燃料电池发电系统及其控制方法 【技术领域】
本发明涉及一种燃料电池发电系统及其控制方法，特别是涉及一种可将燃料电池产生的电能提供给蓄电池，并用蓄电池作为电源供电，进而可减少电能和燃料浪费的燃料电池发电系统及其控制方法。
背景技术
一般来讲，燃料电池发电系统中的燃料电池是一种将燃料含有的能量转换为电能的装置。通常，这种燃料电池中反应堆的电解质膜两侧分别设有阳极和阴极，其中阳极(氧化电极或燃料极)上提供有氢气或含有氢气的燃料气体，而阴极(还原电极或空气极)上提供有含有氧气的氧化气体。在此过程中，被离子化的燃料气体和氧化气体可进行电化学反应，并产生电和热。图1为已有技术的燃料电池发电系统组成框图。如图1所示，这种已有技术的燃料电池发电系统包括燃料罐1、重整器2、反应堆3以及电力转换器4等。其中，所述的燃料罐1中贮有汽油或其它烃类燃料；重整器2与燃料罐1相连，其可利用燃料罐1提供的燃料产生氢气；反应堆3与重整器2相连，其上可同时发生由重整器2产生的氢气的氧化反应和另外单独提供的氧气地还原反应，从而产生电和热；电力转换器4与反应堆3相连，其由变压器4a以及逆变器4b构成，并可将反应堆3上产生的电转换为常用交流电。图中未说明的符号2a为反应炉，2b为燃烧器，3a为电解质膜，3b为燃料极，3c为空气极，6为给水泵和7为加湿器。利用如上所述结构的燃料电池发电系统的发电过程如下：在图中未示出的控制部控制下，汽油或烃类燃料从燃料罐1流入重整器2的反应炉2a中，同时给该燃料提供水蒸气以及氧气，此时重整器2的燃烧器2b开始工作，并发生重组反应，从而产生氢气，并将氢气提供给反应堆3的燃料极3b，同时给空气极3c提供氧气，这样，燃料极3b上将会发生氧化反应，而空气极3c上则会发生还原反应。在此过程中，产生的电子会从燃料极3b移向空气极3c，从而产生电和热。电流经过电力转换器4后将转换成交流电，从而可用于各种电器。但在上述燃料电池中，若反应堆3的电解质膜3a变干燥，氢离子的移动性能就会下降或电解质膜3a会产生收缩，这样会导致电解质膜和电极之间的接触电阻变大，故向反应堆3提供氢气时始终夹杂着水分。尤其当这种燃料电池发电系统中被驱动的电器产品减少而使用电量减小时，重整器2仍然会产生不必要的氢气，这样就会造成燃料浪费，进而导致整个系统的效率下降。
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种在燃料电池发电系统中使用蓄电池，将产生的电能贮存起来，从而可减少电能以及燃料浪费的燃料电池发电系统及其控制方法。
为了达到上述目的，本发明提供的燃料电池发电系统主要包括可从提供的燃料中产生氢气，且内部设有燃烧器的重整器；和电解质膜的两侧分别设有燃料极和空气极，其中燃料极上提供有重整器上产生的氢气或含有氢气的燃料，而空气极上提供有氧气或含有氧气的氧化剂，进而通过氢和氧的电化学反应产生电和热的反应堆，其特征在于：所述的燃料电池发电系统还包括至少一个以上与反应堆相连，可将反应堆产生的电能贮存起来，充电结束后可向外部提供充电电能，同时中断燃料电池驱动的蓄电池。
本发明提供的燃料电池发电系统的控制方法包括：待机模式阶段，在此阶段中将重整器的燃料供给阀以及设置在重整器内部的燃烧器的燃料供给阀关闭，并停止燃料电池的驱动；判断电压阶段，在此阶段中判断第一蓄电池及第二蓄电池的充电电压值是否大于各自的放电设定电压；和依据判断电压阶段的第一阶段、第二阶段以及第三阶段，其中第一阶段为用第一蓄电池供电的阶段，第二阶段包括：用第二蓄电池供电的同时对第一蓄电池进行充电的阶段以及用第一蓄电池供电的同时对第二蓄电池进行充电的阶段，而第三阶段包括：驱动燃料电池后对第一蓄电池进行充电的阶段以及用上述被充电的第一蓄电池供电的同时对第二蓄电池进行充电的阶段。
本发明提供的燃料电池发电系统及其控制方法是利用燃料电池来作为电源时，将产生的一部分电对蓄电池进行充电，充电结束后可用上述蓄电池供电，并中断燃料电池的驱动，进而可减少为重整器以及反应堆提供的燃料，使整个系统的效率得以提高。另外，本发明的系统中设置了两个以上的蓄电池，可使其按顺序供电以及充电，进而可提高燃料电池发电系统的效率。此外，在待机模式阶段中，当中止燃料电池的驱动时测定重整器的内部温度，若重整器的内部温度小于设定温度，则驱动燃烧器，使重整器的内部温度维持在设定温度以上，进而再驱动燃料电池时可使燃料电池能够迅速驱动并发电，因而能够有效地利用燃料。
【附图说明】
下面结合附图和具体实施方式对本发明的燃料电池发电系统及其控制方法进行详细说明。
图1为已有技术的燃料电池发电系统组成框图。
图2为本发明的燃料电池发电系统组成框图。
图3为图2中的燃料电池发电系统控制方法流程图。
【具体实施方式】
如图2所示，本发明提供的燃料电池发电系统包括燃料罐11、重整器12、反应堆13、电力转换器14、第一蓄电池21和第二蓄电池22。其中，所述的燃料罐11内贮有汽油或其它烃类(LNG、LPG、CH3OH)燃料；重整器12与燃料罐11相连，其可利用燃料罐11提供的燃料产生氢气；反应堆13与重整器12相连，其上可同时发生由重整器12产生的氢气的氧化反应和另外单独提供的氧气的还原反应，从而产生电和热；电力转换器14与反应堆13相连，其由变压器14a以及逆变器14b构成，并可将反应堆13上产生的电转换为常用交流电；第一蓄电池21和第二蓄电池22可从变压器14a接收电能而充电，充电时可将已充电后的电能提供给逆变器14b。重整器12内部设有反应炉12a和燃烧器12b，在向反应炉12a提供燃料的供料线上设有重整器的燃料供给阀18；而在向燃烧器12b提供燃料的供料线上设有燃烧器的燃料供给阀19。反应堆13上的电解质膜13a两侧分别设有燃料极(或阳极)和空气极(或阴极)，其中燃料极上提供有含氢气的燃料物质，而空气极上则提供有含氧气的氧化剂。图中未说明的符号16为给水泵，17为加湿器。利用本发明的燃料电池发电系统的发电过程如下：燃料罐11内贮存的燃料可通过开启的重整器的燃料供给阀18以及燃烧器的燃料供给阀19与水及空气混合后进入重整器12。其中，一部分燃料流入重整器12的燃烧器12b中，并产生燃烧；而剩余的燃料则流入反应炉12a中，并发生重整反应而生成氢气。上述氢气可提供给反应堆13的燃料极13b，并可与提供给空气极的氧气一同发生电化学反应而产生电和热。其中产生的电可通过变压器14a而升压，升压后的电又通过逆变器14b转换成家用交流电，从而可用于各种电器；经变压器14a升压后的电还能给第一蓄电池21以及第二蓄电池22充电，充电结束后，第一蓄电池21以及第二蓄电池22上贮存的电能可依次提供给逆变器14b，从而可用作各种电器的电源。在上述燃料电池中，若反应堆13的电解质膜13a变干燥，氢离子的电离性能就会下降或电解质膜13a会产生收缩，这样就会导致电解质膜和电极之间的接触电阻变大，故向反应堆13提供氢气时始终夹杂着水分。如图3所示，本发明提供的燃料电池发电系统的控制方法主要包括：待机模式阶段，在此阶段中将重整器的燃料供给阀18以及设置在重整器内部的燃烧器的燃料供给阀19关闭，并停止燃料电池的驱动；判断电压阶段，在此阶段中判断第一蓄电池21及第二蓄电池22的充电电压值是否大于各自的放电设定电压；依据判断电压阶段的第一阶段、第二阶段以及第三阶段，其中第一阶段为用第一蓄电池21供电的阶段，第二阶段包括用第二蓄电池22供电的同时对第一蓄电池21进行充电的阶段以及用第一蓄电池21供电的同时对第二蓄电池22进行充电的阶段，而第三阶段包括驱动燃料电池后对第一蓄电池21进行充电的阶段以及用上述被充电的第一蓄电池21供电的同时对第二蓄电池22进行充电的阶段。本发明的控制方法还包括：待机模式阶段后，测定重整器12的内部温度，当重整器12的内部温度低于设定温度时，驱动重整器12内部的燃烧器12b，使其内部温度维持在设定温度以上的加热阶段。所述的判断电压阶段包括：第一蓄电池21的电压判断阶段，在此阶段中判断第一蓄电池21的电压是否大于放电设定电压；和第二蓄电池22的电压判断阶段，在第一蓄电池21的电压判断阶段中，若第一蓄电池21的电压不大于放电设定电压，则判断第二蓄电池22的电压是否大于放电设定电压。所述的用第一蓄电池21供电的第一阶段包括：在判断电压阶段中，若第一蓄电池21的电压大于放电设定电压，则用第一蓄电池21供电的阶段；和判断第一蓄电池21的电压是否大于放电设定电压，进而判断是否继续用第一蓄电池21供电的阶段。所述的第二阶段包括用第二蓄电池22供电的同时对第一蓄电池21进行充电以及用第一蓄电池21供电的同时对第二蓄电池22进行充电的阶段。首先，用第二蓄电池22供电的同时对第一蓄电池21进行充电的阶段包括：判断电压阶段中，在第一蓄电池21的电压不大于放电设定电压，而第二蓄电池22的电压大于放电设定电压时以及结束第一阶段时第一蓄电池21的电压不大于放电设定电压时，用第二蓄电池22供电的阶段；开启重整器的燃料供给阀18以及燃烧器的燃料供给阀19，并驱动燃料电池的阶段；对第一蓄电池21进行充电的阶段；判断第二蓄电池22的电压是否大于放电设定电压，进而判断是否用第二蓄电池22供电的阶段；若第二蓄电池22电压不大于放电设定电压，则判断第一蓄电池21的充电电压是否小于充电设定电压，进而判断是对第一蓄电池21进行充电还是驱动燃料电池而供电的阶段；若第一蓄电池21的充电电压不小于充电设定电压，则关闭重整器以及燃烧器的燃料供给阀18，19的阶段；和中断对第一蓄电池21充电的阶段。其次，用第一蓄电池21供电的同时对第二蓄电池22进行充电的阶段包括：在用第二蓄电池22供电的同时对第一蓄电池21进行充电的阶段中，中断对第一蓄电池21的充电后，用第一蓄电池21供电的阶段；开启重整器的燃料供给阀18以及燃烧器的燃料供给阀19，并驱动燃料电池的阶段；对第二蓄电池22进行充电的阶段；判断第一蓄电池21的电压是否大于放电设定电压，并判断是否由第一蓄电池21供电的阶段；若第一蓄电池21的电压大于放电设定电压，则继续用第一蓄电池21供电的阶段；若第一蓄电池21的电压不大于放电设定电压，则判断第二蓄电池22的充电电压是否小于充电设定电压，若为是则驱动燃料电池而用其供电，若为不是则关闭重整器的燃料供给阀18以及燃烧器的燃料供给阀19的阶段；和中断对第二蓄电池22的充电，然后返回到第二阶段的阶段。所述的第三阶段包括驱动燃料电池后对第一蓄电池21进行充电的阶段以及用上述被充电的第一蓄电池21供电的同时对第二蓄电池22进行充电的阶段。首先，驱动燃料电池后对第一蓄电池21进行充电的阶段包括：驱动燃料电池，并对第一蓄电池21进行充电的阶段；判断第二蓄电池22的电压是否大于放电设定电压，若为是会继续用第二蓄电池22供电，而若为不是则判断第一蓄电池21的充电电压是否小于充电设定电压的阶段；若第一蓄电池21的充电电压小于充电设定电压，则用燃料电池供电的阶段；若第一蓄电池21的充电电压不小于充电设定电压，则关闭重整器以及燃烧器的燃料供给阀18，19的阶段；和中断对第一蓄电池21进行充电的阶段。其次，用第一蓄电池21供电的同时对第二蓄电池22进行充电的阶段与第二阶段中用第一蓄电池21供电的同时对第二蓄电池22进行充电的阶段相同。并且，本发明的燃料电池发电系统的控制方法还包括：上述待机模式阶段后，测定重整器12的内部温度，若重整器12的内部温度小于设定温度，则开启燃烧器的燃料供给阀19，向燃烧器12b提供燃料，利用该燃料驱动燃烧器12b，使重整器12的内部温度维持在设定温度以上。如上所述本发明的燃料电池发电系统的控制方法在为家电产品提供电源时，可先驱动燃料电池供电，同时对第一蓄电池以及第二蓄电池进行充电，充电结束后，用第一蓄电池和第二蓄电池依次供电，并中断燃料电池的驱动，进而可减少向重整器以及反应堆提供的燃料，提高了整个系统的效率。并且，中断燃料电池驱动时，检测重整器内部的温度，若重整器内部温度小于设定温度，则驱动燃烧器，使重整器的内部温度维持在设定温度以上，进而再驱动燃料电池时可使燃料电池能够迅速驱动并发电。