用于分布式供能的多堆燃料电池级联发电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于分布式供能的多堆燃料电池级联发电系统，包括多堆燃料电池子系统，其结构为：包括n个燃料电池堆，每个燃料电池堆级联一个第一MOS管和一个第二MOS管，第n个燃料电池堆的第二MOS管的D极与第n

【技术实现步骤摘要】
用于分布式供能的多堆燃料电池级联发电系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其是一种用于分布式供能的多堆燃料电池级联发电系统。

技术介绍

[0002]我国部分地区面临着电网输送能力不足，甚至没有电网的困境，使用燃料电池发电系统供电是解决这一问题的关键方法。
[0003]传统的单堆燃料电池发电系统存在效率低、耐用性差、成本高以及可靠性差的缺点，严重制约了当前燃料电池发电系统的普及使用。究其根本原因，单堆燃料电池发电系统存在过度设计，其输出功率经常低于其额定功率，且工作时需一直运行。此外，单堆燃料电池发电系统仅有一个燃料电池堆，一旦该燃料电池堆发生故障，整个发电系统都无法正常工作。针对此，国内外研究者开展了大量理论和实验探讨，如何在满足应用场景功率需求的条件下降低燃料电池发电系统的成本，提高燃料电池的发电效率、耐用性和燃料电池发电系统的可靠性已经成为了研究重点之一。目前，多堆燃料电池系统成为解决这一问题的首选。
[0004]现有实践和研究证明了应用多堆燃料电池发电系统能够有效提高燃料电池的发电效率、耐用性和燃料电池发电系统的可靠性，并具有长期广阔的应用前景。但是现有技术中多堆燃料电池发电系统的构型设计结构和控制复杂、成本高、可靠性差。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种用于分布式供能的多堆燃料电池级联发电系统，提高燃料电池系统的发电效率、耐用性和可靠性。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种用于分布式供能的多堆燃料电池级联发电系统，包括多堆燃料电池子系统，其结构为：包括n个燃料电池堆，每个燃料电池堆级联一个第一MOS管和一个第二MOS管，燃料电池堆的负极连接所述第一MOS管的D极，燃料电池堆的正极连接功率二极管的阳极，所述功率二极管的阴极连接所述第二MOS管的D极；燃料电池堆和功率二极管串联后与滤波电容并联连接；第一MOS管与第二MOS管与之间通过S级相连；第n个燃料电池堆的第二MOS管的D极与第n
‑
1个燃料电池堆的第二MOS管的S极相连；第一个燃料电池堆的第二MOS管的D极与负载电流输入端连接，第n个燃料电池堆的第二MOS管的S极与负载电流输出端连接；n≥2。
[0008]其进一步技术方案为：
[0009]还包括功率管理模块，其通过控制导线与各燃料电池堆、第一MOS管和第二MOS管相连；
[0010]每个燃料电池堆支持手动或自动开关机，自动开关机的控制指令由相应功率管理方法根据动态工况决策后发送给相应电控系统执行；根据每个燃料电池堆的开关机状态控制相应MOS管的开关状态，从而控制该燃料电池堆是否接入供电。
[0011]还包括水热管理模块，其包括冷却系统和控制系统，冷却系统用于与燃料电池堆换热，控制系统通过控制导线与各燃料电池堆相连，并通过调节冷却介质的流量控制每个燃料电池堆的温度和湿度。
[0012]还包括氢气供应模块和空气供应模块，氢气供应模块和空气供应模块通过管道与所述多堆燃料电池子系统相连，提供发电所需的氢气和空气。
[0013]本专利技术的有益效果如下：
[0014]本专利技术采用结构简单的MOS管开关而非复杂的DC/DC模块，简化了燃料电池发电系统的结构和控制方式，使多堆燃料电池子系统的控制更加简单。本专利技术可依据动态负载调节燃料电池堆的开机数目，提高了燃料电池发电效率和使用寿命；可隔离故障电池，提高了发电系统的可靠性。本专利技术多堆燃料电池子系统的状态控制即多堆燃料电池子系统中到底接入多少个燃料电池堆，由功率管理模块控制MOS管来确定，使整个多堆燃料电池级联发电系统更高效。
[0015]本专利技术可满足不适宜铺设电网等特殊场合的用电需求。十分适用于医院等负荷变化不大但一直处于动态波动的场合；能广泛应用于偏远地区、银行、医院等供能场所中。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的系统结构示意图。
[0017]图2是本专利技术多堆燃料电池子系统的燃料电池堆全开时的电流流向示意图。
[0018]图3是本专利技术多堆燃料电池子系统的第n个燃料电池堆被隔离时的电流流向示意图。
[0019]图4是本专利技术水热管理模块的连接结构示意图。
[0020]图中：1、燃料电池堆；2、第一MOS管；3、第二MOS管；4、功率二极管；5、多堆燃料电池子系统；6、氢气供应模块；7、空气供应模块；8、水热管理模块；9、功率管理模块；10、滤波电容。
具体实施方式
[0021]以下结合附图说明本专利技术的具体实施方式。
[0022]本实施例的用于分布式供能的多堆燃料电池级联发电系统，如图1所示，包括多堆燃料电池子系统5，其结构为：包括n个燃料电池堆1，每个燃料电池堆1级联一个第一MOS管2和一个第二MOS管3，燃料电池堆1的负极连接第一MOS管2的D极，燃料电池堆1的正极连接功率二极管4的阳极，功率二极管4的阴极连接第二MOS管3的D极；燃料电池堆1和功率二极管4串联后与滤波电容10并联连接；第二MOS管3与第一MOS管2之间通过S级相连；
[0023]第n个燃料电池堆1的第二MOS管3的D极与第n
‑
1个燃料电池堆1的第二MOS管3的S极相连；第一个燃料电池堆1的第二MOS管3的D极与负载电流输入端连接，第n个燃料电池堆1的第二MOS管3的S极与负载电流输出端连接；n≥2。
[0024]还包括功率管理模块9，其通过控制导线与各燃料电池堆1、第一MOS管2和第二MOS管3相连；
[0025]每个燃料电池堆1支持手动或自动开关机，自动开关机的控制指令由相应功率管理方法根据动态工况决策后发送给相应电控系统执行。根据每个燃料电池堆1的开关机状
态控制相应MOS管的开关状态，从而控制该燃料电池堆1是否接入供电。
[0026]还包括水热管理模块8，其包括冷却系统和控制系统，冷却系统用于与燃料电池堆1换热，控制系统通过控制导线与各燃料电池堆1相连，并通过调节冷却介质的流量控制每个燃料电池堆1的温度和湿度。
[0027]如图4所示，水热管理模块8的冷却系统的结构包括水泵、水箱、冷却液旁通阀、散热器和冷却液混合器。
[0028]还包括氢气供应模块6和空气供应模块7，氢气供应模块6和空气供应模块7通过管道与多堆燃料电池子系统5相连，提供发电所需的氢气和空气。
[0029]本实施例中每个燃料电池堆1可以由两个以上电池单体串联而成。
[0030]本实施例采用串联与并联共同使用的连接方式，其目的在于：单纯串联连接虽然实现简单，但故障率高，系统可靠性差，若其中任何一个电池单体发生故障，整个燃料电池系统都不能正常工作；单纯并联连接虽然每个燃料电池堆1的独立性好，但电压管理复杂，对电压变换器的要求高。
[0031]本实施例中，每个燃料电池堆1通过相应的第一MOS管2和相应的第二MOS管3实现独立控制，不仅构型简单，便于控制，还提高了整个系统的可靠性和发电效率。此外，并非所有的燃料电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于分布式供能的多堆燃料电池级联发电系统，其特征在于，包括多堆燃料电池子系统(5)，其结构为：包括n个燃料电池堆(1)，每个燃料电池堆(1)级联一个第一MOS管(2)和一个第二MOS管(3)，燃料电池堆(1)的负极连接所述第一MOS管(2)的D极，燃料电池堆(1)的正极连接功率二极管(4)的阳极，所述功率二极管(4)的阴极连接所述第二MOS管(3)的D极；燃料电池堆(1)和功率二极管(4)串联后与滤波电容(10)并联连接；第一MOS管(2)与第二MOS管(3)与之间通过S级相连；第n个燃料电池堆(1)的第二MOS管(3)的D极与第n
‑
1个燃料电池堆(1)的第二MOS管(3)的S极相连；第一个燃料电池堆(1)的第二MOS管(3)的D极与负载电流输入端连接，第n个燃料电池堆(1)的第二MOS管(3)的S极与负载电流输出端连接；n≥2。2.根据权利要求1所述的用于分布式供能的多堆燃料电池级联发电系统，其特征在于，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄伟超，牛俊严，殷国栋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：