不同可将燃料电池分为熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、固体聚合物燃料电池、直接甲醇燃料电池；而固体聚合物燃料电池因其操作温度，功率密度高，启动快，对负载响应快，在最近几年发展较快。

固体聚合物燃料电池是基于全氟磺酸离子交换聚合物为电解质，以铂为电极催化剂，阳极进行氢气氧化反应和阴极氧气还原反应的燃料电池，其具有运行温度低(800℃左右)、功率密度高、启动快和对功率需求变化匹配快等显著优点，是轻型汽车与建筑物供能的首选；固体聚合物燃料电池是目前发展的热门技术，具有能量转化效率高、运行噪声低、可靠性高、维护方便、发电效率受负荷变化影响很小，非常适合于用作分散型发电装置(作为主机组)，也适于用作电网的“调峰”发电机组(作为辅机组)；因此，燃料电池的这些优势是其他任何现有技术所不能与之相比的，是未来发展的必然趋势。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种燃料电池堆发电系统及控制方法，通过控制器对燃料电池的各个部分进行实时监控及数据采集，涉及的多种传感元件将数据传输到控制器，并由控制器对多种执行元件进行控制，提高燃料电池系统的整体平衡能力，使各个部分协调工作，从而使燃料电池始终工作在最佳效率以及运行安全。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种燃料电池堆发电系统，所述燃料电池堆发电系统包括燃料电池堆、氢气供给子系统、空气供给子系统和液体循环子系统，所述氢气供给子系统、空气供给子系统和液体循环子系统分别与所述燃料电池堆连通；

所述氢气供给子系统包括氢气输送管和氢气排出管，所述氢气输送管与所述燃料电池堆的氢气进口连通，所述氢气排出管与所述燃料电池堆的氢气出口连通，所述氢气输送管沿氢气流方向依次设有减压阀、氢气进气电磁阀、电动调节阀、氢气进气流量计、氢气进气压力传感器，所述氢气排出管沿氢气流方向设有气水分离器，所述氢气进气压力传感器位于所述氢气输送管上且靠近所述燃料电池堆的氢气进口端，所述氢气排出管与所述气水分离器的输入端连通，所述气水分离器的输出端包括氢气输出端和水输出端，所述氢气输出端连通有氢气循环管，所述氢气循环管通过三通与所述氢气输送管连通，所述三通位于所述氢气进气流量计的上游，氢气循环泵位于所述氢气循环管上，所述水输出端连通有排水管，所述排水管上设有排水电磁阀；

所述空气供给子系统包括空气过滤器、空气增压器、加湿器及管道，所述管道包括空气输送管和空气排出管，所述空气输送管包括第一空气送风管段和第二空气送风管段，所述空气排出管包括第一空气排风管段和第二空气排风管段；所述空气过滤器的出风口与所述空气增压器的进风口连通，所述加湿器内设有送风流道和回风流道，所述送风流道的一端通过所述第一空气送风管段与所述空气增压器的出风口连通，所述送风流道的另一端通过所述第二空气送风管段与所述燃料电池堆的空气进口连通，所述回风流道的一端通过所述第一空气排风管段与所述燃料电池堆的空气出口连通，所述回风流道的另一端连接所述第二空气排风管段；所述第一空气送风管段上设有空气进气流量计，所述第二空气送风管段上设有空气进气压力传感器；