專利名稱：用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的供電控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，更特別地，涉及用于線連接類型(line connectiontype)燃料電池系統(tǒng)的供電控制裝置和方法，其能夠提高燃料電池系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
一般地說，燃料電池是用于將燃料能量直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。在燃料電池中，陽極和陰極安裝在高分子電解液膜的兩側(cè)。在陽極(或者氧化電極)發(fā)生作為燃料的氫氣的電化學氧化反應(yīng)，而在陰極(或者還原電極)發(fā)生作為氧化劑的氧氣的電化學還原反應(yīng)。即，燃料電池通過電化學氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)來產(chǎn)生電子，并且通過電子的移動來產(chǎn)生電能。
典型燃料電池包括磷酸燃料電池、堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、和直接甲醇燃料電池。另外，燃料電池可以根據(jù)使用領(lǐng)域分類為商用燃料電池、家用燃料電池、用于電動車輛的車輛燃料電池和用于移動終端或者筆記本型計算機的小型燃料電池。特別地，家用燃料電池已經(jīng)被改進用于在家中有效地運行家用電器或者照明裝置，并且商用燃料電池已經(jīng)被改進用于在購物中心或者工廠中有效地運行照明裝置、馬達或者機器。
圖1是示出用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的傳統(tǒng)供電裝置的框圖。參考圖1，傳統(tǒng)供電裝置包括燃料電池1、功率轉(zhuǎn)換單元2、和線功率供應(yīng)單元(linepower supplying unit)3。燃料電池1包括由陽極和陰極構(gòu)成的堆(未示出)，用于通過氫氣與氧氣的電化學反應(yīng)產(chǎn)生電，并且從堆(未示出)產(chǎn)生直流(DC)電壓。
功率轉(zhuǎn)換單元2包括DC/DC轉(zhuǎn)換單元(未示出)，用于將DC電壓轉(zhuǎn)換為交流(AC)電壓、升高或者降低AC電壓、整流所得到的電壓、及輸出DC電壓。功率轉(zhuǎn)換單元2還包括逆變器(未示出)，用于將來自DC/DC轉(zhuǎn)換單元的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓。
線功率供應(yīng)單元3為每個房屋或者公共設(shè)施提供公用電力。即，燃料電池系統(tǒng)和線功率供應(yīng)單元3彼此相連，用于向各房屋或者公共設(shè)施供電。
在燃料電池系統(tǒng)中產(chǎn)生的電力沒有銷售給公共電力公司(線功率供應(yīng)單元)的情況下，控制從功率轉(zhuǎn)換單元2輸出的電流i1，使其與供應(yīng)到負載的電流i3相等。因此，從線功率供應(yīng)單元3輸出的公用電力電流i2即變?yōu)椤?”，使得其不能夠供應(yīng)給負載。
當燃料電池1中產(chǎn)生的電流的最大值大于功率轉(zhuǎn)換單元2中產(chǎn)生的電流i1的最大值時，就限制電流i1以保護燃料電池系統(tǒng)。即，在燃料電池系統(tǒng)中，由可能的最大電流和可能的最小電流來定義正常區(qū)。當燃料電池1沒有在正常區(qū)中運行時，就停止驅(qū)動燃料電池1以保護燃料電池系統(tǒng)。但是，即使在輸出電壓比可能的最小電壓低時，如果輸出電流被減小，燃料電池系統(tǒng)仍可以穩(wěn)定地運行。然而，當燃料電池的輸出電壓比可能的最小電壓更低時，停止驅(qū)動燃料電池，這樣就會減少燃料電池系統(tǒng)的運行效率。
本發(fā)明的主題并不限于解決任何上述缺陷或者僅僅在上述環(huán)境中操作的實施例。相反，提供這一發(fā)明背景，為的僅是說明這里描述的一些實施例可以實施的其中一個示例性技術(shù)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的供電控制裝置和方法，其通過預(yù)設(shè)作為燃料電池的穩(wěn)定運行區(qū)的正常區(qū)，根據(jù)未銷售燃料電池中的輸出電壓、輸出電流和燃料電池的運行條件來檢測燃料電池的電流運行點，并且自動控制逆變器的輸出電流以使所檢測到的運行點能夠存在于正常區(qū)中，而能夠提高燃料電池系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。
為了根據(jù)本發(fā)明實施例獲得這些或者其他優(yōu)點，如這里以具體實施例描述和概括描述的，提供了一種用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的供電控制裝置，包括存儲單元，用于根據(jù)燃料電池的運行條件以及燃料電池的輸出電壓與輸出電流之間的相互關(guān)系來預(yù)存儲正常區(qū)和警告區(qū)；功率轉(zhuǎn)換單元，用于根據(jù)控制信號來增加或減少燃料電池的輸出電流；檢測單元，用于檢測公用電力電流；以及控制單元，用于檢測燃料電池的運行點，并且基于所檢測到的運行點的位置以及檢測或未檢測到公用電力電流，來改變?nèi)剂想姵剌敵鲭娏鞯妮敵隹刂菩盘枴?br> 另一實施例在于一種用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的方法，包括檢測燃料電池的運行點和公用電力電流?；谒鶛z測到的運行點的位置以及檢測或未檢測到公用電力電流，來改變?nèi)剂想姵氐妮敵鲭娏鳌?br> 提供本發(fā)明內(nèi)容部分為的是以簡化形式來引入概念的選擇，這些概念在下面的詳細描述中將進一步說明。本發(fā)明內(nèi)容部分不是要確定本發(fā)明的主題的關(guān)鍵特征或者本質(zhì)特性，也不是要用于幫助確定本發(fā)明的主題范圍。
額外特征將在下面的描述中提出，并且根據(jù)描述，其中的一部分額外特征將變得明顯，或者可以通過實踐這里的講授內(nèi)容來知曉。可以通過在所附權(quán)利要求中特別指出的裝置或者組合的方法來實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的特征。由以下描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的特征將變得更充分清楚，或者可以通過如下提出的本發(fā)明的實施來了解。


包含附圖以提供對本發(fā)明的進一步理解，且附圖與本說明書結(jié)合并構(gòu)成說明書的一部分，來說明本發(fā)明的實施例并且與文字描述一起用于揭示本發(fā)明的原理。
附圖中圖1是示出用于燃料電池系統(tǒng)的傳統(tǒng)供電裝置的框圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明用于燃料電池系統(tǒng)的供電控制裝置的框圖；圖3是示出圖2中燃料電池的輸出電壓與輸出電流之間的相互關(guān)系的曲線圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明用于燃料電池的供電控制方法的順序步驟的流程圖。
具體實施例方式
詳細參考附圖，附圖構(gòu)成說明書的一部分，并且附圖中是以說明可以實施本發(fā)明的具體實施例的方式來示出的。應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以使用其他實施例并進行結(jié)構(gòu)上的改變。
本發(fā)明實施例涉及用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的供電控制裝置和方法，其能夠通過自動地控制未銷售燃料電池中逆變器的輸出電流來改變?nèi)剂想姵氐妮敵鲭妷?，從而提高燃料電池系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。
圖2是框圖，示出根據(jù)本發(fā)明用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的供電控制裝置。如圖2所示，該供電控制裝置可包括燃料電池10、功率轉(zhuǎn)換單元20、線功率供應(yīng)單元30、控制單元40、存儲單元50和檢測單元60。燃料電池10包括由陽極和陰極構(gòu)成的堆(未示出)，用于通過氫氣與氧氣的電化學反應(yīng)產(chǎn)生電，并從堆(未示出)產(chǎn)生DC電壓。功率轉(zhuǎn)換單元20將來自燃料電池10的DC電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定電平的AC電壓并且輸出該AC電壓。在一個實施例中，功率轉(zhuǎn)換單元20包括DC/DC轉(zhuǎn)換單元21和逆變器22。
在一個實施例中，DC/DC轉(zhuǎn)換單元21將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓、增加或者降低AC電壓、整流所得到的電壓，并且輸出DC電壓。逆變器22根據(jù)控制信號將來自DC/DC轉(zhuǎn)換單元21的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓，并且輸出該AC電壓。根據(jù)本發(fā)明，逆變器22根據(jù)控制信號改變輸出電流，由此阻止在燃料電池系統(tǒng)中產(chǎn)生的電流i1被提供給線功率供應(yīng)單元30。即，逆變器22控制燃料電池系統(tǒng)的輸出端子的電流i1以阻止電流流入線功率供應(yīng)單元30。
線功率供應(yīng)單元30提供公用電力給各房屋或者公共設(shè)施。檢測單元60檢測從線功率供應(yīng)單元30輸出的公用電力電流i2。在一個實施例中，存儲單元50預(yù)設(shè)并且預(yù)存儲正常區(qū)，該正常區(qū)即是燃料電池10的穩(wěn)定運行區(qū)。存儲單元50還可以預(yù)存儲警報區(qū)。警報區(qū)可用燃料電池10的運行條件和燃料電池10的輸出電壓與輸出電流之間相互關(guān)系的負載特征曲線來確定。
如圖3所示，可以基于燃料電池10的運行條件、輸出電流和輸出電壓的特征曲線以及預(yù)設(shè)的負載對應(yīng)曲線，來設(shè)置正常區(qū)和警報區(qū)?？刂茊卧?0檢測燃料電池10的運行點，并且基于所檢測到的運行點的位置以及檢測或未檢測到公用電力電流i2，來輸出用于改變?nèi)剂想姵?0的輸出電流的控制信號。即，當燃料電池10的運行點存在于正常區(qū)中的時候，控制單元40可以根據(jù)檢測或未檢測到公用電力電流i2來增加或者減少燃料電池10的輸出電流i1。
當燃料電池10的運行點存在于正常區(qū)中的時候，如果公用電力電流i2沒有被檢測單元60檢測到，那么控制單元40可以減少逆變器22的輸出電流。相反，如果檢測到公用電力電流i2，那么控制單元40可以增加逆變器22的輸出電流。
當燃料電池10的運行點存在于警報區(qū)中的時候，控制單元40減少燃料電池10的輸出電流。在一個實施例中，這是通過減少逆變器22的輸出電流i1來實現(xiàn)的。當檢測到的運行點不存在于正常區(qū)或者警報區(qū)中時，那么控制單元40就停止燃料電池系統(tǒng)，即不啟用燃料電池系統(tǒng)。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的供電裝置的操作方法的一個實施例。如圖3所示，基于燃料電池10的運行條件和燃料電池10的輸出電壓與輸出電流之間的相互關(guān)系的特征曲線以及負載相應(yīng)曲線，存儲單元50預(yù)設(shè)并且預(yù)存儲正常區(qū)(就是燃料電池10的穩(wěn)定運行區(qū))和警報區(qū)。運行條件可以包括供應(yīng)給燃料電池10的空氣量和燃料量，以及外部溫度。
在此狀態(tài)下，燃料電池10包括陽極和陰極的堆(未示出)通過氫氣與氧氣的電化學反應(yīng)來產(chǎn)生電，并且將所得到的DC電壓供應(yīng)給功率轉(zhuǎn)換單元20的DC/DC轉(zhuǎn)換單元21。DC/DC轉(zhuǎn)換單元21將來自燃料電池10的DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓、升高或者降低AC電壓、將提高或者降低的AC電壓整流成為DC電壓，并且將DC電壓提供給逆變器22。逆變器22根據(jù)控制信號將來自DC/DC轉(zhuǎn)換單元21的DC電壓轉(zhuǎn)換成預(yù)定電平的AC電壓，并且輸出該AC電壓。
控制單元40檢測燃料電池10的運行條件、輸出電流和輸出電壓(S1和S2)，并通過使用所檢測到的運行條件、輸出電流和輸出電壓來檢測燃料電池10的電流運行點(S3)?？刂茊卧?0確定是否所檢測到的運行點存在于正常區(qū)中(S4)。
根據(jù)確定結(jié)果(S4和S8)，當所檢測到的運行點不存在于正常區(qū)或者警報區(qū)中時，控制單元40例如通過減少逆變器的輸出電流(S10)，來減少燃料電池10的輸出電流。例如，控制單元40可以減少逆變器22的輸出電流，直到所檢測到的運行點存在于正常區(qū)中為止。
根據(jù)確定結(jié)果(S4和S8)，當所檢測到的運行點不存在于正常區(qū)中，但是存在于警報區(qū)中的時候(S8)，控制單元40停止或者不啟用燃料電池系統(tǒng)的操作(S9)。
另一方面，當所檢測到的運行點存在于正常區(qū)中時，控制單元40確定是否檢測單元60已經(jīng)檢測到公用電力電流i2(S5)，并且根據(jù)確定結(jié)果(S5)增加或者減少燃料電池10的逆變器22的輸出電流i1(S6和S7)。
當檢測單元60已經(jīng)檢測到公用電力電流i2(S5)時，控制單元40增加燃料電池10的逆變器22的輸出電流i1(S6)。例如，因為燃料電池系統(tǒng)不能銷售給使用者，燃料電池系統(tǒng)的輸出電流就不被供應(yīng)到線功率供應(yīng)單元30。
相反，當檢測單元60沒有檢測到公用電力電流i2時(S5)，控制單元40減少燃料電池10的逆變器22的輸出電流i1(S7)。
再次參考圖3，現(xiàn)在，將更具體地描述根據(jù)本發(fā)明用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的功率供應(yīng)方法。
當燃料電池10在標記為“2”的運行點處運行時，傳統(tǒng)電源的控制單元40通?？赡茉跇擞洖椤?”的運行點處運行燃料電池10，或者可能通過低電壓跳閘停止燃料電池10。但是，根據(jù)本發(fā)明，控制單元40通常在“2”中運行燃料電池10，這是因為燃料電池10的運行點存在于正常區(qū)域中。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的供電控制裝置預(yù)設(shè)正常區(qū)，即燃料電池的穩(wěn)定運行區(qū)，根據(jù)未銷售燃料電池中的燃料電池的輸出電壓、輸出電流和運行條件來檢測燃料電池的電流運行點，并且自動控制逆變器的輸出電流使得所檢測到的運行點能夠存在于正常區(qū)中。因此，可以改善燃料電池系統(tǒng)的運行效率和可靠性。
本發(fā)明在不脫離其精神或者其本質(zhì)特征的情況下可以以多種方式實施，還應(yīng)該理解的是，除非特別指出，上述實施例不限于前面描述的任何細節(jié)，而是還應(yīng)廣義地解釋為是在所附加權(quán)利要求定義的精神和范圍內(nèi)，因此落在權(quán)利要求的界線內(nèi)或者這些界線的等價物內(nèi)的全部修改和變化應(yīng)被認為是包含在所附權(quán)利要求之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的供電裝置，包括存儲單元，用于根據(jù)燃料電池的運行條件和該燃料電池的輸出電壓與輸出電流之間的相互關(guān)系來預(yù)存儲正常區(qū)和警告區(qū)；檢測單元，用于檢測公用電力電流；以及控制單元，用于檢測所述燃料電池的運行點，并且基于所檢測到的運行點的位置以及檢測或未檢測到所述公用電力電流，來輸出用于改變該燃料電池的輸出電流的控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，當所述運行點存在于所述正常區(qū)中時，所述控制單元根據(jù)檢測或未檢測到所述公用電力電流來增加或者減少所述燃料電池的輸出電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，當已經(jīng)檢測到所述公用電力電流時，所述控制單元增加逆變器的輸出電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，當沒有檢測到所述公用電力電流時，所述控制單元減少逆變器的輸出電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，所述運行條件包括供應(yīng)給所述燃料電池的空氣量和燃料量，以及外部溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中所述控制單元使用所述燃料電池的運行條件、輸出電流和輸出電壓來檢測所述燃料電池的運行點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中所述正常區(qū)和所述警報區(qū)是基于所述燃料電池的運行條件、輸出電流和輸出電壓的特征曲線以及預(yù)設(shè)的負載對應(yīng)曲線來設(shè)置的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，包括功率轉(zhuǎn)換單元，用于根據(jù)所述控制信號來增加和減少所述燃料電池的輸出電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的供電裝置，其中所述功率轉(zhuǎn)換單元包括逆變器，該逆變器由所述控制信號開關(guān)以增加或者減少所述燃料電池的輸出電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，當所檢測到的運行點存在于所述警報區(qū)中時，所述控制單元減少所述燃料電池的輸出電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，當所檢測到的運行點存在在于所述正常區(qū)中，而存在于所述警報區(qū)中時，所述控制單元停止所述燃料電池。
12.一種用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的供電方法，所述方法包括檢測燃料電池的運行點和公用電力電流；以及基于所檢測到的運行點的位置以及檢測或未檢測到所述公用電力電流來改變所述燃料電池的輸出電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的供電方法，其中檢測所述運行點還包括檢測所述燃料電池的運行條件；檢測所述燃料電池的輸出電流和輸入電流；以及使用所述燃料電池的輸出電流、輸出電壓和運行條件來檢測所述燃料電池的運行點。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的供電方法，其中所述運行條件包括供應(yīng)給所述燃料電池的空氣量和燃料量，以及外部溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供電方法，其中改變所述燃料電池的輸出電流還包括當所述燃料電池的運行點存在于正常區(qū)中時，根據(jù)檢測或未檢測到所述公用電力電流來改變所述燃料電池的輸出電流。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的供電方法，其中改變所述燃料電池的輸出電流還包括當已經(jīng)檢測到所述公用電力電流時，增加逆變器的輸出電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的供電方法，其中改變所述燃料電池的輸出電流還包括當沒有檢測到所述公用電力電流時，減少逆變器的輸出電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的供電方法，其中改變所述燃料電池的輸出電流還包括當所檢測到的運行點存在于警報區(qū)中時，減少逆變器的輸出電流。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的供電方法，其中改變所述燃料電池的輸出電流還包括當所檢測到的運行點不存在于正常區(qū)中而存在于警報區(qū)中時，停止所述燃料電池系統(tǒng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的供電方法，還包括基于所述燃料電池的運行條件、輸出電流和輸出電壓的特征曲線以及預(yù)設(shè)的負載對應(yīng)曲線來預(yù)設(shè)正常區(qū)和警報區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的供電裝置和方法。該用于線連接類型燃料電池系統(tǒng)的供電裝置包括存儲單元，用于根據(jù)燃料電池的運行條件和燃料電池的輸出電壓與輸出電流之間的相互關(guān)系來預(yù)存儲正常區(qū)和警告區(qū)；檢測單元，用于檢測公用電力電流；以及控制單元，用于檢測燃料電池的運行點，并且基于所檢測到的運行點的位置以及檢測或未檢測到公用電力電流，來輸出用于改變?nèi)剂想姵氐妮敵鲭娏鞯目刂菩盘枴?br> 文檔編號G01R31/36GK1983759SQ20061016695
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者金泰元, 高承兌 申請人:Lg電子株式會社, Lg化學株式會社