[发明专利]一种多模块固体氧化物燃料电池能量管理系统

说明书

一种多模块固体氧化物燃料电池能量管理系统，所述系统包括：SOFC电堆、直流母线、负载、DC/DC变换器、功率分配控制器、下垂控制器和PI控制器。本发明提供的一种多模块固体氧化物燃料电池能量管理系统，通过基于消耗氢气流量最小的原则在SOFC电堆之间分配功率，使得系统中每个SOFC电堆的输出功率与各自的输出能力相关，氢气分压较高的SOFC电堆承担较多的输出功率，氢气分压较低的SOFC电堆承担较少的输出功率，完成各模块之间的协同控制，优化了系统整体的输出性能。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种多模块固体氧化物燃料电池能量管理系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种在中高温环境下通过电化学反应将燃料化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能的能量转换装置，它的能量转换过程不受卡诺循环效应的限制，在理论上其能量综合利用效率可以达到80％以上，并且不存在机械传动装置，因此运行过程中几乎没有噪声污染。与其他燃料电池相比，SOFC不需要考虑电解质管理问题，而且SOFC为高温燃料电池，具有高达800-1000℃的工作温度，不需要使用贵金属作为催化剂，加上SOFC有比较灵活的安装方式，因此相比于其他燃料电池，SOFC有更广的应用范围。

SOFC单片电池输出电压较低，通常是多片电池串联成电堆使用，而单堆SOFC在满足输出电压需求的情况下提供的功率有限，同时在高温环境中还存在单堆大功率热电耦合导致性能失控的问题，不能充分满足负载功率需求。因此大功率场合需要多个SOFC电堆同时运行，一起为负载供能，提高输出功率，满足高功率负载场合的需求。而现有技术无法保证多个SOFC电堆同时获得相等的燃料气体输入。即使各个电堆在出厂时有相同的额定性能，实际运行过程中也会由于各个电堆在燃料气体流量等方面存在差异而出现各个电堆输出能力不同的情况，若多电堆系统仍按固定的功率分配方案分配输出功率，将可能会强行让运行性能较差的燃料电池承担超过其性能的功率，这就会导致多模块系统输出性能降低，甚至对系统的寿命造成影响。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种多模块固体氧化物燃料电池能量管理系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多模块固体氧化物燃料电池能量管理系统，所述系统包括：

SOFC电堆，用于获取并利用氢气分压产生和输出电压；

直流母线，用于为负载供电；所述直流母线与所述负载连接；

DC/DC变换器，用于对所述SOFC电堆输出的电压进行升压后输出至所述直流母线，以及调节所述SOFC电堆的输出功率；所述DC/DC变换器分别与所述SOFC电堆和所述直流母线连接；

功率分配控制器，用于根据所述SOFC电堆对应的氢气分压消耗量以及所述负载的需求功率计算所述SOFC电堆的期望输出功率；所述功率分配控制器分别与所述SOFC电堆和所述负载连接；

下垂控制器，用于根据所述直流母线与所述DC/DC变换器之间的线路电阻以及所述期望输出功率计算所述DC/DC变换器的输出电压参考值；所述下垂控制器分别与所述直流母线、所述DC/DC变换器和所述功率分配控制器连接；

PI控制器，用于根据所述DC/DC变换器的输出电压以及所述输出电压参考值计算所述DC/DC变换器的控制信号；所述PI控制器分别与所述DC/DC变换器和所述下垂控制器连接。

优选地，所述系统还包括：第一电压检测器，用于检测所述DC/DC变换器的输出电压，所述第一电压检测器与所述DC/DC变换器并联，且分别与所述下垂控制器和所述PI控制器连接。

优选地，所述系统还包括：第一电流检测器，用于检测所述DC/DC变换器的输出电流，所述第一电流检测器分别与所述直流母线、所述DC/DC变换器和所述下垂控制器连接。