一种氢燃料电池-储能电池的供电系统控制方法及终端技术方案

本发明专利技术提供的一种氢燃料电池

A control method and terminal of power supply system of hydrogen fuel cell energy storage battery

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池
‑
储能电池的供电系统控制方法及终端


[0001]本专利技术涉及供电系统
，具体涉及一种氢燃料电池
‑
储能电池的供电系统控制方法及终端。

技术介绍

[0002]氢燃料电池作为一种质子交换膜燃料电池，具有节能、环保、启动快、比功率密度高等特点，被认为是二十一世纪最有前景的发电技术之一，被誉为是继火力、水力和核能之后的第四代发电技术。其应用范围广泛，不仅可应用于小型备用电源、无人机、汽车等移动交通领域，也可以应用于不同大小规模的分布式发电领域。目前，随着氢燃料电池技术的飞速发展，其使用寿命、发电效率均得到较大提高。然而，由于氢气的存储、输运等多方面限制，一定程度上阻碍了氢燃料电池的规模化应用。
[0003]甲醇重整制氢技术是一种较为成熟的可用于现场制氢的制氢技术，其原理是利用甲醇和水在催化剂作用和一定的温度条件下，裂解为H2和CO2的富氢气体。因此，甲醇催化重整制氢系统和氢燃料电池系统集成的一体式供电系统将具有广阔的应用前景。
[0004]但供电系统以燃料电池发动机作为单一动力源时，存在响应慢、输出特性疲软等问题，无法适应负载的快速波动，并且甲醇重整制氢系统的启动时间缓慢，从开机预热至提供合格的氢气给燃料电池系统需要一定的时间，无法及时给燃料电池供给充足的氢气。因此提供一种耦合储能电池与氢燃料电池的供电系统，即以氢燃料电池为主、储能电池为辅的混合能源的供电系统，将更具有应用灵活性，同时如何科学合理的控制供电系统的燃料电池及储能电池的工作状态，保证燃料电池系统及制氢系统的使用寿命及效能，成为一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种氢燃料电池
‑
储能电池的供电系统控制方法及终端，合理控制氢燃料电池与储能电池的协同输出，保证了供电系统的可靠运行及延长使用寿命。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种氢燃料电池
‑
储能电池的供电系统控制方法，包括步骤：S1、获取用电负载的需求功率、储能电池的荷电状态、氢气存储罐的可用氢气量；S2、根据所述需求功率、所述荷电状态和所述可用氢气量控制所述储能电池、发电系统和制氢系统的工作状态，所述发电系统采用氢燃料电池进行发电；所述步骤S2具体为：S21、判断所述需求功率P
out
是否小于所述氢燃料电池允许的最小功率值P1，若是，则执行步骤S22，否则执行步骤S23；S22、判断所述荷电状态SOC与预设的荷电状态SOC
set
的大小关系，若SOC＞SOC
set
，则所述储能电池工作，为所述用电负载供电，所述发电系统和所述制氢系统处于停机状态，
否则执行步骤S23；其中，SOC和SOC
set
的计算如下公式（1）和公式（2）所示：（1）；（2）；上述公式（1）和公式（2）中，SOC
min
和SOC
max
分别为所述储能电池的最大荷电状态和最小荷电状态，P
max
为所述发电系统的输出功率，单位为W；t
max
为所述氢气存储罐所存储的氢气在所述制氢系统启动到输出氢气至所述发电系统这一过程中的最大耗费时长，单位为s；U为所述储能电池的标称电压，单位为V；C为所述储能电池的初始容量，单位为Ah；Q
C
为所述储能电池的当前剩余容量，单位为Ah；S23、判断所述可用氢气量N与预设的氢气量N
min
的大小关系，若N≥N
min
，则所述发电系统工作，为所述用电负载供电和为所述储能电池充电，所述储能电池和所述制氢系统处于停机状态，否则执行步骤S24；其中，N
min
为t
max
内所述氢燃料电池工作所消耗的氢气量，单位mol；t
max
单位为s；则N
min
的计算如下公式（3）：（3）；上述公式（3）中，m为所述氢燃料电池工作时单位时间内的氢气消耗量，单位为mol/s；m满足如下公式（4）：（4）；上述公式（4）中，P为所述氢燃料电池的输出功率,单位为W；U
c
为所述氢燃料电池的平均单片电压，单位为V；F为法拉第常数，为；η为氢气利用率系数；S24、所述制氢系统工作，产生氢气并输送给所述发电系统，同时所述发电系统工作，为所述用电负载供电和为所述储能电池充电。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供的另一个技术方案为：一种氢燃料电池
‑
储能电池的供电系统控制终端，包括存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：S1、获取用电负载的需求功率、储能电池的荷电状态、氢气存储罐的可用氢气量；S2、根据所述需求功率、所述荷电状态和所述可用氢气量控制所述储能电池、发电系统和制氢系统的工作状态，所述发电系统采用氢燃料电池进行发电；所述步骤S2具体为：S21、判断所述需求功率P
out
是否小于所述氢燃料电池允许的最小功率值P1，若是，则执行步骤S22，否则执行步骤S23；S22、判断所述荷电状态SOC与预设的荷电状态SOC
set
的大小关系，若SOC＞SOC
set
，则所述储能电池工作，为所述用电负载供电，所述发电系统和所述制氢系统处于停机状态，否则执行步骤S23；
其中，SOC和SOC
set
的计算如下公式（1）和公式（2）所示：（1）；（2）；上述公式（1）和公式（2）中，SOC
min
和SOC
max
分别为所述储能电池的最大荷电状态和最小荷电状态，P
max
为所述发电系统的输出功率，单位为W；t
max
为所述氢气存储罐所存储的氢气在所述制氢系统启动到输出氢气至所述发电系统这一过程中的最大耗费时长，单位为s；U为所述储能电池的标称电压，单位为V；C为所述储能电池的初始容量，单位为Ah；Q
C
为所述储能电池的当前剩余容量，单位为Ah；S23、判断所述可用氢气量N与预设的氢气量N
min
的大小关系，若N≥N
min
，则所述发电系统工作，为所述用电负载供电和为所述储能电池充电，所述储能电池和所述制氢系统处于停机状态，否则执行步骤S24；其中，N
min
为t
max
内所述氢燃料电池工作所消耗的氢气量，单位mol；t
max
单位为s；则N
min
的计算如下公式（3）：（3）；上述公式（3）中，m为所述氢燃料电池工作时单位时间内的氢气消耗量，单位为mol/s；m满足如下公式（4）：（4）；上述公式（4）中，P为所述氢燃料电池的输出功率,单位为W；U
c
为所述氢燃料电池的平均单片电压，单位为V；F为法拉第常数，为；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池
‑
储能电池的供电系统控制方法，其特征在于，包括步骤：S1、获取用电负载的需求功率、储能电池的荷电状态、氢气存储罐的可用氢气量；S2、根据所述需求功率、所述荷电状态和所述可用氢气量控制所述储能电池、发电系统和制氢系统的工作状态，所述发电系统采用氢燃料电池进行发电；所述步骤S2具体为：S21、判断所述需求功率P
out
是否小于所述氢燃料电池允许的最小功率值P1，若是，则执行步骤S22，否则执行步骤S23；S22、判断所述荷电状态SOC与预设的荷电状态SOC
set
的大小关系，若SOC＞SOC
set
，则所述储能电池工作，为所述用电负载供电，所述发电系统和所述制氢系统处于停机状态，否则执行步骤S23；其中，SOC和SOC
set
的计算如下公式（1）和公式（2）所示：（1）；（2）；上述公式（1）和公式（2）中，SOC
min
和SOC
max
分别为所述储能电池的最大荷电状态和最小荷电状态，P
max
为所述发电系统的输出功率，单位为W；t
max
为所述氢气存储罐所存储的氢气在所述制氢系统启动到输出氢气至所述发电系统这一过程中的最大耗费时长，单位为s；U为所述储能电池的标称电压，单位为V；C为所述储能电池的初始容量，单位为Ah；Q
C
为所述储能电池的当前剩余容量，单位为Ah；S23、判断所述可用氢气量N与预设的氢气量N
min
的大小关系，若N≥N
min
，则所述发电系统工作，为所述用电负载供电和为所述储能电池充电，所述储能电池和所述制氢系统处于停机状态，否则执行步骤S24；其中，N
min
为t
max
内所述氢燃料电池工作所消耗的氢气量，单位mol；t
max
单位为s；则N
min
的计算如下公式（3）：（3）；上述公式（3）中，m为所述氢燃料电池工作时单位时间内的氢气消耗量，单位为mol/s；m满足如下公式（4）：（4）；上述公式（4）中，P为所述氢燃料电池的输出功率,单位为W；U
c
为所述氢燃料电池的平均单片电压，单位为V；F为法拉第常数，为；η为氢气利用率系数；S24、所述制氢系统工作，产生氢气并输送给所述发电系统，同时所述发电系统工作，为所述用电负载供电和为所述储能电池充电。2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池
‑
储能电池的供电系统控制方法，其特征在于，所述步骤S23中还包括通过计算所述氢气存储罐的压力值p来决定所述制氢系统的工作状态，具体为：所述可用氢气量N满足如下公式（5）：
（5）；上述公式（5）中，p为氢气储存罐压力，单位为MPa；R为摩尔气体常数，为；T为温度，单位为K；V为氢气储存罐容积，单位为m
³
；则由N≥N
min
及公式（3）和公式（4），计算得到如下公式（6）：（6）；若公式（6）成立，则所述制氢系统处于停机状态，否则所述制氢系统工作，为所述氢燃料电池提供氢气。3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池
‑
储能电池的供电系统控制方法，其特征在于，所述步骤S21中否则执行步骤S23之前还包括：判断所述需求功率P
out
是否大于所述氢燃料电池的额定功率值P2，若是则直接启动所述制氢系统，所述制氢系统工作，为所述氢燃料电池提供氢气，同时所述发电系统工作，为所述储能电池充电，且所述氢燃料电池和所述储能电池同时为所述用电负载供电。4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池
‑
储能电池的供电系统控制方法，其特征在于，所述步骤S21至S24任一步骤中，当N＜N
min
时，立即启动所述制氢系统，所述制氢系统工作产生氢气存储至所述氢气存储罐中。5.一种氢燃料电池
‑
储能电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢义淳，郑丽萍，郭韦苇，赖志勇，刘力铭，林玉祥，
申请(专利权)人：福建亚南电机有限公司，
类型：发明
国别省市：