[实用新型]一种模块化固体氧化物燃料电池系统

说明书

本实用新型提供一种模块化固体氧化物燃料电池系统。包括供气模块、余热回收模块、电堆模块、尾气燃烧模块、热管模块、能量储存模块、温度检测及控制模块，负载模块，供气模块、余热回收模块、电堆模块依次连接，电堆模块的输出端与尾气燃烧模块相连，热管模块分别连接储热模块和电堆模块，储能模块连接电堆模块，热管模块输出端与余热回收模块相连，余热回收模块通过换热器与供气模块的供气换热。负载模块负责跟踪外部的负载变化，并将负载信号传递给控制模块。本实用新型利用储能系统储存多余的热量，降低电堆内部的温度不均匀性，提高SOFC的寿命。利用负载模块中的负荷跟踪和电堆子模块和锂离子电池进行负荷快速响应，提高电堆的稳定性和可靠性。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池系统技术领域，尤其涉及一种模块化固体氧化物燃料电池系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell)是采用氧化物离子导体作为电解质，在其两侧制备电极，在阳极侧供给燃料气体，在另阴极侧供给氧化剂(空气、氧气等)，在较高的温度下进行发电的燃料电池。在该SOFC中，氧离子经过具有离子导电性的固体电解质与燃料反应生成水蒸气或二氧化碳，同时产生电能和热能。

SOFC与锂电池相比具有能量密度高、续航时间长的优势，在现场充电、远程电源和辅助电源等移动便携电源领域独具应用前景。与其他类型燃料电池相比，固体氧化物燃料电池燃料适应性强，可使用烃类燃料甚至氨气作为燃料；此外，其电极电解质材料为陶瓷材料，在高温下对于催化剂依赖性低可显著降低燃料电池的成本，因此，近年来针对便携式SOFC系统的研究逐渐深入。

相比于固定式发电系统，移动式SOFC系统负荷变化更为频繁，需要经常启停、变负载，因此，各项操作条件需要频繁动态变化，这会显著影响SOFC系统的性能与寿命。具体地，移动式SOFC系统，包括但不限于车载、船用或便携应用，存在以下问题：固体氧化物燃料电池需要在600℃至800℃的高温才能发电，自热达到运行温度，而对于1000W以下的可移动便携系统而言更是需要可以快速的使电池堆温度达到600℃以上，满足电池运行的要求，目前针对该过程都是采用在系统尾气点火燃烧来加热电池堆，但是该方法是电池电堆温度梯度大，容易导致电解质膜破坏和燃料电池寿命衰减，而且升温到600℃所需时间要60min，启动时间过长。同时，相比于固定式发电系统，便携式SOFC系统负荷变化更为频繁，需要经常启停、变负载，因此，各项操作条件需要频繁动态变化，这会显著影响SOFC系统的性能与寿命。

由此可见，目前SOFC的抗冲击能力差，以及在温度梯度较大时会发生性能衰减和长时间运行的寿命衰减的问题有待解决。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种模块化固体氧化物燃料电池系统。本实用新型采用的技术手段如下：

一种模块化固体氧化物燃料电池系统，包括供气模块、余热回收模块、电堆模块、尾气燃烧模块、热管模块、能量储存模块、负载模块、温度检测及控制模块，所述供气模块、余热回收模块、电堆模块依次连接，所述电堆模块的输出端与尾气燃烧模块相连，所述热管模块一端连接储热模块，另一端与所述电堆模块相连，所述储能模块与电堆模块相连，所述热管模块的输出端与余热回收模块相连，所述余热回收模块通过换热器与供气模块的供气换热，所述负载模块用于负载跟踪和负载响应调节；

所述供气模块用于调控燃料和空气的流量，所述电堆模块包括并联的电池堆主模块和电池堆子模块，所述尾气燃烧模块用于对电堆模块的尾气中剩余的燃料，通过热管模块调节电堆的温度分布和热量回收，所述余热回收模块用于提高供气模块的供气温度，所述储能系统用于存储能量。

进一步地，所述气体供应模块包括燃料罐、空气泵和阀门，通过控制系统的反馈信号调节燃料流量阀开度和空气泵的功率，进而调控燃料和空气的流量。

进一步地，所述电池堆子模块由固体氧化物燃料电池电堆组成，包括管式结构、套接管式、扁管式结构，所述电池堆子模块用于电池堆的快速热启动和冷启动，用于承担主模块启动时的温度梯度波动和性能衰减和变负荷工况。