一种SOFC温度控制方法、温度控制系统及车辆技术方案

技术编号:19064414 阅读:277 留言:0更新日期:2018-09-29 13:50
本发明专利技术涉及一种SOFC温度控制方法,所述SOFC包括保温状态和使用状态,且组成所述SOFC的电堆的反应单元中,一部分为保温单元,另一部分为产能单元;在保温状态时,使所述保温单元持续工作,并使所述产能单元停止工作;在使用状态时,使所述保温单元及所述产能单元均进行工作。本发明专利技术中所公开的SOFC温度控制方法,可以有效保证SOFC始终处于较高的温度,大大缩短了SOFC下次启动的时间,为SOFC的应用和推广创造了有利条件。本发明专利技术同时还公开了一种SOFC温度控制系统以及一种车辆。

【技术实现步骤摘要】
一种SOFC温度控制方法、温度控制系统及车辆
本专利技术涉及燃料电池
,特别涉及一种SOFC温度控制方法、温度控制系统以及车辆。
技术介绍
SOFC(SolidOxideFuelCell固体氧化物燃料电池)是一种新型发电装置,其具有发电效率高、无污染、全固态结构和适应多种燃料气体的优点。目前在一些车辆上尝试运用SOFC作为电能来源,然而SOFC属于高温燃料电池,电池的反应温度高达600~1000℃。由于单个电池的能量有限,因此往往需要将多个电池单体串联或并联,从而形成电堆,电堆是整个SOFC发电系统最为核心的器件,为氧化还原反应提供反应场所,从而将燃料的化学能直接转化为电能。请参考图1,图1为当前车辆中的SOFC系统的框架示意图,粗实线框内所表示的部分即为电堆,电堆内通常包括几个甚至十几个反应单元,空气被通入反应单元的阴极,燃料被通入反应单元的阳极,空气和燃料在反应单元内进行反应。由于SOFC对温度的要求,因此在SOFC在冷启动时需先向尾气燃烧器中喷入燃料,燃料在尾气燃烧器内燃烧放热,放出的热量输送至空气加热器和燃料重整器内,空气在空气加热器中被加热升温,进入每个反应单元的阴极,燃料则在燃料重整器中被加热重整为H2和CO等,而后进入反应单元的阳极,升温后的空气和燃料对电堆进行加热,从而逐步将温度提高至SOFC的反应温度,整个过程耗时长达数个小时,这严重限制了SOFC的推广和应用。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的之一在于提供一种SOFC温度控制方法,以便能够有效缩短SOFC的启动时间。本专利技术的另一目的还在于提供一种SOFC温度控制系统。本专利技术的再一目的还在于提供一种采用上述SOFC温度控制系统的车辆。为了达到上述目的,本专利技术所提供的SOFC温度控制方法中,所述SOFC包括保温状态和使用状态,且组成所述SOFC的电堆的反应单元中,一部分为保温单元,另一部分为产能单元;在保温状态时,使所述保温单元持续工作,并使所述产能单元停止工作;在使用状态时,使所述保温单元及所述产能单元均进行工作。优选地,使用状态时,在所述产能单元的温度到达最佳运行温度范围之前,所述保温单元维持最大发电功率运行。优选地,使用状态时,若所述产能单元的温度处于最佳运行温度范围内,则所述保温单元与所述产能单元共同向负载提供电能。优选地,所述保温单元及所述产能单元的发电功率通过燃料喷射量调节。本专利技术所公开的SOFC温度控制系统,包括控制器,所述SOFC包括保温状态和使用状态,且组成所述SOFC的电堆的反应单元中,一部分为保温单元,另一部分为产能单元,其中,所述保温单元的阴极始终与氧化剂储存器相连通,阳极始终保持与燃料储存器相连通;所述产能单元的阴极通过阴极开关阀与所述氧化剂储存器相连通,阳极通过阳极开关阀与所述燃料储存器相连通;在保温状态时,所述控制器控制所述阴极开关阀和所述阳极开关阀均保持关闭状态;在使用状态时,所述控制器控制所述阴极开关阀和所述阳极开关阀均保持开启状态。优选的,所述保温单元的阴极与所述氧化剂储存器的连通管路上,以及所述保温单元的阳极与所述燃料储存器的连通管路上均设置有第一开度调节阀,所述控制器能够控制所述第一开度调节阀的开度。优选的,全部所述产能单元的阳极均并联后汇总为产能单元阳极管,所述阳极开关阀设置在所述产能单元阳极管上;全部所述产能单元的阴极并联后汇总为产能单元阴极管,所述阴极开关阀设置在所述产能单元阴极管上。优选的,所述产能单元阳极管上,以及所述产能单元阴极管上还设置有第二开度调节阀,所述控制器能够控制所述第二开度调节阀的开度。优选地,还包括温度传感器,若所述产能单元的温度处于预设保温值范围内时,所述控制器控制所述第一开度阀保持第一开度;若所述产能单元的温度低于预设保温值范围内时,所述控制器控制所述第一开度阀保持第二开度;若所述产能单元的温度高于预设保温值范围内时,所述控制器控制所述第一开度阀保持第三开度,其中,所述第二开度大于所述第一开度,所述第一开度大于所述第三开度。本专利技术所公开的车辆,包括SOFC,所述SOFC的温度控制系统为上述任意一项所公开的SOFC温度控制系统。本专利技术中所公开的温度控制方法中,将SOFC电堆中的反应单元分为两部分,其中一个部分为保温单元,另一个部分为产能单元,保温单元始终处于工作状态,以便在SOFC停止使用后依然能够为其提供热量,将SOFC始终保持在较高的温度,下次启动时可以快速进入工作状态,产能单元主要用于为负载提供电能供应。当该SOFC应用于车辆中时,即使车辆停车,保温单元也一直在工作,保温单元产生的电能一方面给车辆的电池充电,另一方面可以供车辆照明、空调等附件使用;保温单元产生的热量使SOFC始终保持在较高的温度,从而使下次启动时SOFC可以快速进入工作状态,在车辆启动后,产能单元主要用于为车辆的电池提供电能。由此可见,本专利技术中所公开的SOFC温度控制方法,可以有效保证SOFC始终处于较高的温度,大大缩短了SOFC下次启动的时间,为SOFC的应用和推广创造了有利条件;本专利技术中所公开的SOFC温度控制系统以及车辆同样可以达到上述技术效果,本文中不再进行赘述。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中SOFC系统的框架示意图;图2为本专利技术实施例中所公开的SOFC温度控制方法的流程示意图;图3为本专利技术实施例中所公开的SOFC系统的框架示意图。其中,1为阳极开关阀,2为阴极开关阀。具体实施方式专利技术人经过长期研究发现,SOFC启动时间长主要是因为以下原因:一、SOFC属于高温燃料电池,其反应温度高达600~1000℃,而环境温度通常仅仅为几十摄氏度,冷启动过程中SOFC的目标温度与环境温度的温差过大;二、SOFC中的每个反应单元均是由上百片电池板构成,电堆的整体质量大,并且电堆的材料均是热熔较大的陶瓷和金属等,导致SOFC系统的热容很大,升温速度很慢。实际上,为了加快SOFC的推广和应用,本领域技术人员也从多个方面进行过技术改进,这些技术改进包括增加启动过程中能量的输入、减少SOFC的比热容等手段,以尽量减少SOFC的启动时间。但是上述方法所取得的效果甚微,本申请中,专利技术人从一个全新的角度彻底解决了SOFC启动时间长的问题,大大缩短了SOFC的启动时间,为SOFC的推广和应用创造了有利条件。请参考图2,本专利技术实施例中提供了一种SOFC温度控制方法,该温度控制方法中所针对的SOFC包括保温状态和使用状态,所谓的保温状态可以理解为SOFC自身处于待机状态,SOFC所产生的电能大部分用于产生热量,使用状态就是SOFC所产生的电能大部分供负载使用。SOFC的电堆内有多个反应单元,这些反应单元被分为两类,其中一类为保温单元,另外一类为产生单元,在保温状态时:保温单元持续工作,产能单元停止工作;在使用状态时,保温单元及产能单元均进行工作。SOFC的应用场合众多,以将其用于车辆中为例来进行说明,在车辆停车时,SOFC就进入了保温状态,SOFC中的保温单元持本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SOFC温度控制方法,其特征在于,所述SOFC包括保温状态和使用状态,且组成所述SOFC的电堆的反应单元中,一部分为保温单元,另一部分为产能单元;在保温状态时,使所述保温单元持续工作,并使所述产能单元停止工作;在使用状态时,使所述保温单元及所述产能单元均进行工作。

【技术特征摘要】
1.一种SOFC温度控制方法,其特征在于,所述SOFC包括保温状态和使用状态,且组成所述SOFC的电堆的反应单元中,一部分为保温单元,另一部分为产能单元;在保温状态时,使所述保温单元持续工作,并使所述产能单元停止工作;在使用状态时,使所述保温单元及所述产能单元均进行工作。2.根据权利要求1所述的SOFC温度控制方法,其特征在于,使用状态时,在所述产能单元的温度到达最佳运行温度范围之前,所述保温单元维持最大发电功率运行。3.根据权利要求2所述的SOFC温度控制方法,其特征在于,使用状态时,若所述产能单元的温度处于最佳运行温度范围内,则所述保温单元与所述产能单元共同向负载提供电能。4.根据权利要求1所述的SOFC温度控制方法,其特征在于,所述保温单元及所述产能单元的发电功率通过燃料喷射量调节。5.一种SOFC温度控制系统,包括控制器,其特征在于,所述SOFC包括保温状态和使用状态,且组成所述SOFC的电堆的反应单元中,一部分为保温单元,另一部分为产能单元,其中,所述保温单元的阴极始终与氧化剂储存器相连通,阳极始终保持与燃料储存器相连通;所述产能单元的阴极通过阴极开关阀(2)与所述氧化剂储存器相连通,阳极通过阳极开关阀(1)与所述燃料储存器相连通;在保温状态时,所述控制器控制所述阴极开关阀(2)和所述阳极开关阀(1)均保持关闭状态;在使用状态时,所述控制器控制所述阴极开关阀(2)和所述阳极开关...

【专利技术属性】
技术研发人员:谭旭光胡浩然孙少军陈文淼于超
申请(专利权)人:潍柴动力股份有限公司
类型:发明
国别省市:山东,37

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