燃料电池电力系统技术方案

燃料电池电力系统以及启动燃料电池电力系统的方法。该燃料电池电力系统包括：燃料电池系统，其具有一个或更多个电压输出端；一个或更多个DC/DC转换器，各自具有输出端和输入端，所述输入端可连接至燃料电池系统的电压输出端；DC电压链路，其可连接至一个或更多个DC/DC转换器的输出端；以及局部负载，其可连接至DC电压链路。在该系统中，局部负载适于从燃料电池系统中汲取电力以降低燃料电池系统的电压。压。压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池电力系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池电力系统，并且更具体地，涉及具有DC链路的燃料电池电力系统。

技术介绍

[0002]燃料电池越来越多地用于为各种负载产生电力。在燃料电池的一种应用中，来自燃料电池系统的输出电压被馈送至DC链路，并且DC链路的电压被调节至一定的范围内。DC链路的电压通常由多种负载通过使用转换器进一步消耗。转换器针对特定负载转换DC链路的电压。
[0003]DC链路的电压通常由连接在燃料电池的输出端与DC链路之间的升压型DC/DC转换器调节。燃料电池堆必须被设计成在低于额定系统电压下操作，使得DC/DC转换器可以通过提高燃料电池的输出电压来调节DC链路电压。燃料电池的输出电压在开路条件下处于最高，并且随着负载的增加而降低。因此，DC/DC转换器必须针对开路电压和满负载电流两者被设计，这导致电力转换容量的不良利用率。因此，当系统的负载增加时，燃料电池的输出电压降低。DC/DC转换器被操作成将DC链路电压保持在一定限度内。
[0004]在具有若干兆瓦的功率范围的大型燃料电池系统的情况下，燃料电池堆被一起分组在特定的燃料电池空间中。输出电压通过将燃料电池串联堆叠并且特别地将燃料电池堆叠在彼此的顶部来确定。通常，将存在空间以使更多堆串联，但是电压限度阻止了充分利用空间高度并且需要更多的占地面积。
[0005]上面的问题可以通过使用降压
‑
升压转换器而不是升压转换器来部分地解决，但这也需要更多的转换器硬件或特定的驱动部件。升压型转换器可以由常规的6脉冲IGBT转换器进行配置，但是降压
‑
升压转换器需要修改的硬件。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种方法以及用于实现该方法的系统以解决上面的问题。本专利技术的目的通过下述方法和系统来实现，所述方法和系统的特征在于独立权利要求中所述的内容。本专利技术的优选实施方式在从属权利要求中公开。
[0007]本专利技术基于以下构想：在燃料电池电力系统的启动阶段期间利用局部负载。本专利技术能够将更多个燃料电池堆串联连接并且允许在启动期间在更高的电压下操作燃料电池。当启动燃料电池系统时，燃料电池系统的输出电压首先被定向至局部负载。当负载增加到输出电压低于额定系统电压的水平时，燃料电池通过DC/DC转换器连接至主电气系统。当电压低于DC/DC转换器的额定电压时，可以启动DC/DC转换器。
[0008]通过使用本专利技术，可以减少大型燃料电池系统中电力转换器和线缆的数量。本专利技术还将能够以更有效的方式包装燃料电池堆，并且更好地利用可用空间。
附图说明
[0009]在下文中，将参照附图借助于优选实施方式对本专利技术进行更详细地描述，在附图中：
[0010]图1示出了本专利技术的实施方式的简化结构；
[0011]图2和图3示出了燃料电池堆的极化曲线；
[0012]图4和图5示出了图2和图3的具有操作范围的极化曲线；以及
[0013]图6示出了本专利技术的系统的实施方式。
具体实施方式
[0014]图1示出了本专利技术的实施方式的简化电路。图1示出了燃料电池堆11，该燃料电池堆11的输出端连接至DC/DC转换器12。该转换器被示出为包括电感器L、二极管D、可控开关S和电容器C。转换器12为升压型转换器，该升压型转换器可以被操作成将输入端的电压增加至输出端处的较高电压。DC/DC转换器的输出端连接至主开关13，以将转换器的输出电压连接至主负载15。转换器12的输出端还包括辅助开关，该辅助开关可以用于将该转换器的输出电压连接至局部负载。
[0015]默认情况下，主开关和辅助开关被操作成使得主开关或辅助开关择一地导通，也就是说，当开关中的一者被控制为导通时，另一者同时被控制为阻断状态。在处理中需要和使用辅助负载及其能量的情况下，可以保持辅助开关闭合。
[0016]根据本专利技术，燃料电池电力系统包括具有一个或更多个电压输出端的燃料电池系统11。在图1的示例中，燃料电池系统具有一个电压输出端。对于燃料电池系统，它是指具有多个串联连接的燃料电池的燃料电池系统。燃料电池系统还可以包括可能需要以从燃料电池获得电能的方式来操作燃料电池的任何辅助设备。
[0017]本专利技术的燃料电池电力系统还包括一个或更多个DC
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DC转换器。每个DC/DC转换器均具有输出端和输入端，并且输入端可连接至燃料电池系统的电压输出端。燃料电池系统可以包括多个电压输出端。所述输出端由独立的燃料电池堆形成。各个DC/DC转换器分别连接至燃料电池系统的电压输出端。因此，并联的DC/DC转换器可以被从并联的燃料电池堆馈电。在图1的实施方式中，DC/DC转换器12连接至燃料电池堆11，使得燃料电池系统的电压输出端连接至DC/DC转换器的输入端。
[0018]根据本专利技术，电力系统包括DC电压链路，该DC电压链路可连接至一个或更多个DC/DC转换器的输出端。在图1的实施方式中，DC电压链路17被示出为连接至DC/DC转换器的输出端。转换器12的电容器C支持DC电压链路的电压。在电力系统包括多个DC/DC转换器的情况下，这些DC/DC转换器的输出端优选地连接至相同的DC电压链路。在这样的情况下，多个转换器将电力从单独的燃料电池堆馈送至公共DC链路。
[0019]此外，本专利技术包括可连接至DC电压链路的局部负载。图1示出了局部负载可以使用辅助开关14连接至DC电压链路的实施方式。该局部负载适于从燃料电池系统中汲取电力以降低燃料电池系统的电压。在本专利技术中，局部负载可以用于对燃料电池系统加负载以降低燃料电池系统的输出电压。当从燃料电池汲取的电流增加时，燃料电池的电压输出端的电压降低。
[0020]在本专利技术的系统中，一个或更多个DC/DC转换器在燃料电池系统的启动期间不操
作。众所周知，在零电流的情况下，燃料电池系统的输出电压处于最高。也就是说，燃料电池的开路电压是可以从燃料电池获得的最高电压。当对燃料电池加负载时，即从燃料电池中汲取电流时，电压相当迅速地降低。当转换器12在启动期间不操作时，转换器的开关S不被调制。当启动图1中的燃料电池系统时，向DC/DC转换器的输入端产生高电压。在已知结构中，燃料电池在没有负载的情况下启动，达到开路电压，并且一旦达到OC电压，就通过附加开关形成电流路径。这种在已知结构中的操作需要附加开关部件。然而，在本专利技术中，电流开始流过电感器L和二极管D并且对电容器C充电，并且不会使电压达到开路电压值。当电容器的电压接近燃料电池堆的输出电压时，来自燃料电池堆的电流降低增加了燃料电池堆的输出电压。一旦电容器的电压接近转换器的开关S的额定电压，辅助负载就连接至所述系统。辅助负载从燃料电池系统汲取电流并且因此燃料电池堆的输出电压降低。辅助负载可以是简单的电阻器，该简单的电阻器被定尺寸成使得当来自燃料电池系统的电流流过电阻器时，电容器的电压以及因此DC链路的电压不超过所述系统的额定电压并且尤其地不超过可控开关S的额定电压。
[0021]当来自燃料电池系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池电力系统，包括：燃料电池系统，其具有一个或更多个电压输出端；一个或更多个DC/DC转换器，其各自具有输出端和输入端，所述输入端能够连接至所述燃料电池系统的电压输出端；DC电压链路，其能够连接至所述一个或更多个DC/DC转换器的输出端；以及局部负载，其能够连接至所述DC电压链路，其中，所述局部负载适于从所述燃料电池系统中汲取电力以降低所述燃料电池系统的电压。2.根据权利要求1所述的燃料电池电力系统，其中，所述燃料电池系统的开路电压高于所述一个或更多个DC/DC转换器的额定电压。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池电力系统，其中，所述局部负载适于在启动所述一个或更多个DC/DC转换器之前从所述燃料电池系统中汲取电力。4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的燃料电池电力系统，其中，所述局部负载是能够连接在所述DC链路的正轨与负轨之间的电阻器。5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的燃料电池电力系统，其中，所述局部负载是转换器电路，所述转换器电路的输入端连接在所述DC链路的正轨与负轨之间。6.根据前述权利要求1至3中任一项所述的燃料电池电力系统，其中，所述局部负载是连接在所述DC链路的正轨与负轨之间的转换器电路和负载电阻器的组合。7.根据权利要求5或6所述的燃料电池电力系统，其中，所述转换器电路是逆变器。8.根据权利要求7所述的燃料电池电力系统，其中，所述转换器适于向负载馈送电力。...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈里，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：