燃料電池堆連接控制裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及燃料電池裝置，特別地涉及包括多個(gè)燃料電池堆的燃料電池堆連接控 制裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在數(shù)十千瓦（KW)至數(shù)兆瓦（MW)的中大型發(fā)電用固體氧化物燃料電池（S0FC : Solid Oxide Fuel Cell)裝置中，連接多個(gè)小容量燃料電池堆（stack)來獲得大容量。為 了獲得期望的電力輸出，在燃料電池堆中將數(shù)十至數(shù)百?gòu)埖膯挝蝗剂想姵丿B層連接。
[0003] 在使用上述的燃料電池堆時(shí)，最近發(fā)生了如下的問題。
[0004] 在燃料電池堆以串聯(lián)連接的情況下，若僅一個(gè)燃料電池堆存在缺陷也會(huì)發(fā)生停機(jī) (shut down);在燃料電池堆以并聯(lián)連接的情況下，若在一部分堆中發(fā)生劣化，則該影響會(huì) 波及到其他正常堆，因此，一般地，已使用了將燃料電池堆適當(dāng)?shù)卮⒙?lián)連接的燃料電池裝 置。
[0005] 然而，在此情況下，由于隨著時(shí)間的經(jīng)過有時(shí)也會(huì)發(fā)生停機(jī)，因此該問題也變得突 出。
[0006] 另一個(gè)問題是，電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過單一 DC-DC變換器來處理多個(gè)施加的輸入電壓 的能力。
[0007] 一般地，調(diào)節(jié)燃料電池堆的電力的電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)（PCS :Power Conditioning System)包括單一 DC-DC變換器。所述DC-DC變換器對(duì)從燃料電池堆施加的輸入電壓（例 如，40至80V)進(jìn)行處理。然而，所述輸入電壓的數(shù)越多，能夠處理該多個(gè)輸入電壓的DC-DC 變換器的費(fèi)用增加，DC-DC變換器的效率降低，例如直流電壓的脈動(dòng)率（紋波率）減小，從 而電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整體效率也降低。
[0008] 圖1是示出并聯(lián)連接的燃料電池堆的電壓輸入到電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的變換器的框圖。
[0009] 假設(shè)均具有60V電壓的多個(gè)燃料電池堆210、220、230、240的電壓由于外部或內(nèi)部 的沖擊而分別變?yōu)?0V、59V、56V、55V。此時(shí)由于燃料電池堆并聯(lián)連接，劣化現(xiàn)象如上所述 例如由于具有減小較多的56V和55V電壓的燃料電池堆230、240而急劇擴(kuò)散到其余燃料電 池堆210、220,最終不僅燃料電池堆的性能降低，由于將要處理的輸入電壓的數(shù)變多，DC-DC 變換器510的效率也降低，從而電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的效率和燃料電池裝置10的性能顯著降低。 這里，電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的效率可以表示為DC-DC變換器510的效率XDC-AC逆變器600的效 率。
[0010] 因此,需要如下的能夠根本解決上述兩種問題的應(yīng)對(duì)方案。
[0011] 首先，相比于將燃料電池堆以串并聯(lián)連接，需要這樣一種技術(shù)：優(yōu)先將具有相同或 類似的電壓的燃料電池堆各自進(jìn)行分組并且以并聯(lián)連接，以減少燃料電池堆的劣化，從而 減少燃料電池堆的停機(jī)現(xiàn)象。其次，也切實(shí)需要這樣一種技術(shù)：將輸入到DC-DC變換器的多 個(gè)直流電壓分割輸入到至少兩個(gè)DC-DC變換器，以有效地處理所輸入的直流電壓，從而提 高電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] [要解決的技術(shù)問題]
[0013] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題而作出本發(fā)明，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提 供一種燃料電池堆連接控制裝置及其控制方法，其將燃料電池裝置中具有相同或類似的電 壓的燃料電池堆各自進(jìn)行分組并且以并聯(lián)連接，以減少燃料電池堆的劣化，從而減少燃料 電池堆的停機(jī)現(xiàn)象，同時(shí)將多個(gè)輸入電壓分割輸入到至少兩個(gè)DC-DC變換器，以有效地處 理所述輸入電壓，從而提高電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的效率。
[0014] [技術(shù)方案]
[0015] 根據(jù)為了解決上述技術(shù)問題的本發(fā)明的實(shí)施例，一種燃料電池堆連接控制裝置， 其中包括達(dá)到η個(gè)的多個(gè)燃料電池堆和與所述多個(gè)燃料電池堆連接的電力調(diào)節(jié)部，所述控 制裝置包括：存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)第一閾值、第二閾值和邊界值，所述第一閾值用于開始所述燃 料電池堆連接控制裝置的操作，所述第二閾值包括0至所述第一閾值，并且所述邊界值用 于將所述第二閾值分為至少兩個(gè)小范圍；多個(gè)堆電壓感測(cè)部，其分別感測(cè)所述多個(gè)燃料電 池堆的電壓；以及控制部，其判斷感測(cè)到的電壓是否降低所述第一閾值或所述第一閾值以 上，在所述感測(cè)到的電壓降低所述第一閾值或所述第一閾值以上時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)換部的操作進(jìn)行 控制，從而將具有分別與所述至少兩個(gè)小范圍相關(guān)聯(lián)的電壓的一個(gè)或一個(gè)以上的燃料電池 堆以每一組進(jìn)行分組。
[0016] 在屬于所述組的燃料電池堆為兩個(gè)或兩個(gè)以上的情況下，所述轉(zhuǎn)換部將屬于所述 組的燃料電池堆并聯(lián)連接，并將所述組分別對(duì)應(yīng)地連接到所述電力調(diào)節(jié)部中設(shè)置的DC-DC 變換器，并且所述DC-DC變換器在所述電力調(diào)節(jié)部中至少設(shè)置有兩個(gè)。
[0017] 所述轉(zhuǎn)換部設(shè)置在所述電力調(diào)節(jié)部?jī)?nèi)部。
[0018] 所述存儲(chǔ)器設(shè)置在所述控制部?jī)?nèi)部。
[0019] 所述控制部利用所述邊界值來將所述第二閾值實(shí)現(xiàn)為至少兩個(gè)小范圍。
[0020] 所述控制部判斷所述感測(cè)到的電壓是否降低所述第一閾值或所述第一閾值以上， 此時(shí)所述第一閾值小于或等于所述燃料電池堆的電壓中具有最高電壓的第一燃料電池堆 與具有最低電壓的第η燃料電池堆之間的電壓差，并且在所述控制部判斷出所述電壓差為 所述第一閾值或所述第一閾值以上的情況下，所述控制部確定所述燃料電池堆的最高電壓 值，并從所確定的作為最高值的被減數(shù)值分別減去作為所述第一燃料電池堆至所述第η燃 料電池堆的電壓值的減數(shù)值，以算出減算值。
[0021] 所述控制部控制所述轉(zhuǎn)換部的操作，從而將具有決定分別屬于所述至少兩個(gè)小范 圍的減算值的減數(shù)值的1個(gè)或1個(gè)以上的燃料電池堆以每一組進(jìn)行分組。
[0022] 所述至少兩個(gè)DC-DC變換器的個(gè)數(shù)取決于所分組的組的個(gè)數(shù)。
[0023] 所述電力調(diào)節(jié)部為電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)PCS (Power Conditioning System)。
[0024] 所述控制部設(shè)置在所述電力調(diào)節(jié)部?jī)?nèi)部。
[0025] 根據(jù)為了解決上述技術(shù)問題的本發(fā)明的實(shí)施例，一種燃料電池堆連接控制方法， 其控制包括達(dá)到η個(gè)的多個(gè)燃料電池堆和與所述多個(gè)燃料電池堆連接的電力調(diào)節(jié)部的燃 料電池堆連接控制裝置，所述控制方法包括步驟：a)控制部接收事先輸入的第一閾值、第 二閾值和邊界值，所述第一閾值用于開始所述燃料電池堆連接控制裝置的操作，所述第二 閾值包括O至所述第一閾值，并且所述邊界值用于將所述第二閾值分為至少兩個(gè)小范圍； b)所述控制部分別感測(cè)所述多個(gè)燃料電池堆的電壓；以及C)所述控制部判斷所感測(cè)到的 電壓是否降低所述第一閾值或所述第一閾值以上，在所述感測(cè)到的電壓降低所述第一閾值 或所述第一閾值以上時(shí)，所述控制部對(duì)轉(zhuǎn)換部的操作進(jìn)行控制，從而將具有分別與所述至 少兩個(gè)小范圍相關(guān)聯(lián)的電壓的一個(gè)或一個(gè)以上的燃料電池堆以每一組進(jìn)行分組。
[0026] 在步驟c)中，所述分組的步驟還包括：連接步驟，其中在屬于所述組的燃料電池 堆為兩個(gè)或兩個(gè)以上的情況下，所述控制部控制所述轉(zhuǎn)換部的操作，從而將屬于所述組的 燃料電池堆并聯(lián)連接，并將所述組分別對(duì)應(yīng)地連接到所述電力調(diào)節(jié)部中設(shè)置的DC-DC變換 器·
[0027] 所述DC-DC變換器在所述電力調(diào)節(jié)部中至少設(shè)置有兩個(gè)。
[0028] 在步驟c)中，所述轉(zhuǎn)換部設(shè)置在所述電力調(diào)節(jié)部?jī)?nèi)部。
[0029] 所述第一閾值、所述第二閾值和所述邊界值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，所述存儲(chǔ)器設(shè)置在 所述控制部?jī)?nèi)部。
[0030] 在步驟a)與步驟b)之間，所述燃料電池堆連接控制方法還包括步驟：所述控制部 利用所述邊界值來將所述第二閾值實(shí)現(xiàn)為至少兩個(gè)小范圍。
[0031] 在步驟c)中，所述分組的步驟還包括：判斷步驟，其中所述控制部判斷所述感測(cè) 到的電壓是否降低所述第一閾值或所述第一閾值以上，此時(shí)所述第一閾值小于或等于所述 燃料電池堆的電壓中具有最高電壓的第一燃料電池堆與具有最低電壓的第η燃料電池堆 之間的電壓差；以及算出步驟，其中在所述控制部判斷出所述電壓差為所述第一閾值或所 述第一閾值以上的情況下，所述控制部確定所述燃料電池堆的