[实用新型]并网型甲醇重整氢燃料电池系统

说明书

本实用新型涉及一种并网型甲醇重整氢燃料电池系统，包括电网、并网变换器、燃料电池电堆、重整室和加热体，所述电网与并网变换器的输入端电连接，所述并网变换器的输出端还分别与所述燃料电池电堆和加热体电连接，所述重整室分别与加热体和燃料电池电堆连接；所述并网变换器由交错并联BuckBoost电路、高频隔离双向全桥DC/DC电路和三相全桥DC/AC电路串联组成。本实用新型实现了系统自启动，降低了成本，提高了系统的功率密度。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池系统，尤其涉及一种并网型甲醇重整氢燃料电池系统。

背景技术

甲醇重整氢燃料电池属于质子交换膜燃料电池中的一类，甲醇溶液作为主要燃料与去离子水以等摩尔比混合后进入重整室，并通过高温反应CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂(ΔH₂₉₈＝49.4kJ/mol)生产二氧化碳和氢气，随后氢气进入燃料电池系统，通过电解水的逆反应把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。其具备功率和容量可独立设计、安全可靠、寿命长、维护成本低等优点，使其在电动汽车、应急电源、电网调峰等领域有着极其广阔的应用前景。

由于甲醇重整氢燃料电池系统不仅需要控制电池电堆充放电，还需要为重整室加热提供电源，系统供电回路复杂。并且，该系统启动过程中需要先将重整室加热至反应温度后，燃料电池电堆才能正常发电，系统控制逻辑复杂。同时，燃料电池侧的低压直流系统需要与电网侧的高压交流系统进行电气隔离，系统电路拓扑结构要求较高。

针对上述问题，目前发展了以下电路结构和控制方法以实现甲醇重整燃料电池的并网控制。

1、为满足启动过程中的电加热需求，甲醇重整燃料电池系统均额外配置一套锂电池储能模块以及对应的电源转换模块，在燃料电池电堆尚未达到反应温度时，首先通过锂电池为重整室提供电加热所需电源，该锂电池模块及其电源转换模块增加了系统的额外投资及体积重量，且在燃料电堆启动后退出运行，极大降低了系统整体运行效率及能量密度。

2、在甲醇重整燃料电池系统中同时设置锂电池加热模块及燃料电池电堆控制模块，启动过程中需首先运行锂电池加热模块直至重整室达到反应温度，随后启动电堆发电控制模块，一方面向电网输出所需电量，另一方面还需为锂电池模块补充电量以备下一次启动加热所需，两套控制模块的的协调运行及组间通讯增加了控制系统的复杂性，降低了系统可靠性。

3、目前部分甲醇重整燃料电池系统的并网逆变器依赖于高压侧工频变压器实现电气隔离，但未实现燃料电池低压直流侧与交流高压侧的电气隔离，在电池短路、变换器故障等情况下，燃料电池系统依然存在安全隐患。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种并网型甲醇重整氢燃料电池系统，本实用新型优化了并网型甲醇重整氢燃料电池系统的电路结构，实现系统无需锂电池的自启动功能，并实现低压直流侧的电气隔离。

本实用新型的一种并网型甲醇重整氢燃料电池系统，包括电网、并网变换器、燃料电池电堆、重整室和加热体，电网与并网变换器的输入端电连接，并网变换器的输出端还分别与燃料电池电堆和加热体电连接，重整室分别与加热体和燃料电池电堆连接；并网变换器由交错并联BuckBoost电路、高频隔离双向全桥DC/DC电路和三相全桥DC/AC电路串联组成。

进一步地，交错并联BuckBoost电路包括电容C1和C2、电感L1和L2、开关管S1至S4、二极管D1至D4。

进一步地，电容C1的一端与电感L1和L2的一端相连，电感L1的另一端与开关管S2以及开关管S4相连，S4的另一端与电容C2的一端相连，电感L2的另一端与开关管S1以及开关管S3相连，开关管S3的另一端与电容C2的一端相连，电容C1的另一端与开关管S1、开关管S2以及电容C2的另一端相连，电容C2与高频隔离双向全桥DC/DC电路相连接。