包括可靠电力分配器的燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种使用氢和氧之间的电化学反应来产生电力的燃料电池系统。燃料电池系统包括电力分配器，能根据操作条件，选择系统电源和燃料电池堆之一作为产生用于各种平衡设备（ＢＯＰ）以及控制器的电力的电源，并从所选择的电源分配电力。燃料电池系统能通过在系统电力和堆电力共存的状态下切换电源，稳定地将电力分配给ＢＯＰ和控制器，而不产生临时接触点间隙。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使用氢和氧之间的电化学反应来产生电力的燃料电池系 统。更具体的，本专利技术涉及一种燃料电池系统，该系统能根据操作条件，选择系统电源和燃料电池堆之一，作为产生用于各种平衡设备(balance of plants, BOP)以及控制器的电力的电源，并从所选择的电源分配电力。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)使用具有氢离子交换特性的质子交换膜作 为电解质膜。PEMFC fflil含氢的燃料气体与含氧的空气之间的电化学反应产生 电和热。PEMFC具有快速启动性能，并且能设计成小尺寸。因此，PEMFC广 泛地用于各种各样的应用，例如便携式电源、汽车电源以及家庭热电厂。PEMFC包括具有膜电极组件和分隔片的单元电池。燃料电池堆包括多个单 元电池。现有技术的具有燃料电池堆的燃料电池系统，该电池堆通过氢和氧之间的 电化学反应产生电力，将燃料电池堆产生的电力(堆电力)供给给外部。燃料 电池系统将从燃料电池堆产生的一部分堆电力或从系统电源供给的系统电力用 俏喿作驱动燃料电池系统所需的BOP和控制器的电力。就此而言，燃料电池系 统不是同时都使用燃料电池堆和系统电源，而是根据其操作条件，选择性地将 燃料电池堆和系统电源之一用作电源。因此，燃料电池系统包括电力分配器， 电力分配器能根据操作条件，选择系统电源和燃料电池堆之一，作为产生用于 各种平衡设备(balance of plants, BOP)以及控制器的电力的电源，并从所选择 的电源分配电力。图5是示出现有技术燃料电池系统的电力分配器的连接结构的示意图。 如图5所示，从燃料电池堆10产生的堆电力和从系统电源50供给的系统电力输入到电力分配器200。电力分配器200包括第一继电器210和AC/DC转换器240，第一继电器210用于选择性地开/关供给系统电力的系统电源50， AC/DC转换器240用于将AC220V的交流电力转换为直流电力。电力分配器200进一步包括第二继电器220和DC/DC转换器250，第二继 电器220用于选择性地开/关供给堆电力的燃料电池堆，DC/DC转换器250用于 将DC48V的堆电力转换为能用于各种BOP和控制器的DC24V。电力分配器200进一步包括第三继电器230，第三继电器230根据操作条 件，选择和供给从AC/DC转换器240供给的系统电力和从DC/DC转换器250 供给的堆电力之一。在现有技术的电力分配器中，第一和第二继电器210和220切断系统电力 和堆电力之一，并且第三继电器230选择不被切断的系统电力和堆电力之一作 为供给电力。然后，从第三继电器230输出的电力用作操作系统所需的BOP和 控制器的损耗电力。然而，在第三继电器230中切换电源期间，不可避免地产生从燃料电池堆 10或系统电源50不供给电力的临时接触点间隙。由于临时不供给电力，使用从 第三继电器230所供给的电力的控制器和BOP，例如泵或吹风机，可能发生故 障。因此，如图5所示，用于补偿接触点间隙的冷凝器(condenser) 281、 282 和283安装在第三继电器230的前后端。然而，根据系统和堆电力结合的结点 处负载的环境条件和各种其他控制条件，即使安装了冷凝器281、 282和283， 也可能不能完剖军决接触点间隙的问题。另外，仍然存在着在燃料电池系统启 动和停止操作时来自第三继电器230的输出电压电平波动的问题。
技术实现思路
要解决的技术问题本专利技术的典型实施例提供了一种燃料电池系统，具有可靠电力分配器系统， 能根据操作条件，选择系统电源和燃料电池堆之一，作为产生用于各种平衡设 备(balance of plants, BOP)以及控制器的电力的电源，并从所选择的电源分配 电力，以及能在电力分配期间防止产生接触点间隙。技术方案在本专利技术的实施例中，燃料电池系统包括通过氢和氧之间的电化学反应产 生电力的燃料电池堆，将含氢的转化气供给给"燃料电池堆的燃料处理单元，将 氧供给给燃料电池堆的氧供给单元，为燃料电池堆、燃料处理单元和氧供给单元执行启动、停止和电力产生操作的各种平衡设备和控制器，以及根据操作条 件选择系统电源和燃料电池堆之一作为电源并将来自所选择的电源的电力分配 给BOP和控制器的电力分配器。电力分配器包括用于选择性地开/关系统电源的第一继电器、用于将AC系统电力转换为DC电力的AC/DC转换器、用于根据 其前后端之间的电势差而选择性地切断电流供给的二极管、用于开/关燃料电池 堆的第二继电器、以及将堆电力转换为可用于平衡设备和控制器的DC电力的 DC/DC转换器。系统电力供给系统和堆电力供给系统在二极管和DC/DC转换 器的后端相互连接，以将来自系统电源和燃料电池堆之一的电力供给给平衡设 备和控制器。DC/DC转换器中转换的输出电压比AC/DC转换器中转换的输出电压高 0.2-0.5V。当二极管前端的输入电势小于二极管后端的输出电势时，二极管切断电流 供给。当二极管前端的输入电势等于或者大于二极管后端的输出电势时，二极 管允许电流从其流过。有益效果本专利技术的燃料电池系统能根据操作条件，选择系统电源和燃料电池堆之一， 作为产生用于BOP和控制器的电力的电源。燃料电池系统會嗵过在系统电力和 堆电力共存的状态下切换电源，稳定地将电力分配给BOP和控制器，而不产生 临时接触点间隙。附图说明图1是根据本专利技术典型实施例的燃料电池系统的示意图。 图2是图1中燃料电池系统的电力分配器的连接结构的示意图。 图3 ^出图1和2的燃料电池系统启动产生电力时，电力分配方法的流 程图。图4 ^出图1和2的燃料电池系统停止产生电力时，电力分配方法的流 程图。图5是现有技术jt料电池系统的电力分配器的连接结构的示意图。※图中主要元件的附图标记的描述※10:燃料电池堆 20:燃料处理单元30:氧供给单元 40:冷却单元50:系统电源 100、 200:电力分配器110、 120、 210、 220、 230:继电器130: 二极管具体实施例方式在下文中参考附图对本专利技术进行更全面的描述，其中示出本专利技术的典型实 施例。本领域的技术人员应知晓，肖g以各种不同的方式修改所描述的实施方式 而均不背离本专利技术的精神或范围。图1是根据本专利技术实施例的燃料电池系统的示意图。如图1所示，本典型实施例包括，燃料电池堆io，通过氢和氧之间的电化学反应产生DC电力；燃料处理单元20，将燃料转化为富氢转化气并将转化气 供给会合燃料电池堆10;氧供给单元30，将含氧的氧化剂供纟^^合燃料电池堆10，冷却单元40，用于吸收从燃料电池堆10产生的热；电力转换器，将在燃料电池堆10中产生的DC电力转换为AC电力；使用力AM料电池堆产生的电力的控制 器和多个BOP，用于启动、停止和维持系统的电力产生；以及电力分配器IOO， 将在燃料电池堆10中产生的电力分配给BOP。燃料电池系统进一步包括系统电 源50或子电源，例如电池，用以供给BOP的启动电力。在燃料电池堆10产生 电力后，系统电源50停止电力供给。具体的，本典型实施例的燃料电池系统的电力分配器100设计成，在选择 燃料电池堆10和系统电源50之一作为电源期间不产生接触点间隙，并且有效 地将电力分配给BOP。关于这一点，下文中将更详细地描述。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包含：　燃料电池堆，通过氢和氧之间的电化学反应产生电力；　燃料处理单元，将含氢的转化气供给给燃料电池堆；　氧供给单元，将氧供给给燃料电池堆；　各种平衡设备和控制器，为燃料电池堆、燃料处理单元和氧供给 单元执行启动、停止和电力产生操作；以及　电力分配器，根据操作条件选择燃料电池堆和系统电源之一作为电源，并将来自所选择的电源的电力分配给ＢＯＰ和控制器，　其中，作为系统电力供给系统的电力分配器，包括用于选择性地开／关系统电源的第一 继电器、用于将ＡＣ系统电力转换为ＤＣ电力的ＡＣ／ＤＣ转换器、以及用于根据其前后端之间的电势差而选择性地切断电流供给的二极管，　作为堆电力供给系统的电力分配器，包括用于开／关燃料电池堆的第二继电器、以及用于将堆电力转换为可用于平衡设备和 控制器的ＤＣ电力的ＤＣ／ＤＣ转换器，并且其中　系统电力供给系统和堆电力供给系统在二极管和ＤＣ／ＤＣ转换器的后端相互连接，以将来自系统电源和燃料电池堆之一的电力供给给平衡设备和控制器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘渡焕，李尚容，洪炳善，辛美男，
申请(专利权)人：燃料电池能量公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]