[其他]燃料電池電源系統的控制器

無效

• 申請號: 86104766
• 申請日: 1986-07-16
• 公開（公告）號: CN86104766A
• 公開（公告）日: 1987-01-14
• 發明（設計）人: 山田誠;塚本一義
• 申請（專利權）人: 三洋電機株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M2/00;H02J7/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 曹濟洪

本發明涉及一種燃料電池電源系統的控制器。

在燃料電池電源系統中，即使當電源系統沒有使用時，燃料電池通常也保持在一適當的溫度，以防止它們的電解質變性。例如，在磷酸電解液燃料電池電源系統中，一個燃料電池電源單元或一個含有多個燃料電池的燃料電池堆，是由諸如電熱器、循環加熱氣體等等適宜的加熱裝置一般地維持在大約100℃，使磷酸電解液不致變性。

當這種磷酸電解液燃料電池電源系統開始工作時，燃料電池堆首先被加熱裝置加熱到大約120℃的溫度，在這溫度下燃料電池可以產生反應，而然后工作氣體，即可燃氣體和處理過的空氣被輸送到燃料電池堆，用燃料電池反應的熱來加熱燃料電池堆。同時，一個直流負載電阻作為虛擬負載接入電源系統的輸出電路中。當燃料電池堆的溫度達到其最佳操作溫度約190℃時，燃料電池電源系統維持額定輸出的穩定狀態下工作，而將產生的電功率輸送至負載。然后切斷虛擬負載。

然而，在負荷下以反應的熱加熱燃料電池堆的期間，產生的電功率作為熱浪費地消耗掉，結果降低了發電的效率。

另一方面，當燃料電池系統停止工作時，負載從燃料電池堆的輸出電路脫開，而負載電阻作為虛擬負載接入輸出電路，使燃料電池不致由于開路引起的過電壓而損傷。這也導致發電效率的降低。

上述缺點可采用如圖3中所示的副電池來克服。副電池連至燃料電池電源單元（FC）的輸出電路，而負載（L）是經逆變器（INV）和開關（SW）連至電源單元（FC）輸出電路。然而，如果電池（E）是充足了電，在以燃料電池反應的熱來加熱電源單元（FC）時，就不可能將它用作虛擬負載。此外，不可能以充足了電的副電池（E）來防止過電壓，過電壓可能在負載（L）從輸出電路脫開時發生使電源單元停止工作。

因此，本發明的一個目的是提供一燃料電池電源系統的控制器，使系統在負荷狀態以燃料電池反應的熱來加熱燃料電池電源單元時，可以將電功率損失減至最小。

本發明的另一目的是提供一燃料電池電源系統的控制器，使燃料電池電源單元在不降低電源單元的效率的情況下，也可以不致由于開路產生過電壓而損傷。

根據本發明提供的燃料電池電源系統的控制器，包括一主開關元件接入燃料電池電源單元和直流-交流變換器之間，一副電池連接到一充電開關元件和一放電開關元件，以及一開關元件的控制電路，所說充電開關元件和放電開關元件是串聯和跨接主開關元件，在電源單元以燃料電池反應的熱加熱操作期間，或在電源單元停止工作期間，在主開關元件保持斷開狀態的同時，所說電池藉接通充電開關單元充電，當燃料電池電源單元達到其額定工作溫度時，所說電池藉接通放電開關元件，通過直流-交流變換器放電。

在本發明的具有控制器的燃料電池電源系統中，在以燃料電池反應的熱加熱其電源單元操作期間，產生的電功率是充電到副電池，而當電源單元達到額定工作溫度時，所充的電功率的大部分作為正常的電功率，通過直流-交流變換器放電至負載。因而，本發明可使工作氣體的耗損減少，結果改進了發電效率。因為在燃料電池電源單元的額定工作之前，副電池進行放電，在電源單元停止工作期間產生的電功率是通過充電開關元件充電至副電池，這樣可以使燃料電池電源單元避免產生過電壓。

圖1是根據本發明的具有控制器的燃料電池電源系統的方框圖;

圖2是圖1的控制器的電壓-電流特性圖;以及

圖3是具有先有技術的控制器的燃料電池電源系統的方框圖。

現參閱圖1，燃料電池電源系統通常包括：一燃料電池電源單元（1），一直流-交流變換器（2），即通常所說的逆變器，以及一控制器（6）安裝在電源單元（1）的輸出電路和直流-交流變換器之間。電源單元（1）包含一堆燃料電池和連接到一可燃氣體輸送管（7）、一處理過的空氣輸送管（9）及一冷卻氣體輸送管（11），各輸送管分別備有流量控制閥（8）、（10）及（12）。燃料電池電源單元（1）裝有一溫度檢測器（未畫出）以檢測其溫度（T_f）。檢測器的電測輸出被饋送至在下面敘述的控制電路（5）。