專利名稱：用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，更具體地，涉及一種用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置及其方法，該裝置能夠?qū)⒂脩魺崃渴褂媚Ｊ綉?yīng)用于燃料電池的發(fā)電。
背景技術(shù)：
通常，燃料電池系統(tǒng)用于直接將燃料能轉(zhuǎn)換為電能。燃料電池系統(tǒng)在高分子電解膜的兩側(cè)設(shè)有陽(yáng)極和陰極。當(dāng)氫燃料在陽(yáng)極電化學(xué)氧化，氧在陰極電化學(xué)還原時(shí)，產(chǎn)生電子。當(dāng)電子移動(dòng)時(shí)，燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生電能。
圖1為示出質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的圖，其中，碳?xì)浠衔锘剂侠鏛NG、LPG、CH3OH等(圖中為L(zhǎng)NG)在重整器中經(jīng)過(guò)脫硫處理、重整處理和氫提純處理，因此只提純出氫以用作燃料。
如圖1所示，傳統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)包括重整單元10，其用于從LNG中提純氫；堆單元20，其連接至重整單元10，并具有被供應(yīng)氫的陽(yáng)極21和被供應(yīng)空氣的陰極22，用于通過(guò)氫和空氣的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能和熱；電力輸出單元30，其連接到堆單元20的出口，用于向負(fù)載供電；熱交換單元40，其通過(guò)分別向重整單元10和堆單元20供應(yīng)水來(lái)使其冷卻；以及控制器(未示出)，其電連接到各單元并控制各單元的運(yùn)行。
熱交換單元40包括水容器41，其用于容納一定量的水；冷卻水管線42，其連接在水容器41與堆單元20之間，用于向堆單元20輸送冷卻水；散熱單元43，其安裝在冷卻水管線42的中部，用于冷卻從堆單元20回收到水容器41的水；以及循環(huán)泵44，其安裝在冷卻水管線42的中部，用于抽出水容器41內(nèi)的水并將抽出的水供應(yīng)給堆單元20。
以下說(shuō)明傳統(tǒng)燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行。
首先，在重整單元10中提純碳?xì)浠衔锘剂?，從而提純出氫。將提純到的氫供?yīng)給堆單元20的陽(yáng)極21。
重整單元10向堆單元20的陰極22供應(yīng)空氣。
在堆單元的陽(yáng)極21進(jìn)行氧化，并且在堆單元20的陰極22進(jìn)行還原。
當(dāng)進(jìn)行氧化和還原時(shí)，產(chǎn)生電子。當(dāng)產(chǎn)生的電子從陽(yáng)極41向陰極42移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生電力。通過(guò)電力輸出單元30將產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為交流電，然后供應(yīng)給各種電氣產(chǎn)品。
堆單元20同時(shí)產(chǎn)生電力和熱。因此，由熱交換單元40的循環(huán)泵44通過(guò)冷卻水管線42將水容器41中的水供應(yīng)給堆單元20，并且將供應(yīng)到堆單元20的水回收到水容器41中。當(dāng)反復(fù)進(jìn)行供水過(guò)程和回收水過(guò)程時(shí)，堆單元20被冷卻。
由日本松下公司提出的方法控制傳統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)。
圖2為示出根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
如圖2所示，傳統(tǒng)的控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置包括電力測(cè)量單元230、用電預(yù)測(cè)單元200、發(fā)電命令單元220、以及燃料電池發(fā)電機(jī)100。
電力測(cè)量單元230測(cè)量通過(guò)電力系統(tǒng)103檢測(cè)的發(fā)電量。
用電預(yù)測(cè)單元200存儲(chǔ)由電力測(cè)量單元230測(cè)得的發(fā)電量，利用所存儲(chǔ)的電力信息產(chǎn)生用戶電力模式，并產(chǎn)生用電預(yù)測(cè)值。
用電預(yù)測(cè)單元200包括分析數(shù)據(jù)保持單元205、神經(jīng)模型(neuro model)分析單元203、神經(jīng)模型預(yù)測(cè)單元202、以及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)保持單元204。
發(fā)電命令單元220將與從用電預(yù)測(cè)單元200輸出的用電預(yù)測(cè)值相對(duì)應(yīng)的命令提供給燃料電池發(fā)電機(jī)100，該燃料電池發(fā)電機(jī)100根據(jù)接收到的命令發(fā)電。
在傳統(tǒng)的用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置中，預(yù)測(cè)用戶的電力使用量并根據(jù)預(yù)測(cè)得到的信息提供發(fā)電命令。
然而，在夏天或在高溫地區(qū)，當(dāng)對(duì)燃料電池系統(tǒng)采用傳統(tǒng)方法時(shí)，電能效率降低得比熱效率更多。
例如，在夏天或在高溫地區(qū)，電能效率為35％，而熱效率為50％。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置及其方法，該裝置通過(guò)存儲(chǔ)在一定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)、根據(jù)該數(shù)據(jù)產(chǎn)生用戶熱量使用模式以及將該用戶熱量使用模式應(yīng)用于燃料電池的發(fā)電，從而能夠提高燃料電池系統(tǒng)的效率。
為了實(shí)現(xiàn)這些和其它優(yōu)點(diǎn)以及根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此具體實(shí)施和廣泛描述的，提供一種用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置，包括發(fā)電量控制單元，其用于產(chǎn)生用戶熱量使用模式，并根據(jù)所產(chǎn)生的用戶熱量使用模式輸出用于控制燃料電池發(fā)電量的發(fā)電量控制信號(hào)；以及發(fā)電命令產(chǎn)生單元，其將與該發(fā)電量控制單元輸出的發(fā)電量控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的發(fā)電命令提供給該燃料電池。
根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置，包括水量檢測(cè)單元，其安裝在熱水加熱管線上，用于檢測(cè)水量數(shù)據(jù)；溫度檢測(cè)單元，其安裝在該熱水加熱管線上，用于檢測(cè)水溫?cái)?shù)據(jù)；發(fā)電量控制單元，其用于根據(jù)該水量數(shù)據(jù)和該水溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生用戶熱量使用模式，并根據(jù)所產(chǎn)生的用戶熱量使用模式輸出用于控制燃料電池發(fā)電量的發(fā)電量控制信號(hào)；以及發(fā)電命令產(chǎn)生單元，其用于將與該發(fā)電量控制單元輸出的發(fā)電量控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的發(fā)電命令提供給該燃料電池。
為了實(shí)現(xiàn)這些和其它優(yōu)點(diǎn)以及根據(jù)本發(fā)明的目的，如此處具體實(shí)施和廣泛描述的，本發(fā)明也提供一種用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的方法，包括步驟檢測(cè)水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)；根據(jù)檢測(cè)到的水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生用戶熱量使用模式；以及根據(jù)該用戶熱量使用模式讀取發(fā)電量，從而控制燃料電池的發(fā)電量。
由以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的前述和其它目的、特征、方案和優(yōu)點(diǎn)將變得更為明顯。


附圖包含在說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，用以提供對(duì)于本發(fā)明的進(jìn)一步理解，附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。
在圖中圖1為示出根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)圖。
圖2為示出根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為示出根據(jù)本發(fā)明用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4為示出根據(jù)本發(fā)明用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。
在下文中，參照附圖對(duì)用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置及其方法進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明。該裝置通過(guò)存儲(chǔ)在一定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)、根據(jù)該數(shù)據(jù)產(chǎn)生用戶熱量使用模式以及將該用戶熱量使用模式應(yīng)用于燃料電池發(fā)電，從而能夠提高燃料電池系統(tǒng)的效率。
圖3為示出根據(jù)本發(fā)明用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置包括水量檢測(cè)單元10、水溫檢測(cè)單元20、發(fā)電量控制單元30、以及發(fā)電命令產(chǎn)生單元40。
水量檢測(cè)單元10安裝在熱水加熱管線上以檢測(cè)水量數(shù)據(jù)，水溫檢測(cè)單元20安裝在加熱的溫水處，以檢測(cè)水溫?cái)?shù)據(jù)。
發(fā)電量控制單元30根據(jù)水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生用戶熱量使用模式，并根據(jù)產(chǎn)生的用戶熱量使用模式輸出發(fā)電量控制信號(hào)來(lái)控制燃料電池的發(fā)電量。
發(fā)電量控制單元30包括存儲(chǔ)單元100、模式產(chǎn)生單元200、以及發(fā)電量讀取單元300。
存儲(chǔ)單元100存儲(chǔ)水量數(shù)據(jù)、水溫?cái)?shù)據(jù)、按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的參考熱量使用模式、以及對(duì)應(yīng)于該參考熱量使用模式的發(fā)電量。
作為一個(gè)實(shí)例，按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的參考熱量使用模式可以由制造者通過(guò)制造過(guò)程中的試驗(yàn)產(chǎn)生。
作為另一個(gè)實(shí)例，按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的參考熱量使用模式可以由用戶根據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)積累的水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生。
模式產(chǎn)生單元200根據(jù)水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生用戶熱量使用模式。
發(fā)電量讀取單元300將該用戶熱量使用模式與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元100中的參考熱量使用模式進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果讀取發(fā)電量。
如果用戶熱量使用模式與參考熱量使用模式一致，發(fā)電量讀取單元300讀取對(duì)應(yīng)于參考熱量使用模式的發(fā)電量。
如果用戶熱量使用模式與參考熱量使用模式不一致，發(fā)電量讀取單元300讀取對(duì)應(yīng)于用戶熱量使用模式的發(fā)電量。
發(fā)電命令產(chǎn)生單元40將對(duì)應(yīng)于發(fā)電量控制信號(hào)的發(fā)電命令提供給燃料電池系統(tǒng)，該發(fā)電量控制信號(hào)由發(fā)電量控制單元30輸出。
以下參照?qǐng)D4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置的運(yùn)行。
首先，存儲(chǔ)單元100存儲(chǔ)水量數(shù)據(jù)，水溫?cái)?shù)據(jù)，按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的多個(gè)參考熱量使用模式，以及對(duì)應(yīng)于上述參考熱量使用模式的發(fā)電量。
作為一個(gè)實(shí)例，按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的多個(gè)參考熱量使用模式可以由制造者通過(guò)制造過(guò)程中的試驗(yàn)產(chǎn)生。
作為另一個(gè)實(shí)例，按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的多個(gè)參考熱量使用模式可以由用戶根據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)積累的水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生。
然后，水量檢測(cè)單元10檢測(cè)水量數(shù)據(jù)，水溫檢測(cè)單元20檢測(cè)水溫?cái)?shù)據(jù)(SP1)。
然后，模式產(chǎn)生單元200分析在一定時(shí)間內(nèi)積累的水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果產(chǎn)生用戶熱量使用模式(SP2)。
發(fā)電量控制單元30將用戶熱量使用模式與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元100中的多個(gè)參考熱量使用模式進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果控制發(fā)電量(SP3至SP6)。
更具體地，如果用戶熱量使用模式與多個(gè)參考熱量使用模式其中之一一致(SP3)，發(fā)電量控制單元30讀取對(duì)應(yīng)于該一致的參考熱量使用模式的發(fā)電量(SP4)，并根據(jù)讀取的發(fā)電量控制燃料電池的發(fā)電(SP5)。
相反地，如果用戶熱量使用模式與多個(gè)參考熱量使用模式都不一致，發(fā)電量控制單元30根據(jù)用戶熱量使用模式控制燃料電池的發(fā)電(SP6)。
在根據(jù)本發(fā)明的用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置及其方法中，檢測(cè)在一定時(shí)間內(nèi)積累的熱量使用數(shù)據(jù)以將其存儲(chǔ)，根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生用戶熱量使用模式，并且將產(chǎn)生的用戶熱量使用模式應(yīng)用于燃料電池的發(fā)電。因此，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的效率能夠提高。
由于本發(fā)明可以具體實(shí)施為多種形式而不脫離其精神或?qū)嵸|(zhì)特征，因此應(yīng)當(dāng)理解除非另有規(guī)定，上述實(shí)施例不受限于任何前述細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求書(shū)所限定的精神和范圍內(nèi)被廣泛地解釋；因此，落入權(quán)利要求書(shū)的界限或其等效范圍內(nèi)的全部變化和修改都應(yīng)被隨附權(quán)利要求書(shū)所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置，包括發(fā)電量控制單元，其用于產(chǎn)生用戶熱量使用模式，并根據(jù)所產(chǎn)生的用戶熱量使用模式輸出用于控制燃料電池發(fā)電量的發(fā)電量控制信號(hào)；以及發(fā)電命令產(chǎn)生單元，其用于將與該發(fā)電量控制單元輸出的發(fā)電量控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的發(fā)電命令提供給該燃料電池。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該發(fā)電量控制單元根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生用戶熱量使用模式。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該發(fā)電量控制單元包括存儲(chǔ)單元，其用于存儲(chǔ)水量數(shù)據(jù)、水溫?cái)?shù)據(jù)、按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的多個(gè)參考熱量使用模式、以及對(duì)應(yīng)于各個(gè)參考熱量使用模式的發(fā)電量；模式產(chǎn)生單元，其根據(jù)所述水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生用戶熱量使用模式；以及發(fā)電量讀取單元，其用于將該模式產(chǎn)生單元產(chǎn)生的用戶熱量使用模式與存儲(chǔ)于該存儲(chǔ)單元的多個(gè)參考熱量使用模式進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果讀取發(fā)電量。
4.一種用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置，包括水量檢測(cè)單元，其安裝在熱水加熱管線上，用于檢測(cè)水量數(shù)據(jù)；水溫檢測(cè)單元，其安裝在該熱水加熱管線上，用于檢測(cè)水溫?cái)?shù)據(jù)；發(fā)電量控制單元，其用于產(chǎn)生用戶熱量使用模式，并根據(jù)所產(chǎn)生的用戶熱量使用模式輸出用于控制燃料電池發(fā)電量的發(fā)電量控制信號(hào)；以及發(fā)電命令產(chǎn)生單元，其用于將與該發(fā)電量控制單元輸出的發(fā)電量控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的發(fā)電命令提供給該燃料電池。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，該發(fā)電量控制單元包括存儲(chǔ)單元，其用于存儲(chǔ)水量數(shù)據(jù)、水溫?cái)?shù)據(jù)、按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的多個(gè)參考熱量使用模式、以及對(duì)應(yīng)于各個(gè)參考熱量使用模式的發(fā)電量；模式產(chǎn)生單元，其根據(jù)所述水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生用戶熱量使用模式；以及發(fā)電量讀取單元，其用于將該模式產(chǎn)生單元產(chǎn)生的用戶熱量使用模式與存儲(chǔ)于該存儲(chǔ)單元的多個(gè)參考熱量使用模式進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果讀取發(fā)電量。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，如果該用戶熱量使用模式與所述多個(gè)參考熱量使用模式其中之一一致，該發(fā)電量讀取單元讀取與該一致的參考熱量使用模式對(duì)應(yīng)的發(fā)電量。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，如果該用戶熱量使用模式與所述多個(gè)參考熱量使用模式都不一致，該發(fā)電量讀取單元讀取與該用戶熱量使用模式對(duì)應(yīng)的發(fā)電量。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的參考熱量使用模式由制造者通過(guò)在制造過(guò)程中的試驗(yàn)產(chǎn)生。
9.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的參考熱量使用模式由用戶根據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)積累的水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生。
10.一種用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的方法，包括步驟檢測(cè)水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)；根據(jù)檢測(cè)到的水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生用戶熱量使用模式；以及根據(jù)該用戶熱量使用模式讀取發(fā)電量，從而控制燃料電池的發(fā)電量。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中控制發(fā)電量的步驟包括將該用戶熱量使用模式與多個(gè)參考熱量使用模式進(jìn)行比較；以及如果該用戶熱量使用模式與所述多個(gè)參考熱量使用模式其中之一一致，則通過(guò)發(fā)電量讀取單元讀取與該一致的參考熱量使用模式對(duì)應(yīng)的發(fā)電量。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括如果該用戶熱量使用模式與所述多個(gè)參考熱量使用模式都不一致，則根據(jù)該用戶熱量使用模式控制燃料電池的發(fā)電量。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括根據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)積累的水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的多個(gè)參考熱量使用模式；以及存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于各個(gè)參考熱量使用模式的發(fā)電量。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的多個(gè)參考熱量使用模式由制造者通過(guò)在制造過(guò)程中的試驗(yàn)產(chǎn)生。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述按照季節(jié)/日期/時(shí)間設(shè)置的多個(gè)參考熱量使用模式由用戶根據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)積累的水量數(shù)據(jù)和水溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生。
全文摘要
一種用于控制燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的裝置及其方法。該裝置包括發(fā)電量控制單元，其用于產(chǎn)生用戶熱量使用模式，并根據(jù)所產(chǎn)生的用戶熱量使用模式輸出用于控制燃料電池發(fā)電量的發(fā)電量控制信號(hào)；以及發(fā)電命令產(chǎn)生單元，其用于將與該發(fā)電量控制單元輸出的發(fā)電量控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的發(fā)電命令提供給該燃料電池。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1941469SQ200610138879
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2006年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者高承兌, 崔弘 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社, Lg化學(xué)株式會(huì)社