燃料電池堆連接控制裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及燃料電池裝置，特別地涉及包括多個燃料電池堆的燃料電池堆連接控 制裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 在數十千瓦（KW)至數兆瓦（MW)的中大型發電用固體氧化物燃料電池（S0FC : Solid Oxide Fuel Cell)裝置中，連接多個小容量燃料電池堆（stack)來獲得大容量。為 了獲得期望的電力輸出，在燃料電池堆中將數十至數百張的單位燃料電池疊層連接。
[0003] 在使用上述的燃料電池堆時，最近發生了如下的問題。
[0004] 在燃料電池堆以串聯連接的情況下，若僅一個燃料電池堆存在缺陷也會發生停機 (shut down);在燃料電池堆以并聯連接的情況下，若在一部分堆中發生劣化，則該影響會 波及到其他正常堆，因此，一般地，已使用了將燃料電池堆適當地串并聯連接的燃料電池裝 置。
[0005] 然而，在此情況下，由于隨著時間的經過有時也會發生停機，因此該問題也變得突 出。
[0006] 另一個問題是，電力調節系統通過單一 DC-DC變換器來處理多個施加的輸入電壓 的能力。
[0007] 一般地，調節燃料電池堆的電力的電力調節系統（PCS :Power Conditioning System)包括單一 DC-DC變換器。所述DC-DC變換器對從燃料電池堆施加的輸入電壓（例 如，40至80V)進行處理。然而，所述輸入電壓的數越多，能夠處理該多個輸入電壓的DC-DC 變換器的費用增加，DC-DC變換器的效率降低，例如直流電壓的脈動率（紋波率）減小，從 而電力調節系統的整體效率也降低。
[0008] 圖1是示出并聯連接的燃料電池堆的電壓輸入到電力調節系統的變換器的框圖。
[0009] 假設均具有60V電壓的多個燃料電池堆210、220、230、240的電壓由于外部或內部 的沖擊而分別變為60V、59V、56V、55V。此時由于燃料電池堆并聯連接，劣化現象如上所述 例如由于具有減小較多的56V和55V電壓的燃料電池堆230、240而急劇擴散到其余燃料電 池堆210、220,最終不僅燃料電池堆的性能降低，由于將要處理的輸入電壓的數變多，DC-DC 變換器510的效率也降低，從而電力調節系統的效率和燃料電池裝置10的性能顯著降低。 這里，電力調節系統的效率可以表示為DC-DC變換器510的效率XDC-AC逆變器600的效 率。
[0010] 因此,需要如下的能夠根本解決上述兩種問題的應對方案。
[0011] 首先，相比于將燃料電池堆以串并聯連接，需要這樣一種技術：優先將具有相同或 類似的電壓的燃料電池堆各自進行分組并且以并聯連接，以減少燃料電池堆的劣化，從而 減少燃料電池堆的停機現象。其次，也切實需要這樣一種技術：將輸入到DC-DC變換器的多 個直流電壓分割輸入到至少兩個DC-DC變換器，以有效地處理所輸入的直流電壓，從而提 高電力調節系統的效率。

【發明內容】

[0012] [要解決的技術問題]
[0013] 為了解決上述現有技術中的問題而作出本發明，本發明所要解決的技術問題是提 供一種燃料電池堆連接控制裝置及其控制方法，其將燃料電池裝置中具有相同或類似的電 壓的燃料電池堆各自進行分組并且以并聯連接，以減少燃料電池堆的劣化，從而減少燃料 電池堆的停機現象，同時將多個輸入電壓分割輸入到至少兩個DC-DC變換器，以有效地處 理所述輸入電壓，從而提高電力調節系統的效率。
[0014] [技術方案]
[0015] 根據為了解決上述技術問題的本發明的實施例，一種燃料電池堆連接控制裝置， 其中包括達到η個的多個燃料電池堆和與所述多個燃料電池堆連接的電力調節部，所述控 制裝置包括：存儲器，其存儲第一閾值、第二閾值和邊界值，所述第一閾值用于開始所述燃 料電池堆連接控制裝置的操作，所述第二閾值包括0至所述第一閾值，并且所述邊界值用 于將所述第二閾值分為至少兩個小范圍；多個堆電壓感測部，其分別感測所述多個燃料電 池堆的電壓；以及控制部，其判斷感測到的電壓是否降低所述第一閾值或所述第一閾值以 上，在所述感測到的電壓降低所述第一閾值或所述第一閾值以上時，對轉換部的操作進行 控制，從而將具有分別與所述至少兩個小范圍相關聯的電壓的一個或一個以上的燃料電池 堆以每一組進行分組。
[0016] 在屬于所述組的燃料電池堆為兩個或兩個以上的情況下，所述轉換部將屬于所述 組的燃料電池堆并聯連接，并將所述組分別對應地連接到所述電力調節部中設置的DC-DC 變換器，并且所述DC-DC變換器在所述電力調節部中至少設置有兩個。
[0017] 所述轉換部設置在所述電力調節部內部。
[0018] 所述存儲器設置在所述控制部內部。
[0019] 所述控制部利用所述邊界值來將所述第二閾值實現為至少兩個小范圍。
[0020] 所述控制部判斷所述感測到的電壓是否降低所述第一閾值或所述第一閾值以上， 此時所述第一閾值小于或等于所述燃料電池堆的電壓中具有最高電壓的第一燃料電池堆 與具有最低電壓的第η燃料電池堆之間的電壓差，并且在所述控制部判斷出所述電壓差為 所述第一閾值或所述第一閾值以上的情況下，所述控制部確定所述燃料電池堆的最高電壓 值，并從所確定的作為最高值的被減數值分別減去作為所述第一燃料電池堆至所述第η燃 料電池堆的電壓值的減數值，以算出減算值。
[0021] 所述控制部控制所述轉換部的操作，從而將具有決定分別屬于所述至少兩個小范 圍的減算值的減數值的1個或1個以上的燃料電池堆以每一組進行分組。
[0022] 所述至少兩個DC-DC變換器的個數取決于所分組的組的個數。
[0023] 所述電力調節部為電力調節系統PCS (Power Conditioning System)。
[0024] 所述控制部設置在所述電力調節部內部。
[0025] 根據為了解決上述技術問題的本發明的實施例，一種燃料電池堆連接控制方法， 其控制包括達到η個的多個燃料電池堆和與所述多個燃料電池堆連接的電力調節部的燃 料電池堆連接控制裝置，所述控制方法包括步驟：a)控制部接收事先輸入的第一閾值、第 二閾值和邊界值，所述第一閾值用于開始所述燃料電池堆連接控制裝置的操作，所述第二 閾值包括O至所述第一閾值，并且所述邊界值用于將所述第二閾值分為至少兩個小范圍； b)所述控制部分別感測所述多個燃料電池堆的電壓；以及C)所述控制部判斷所感測到的 電壓是否降低所述第一閾值或所述第一閾值以上，在所述感測到的電壓降低所述第一閾值 或所述第一閾值以上時，所述控制部對轉換部的操作進行控制，從而將具有分別與所述至 少兩個小范圍相關聯的電壓的一個或一個以上的燃料電池堆以每一組進行分組。
[0026] 在步驟c)中，所述分組的步驟還包括：連接步驟，其中在屬于所述組的燃料電池 堆為兩個或兩個以上的情況下，所述控制部控制所述轉換部的操作，從而將屬于所述組的 燃料電池堆并聯連接，并將所述組分別對應地連接到所述電力調節部中設置的DC-DC變換 器·
[0027] 所述DC-DC變換器在所述電力調節部中至少設置有兩個。
[0028] 在步驟c)中，所述轉換部設置在所述電力調節部內部。
[0029] 所述第一閾值、所述第二閾值和所述邊界值存儲在存儲器中，所述存儲器設置在 所述控制部內部。
[0030] 在步驟a)與步驟b)之間，所述燃料電池堆連接控制方法還包括步驟：所述控制部 利用所述邊界值來將所述第二閾值實現為至少兩個小范圍。
[0031] 在步驟c)中，所述分組的步驟還包括：判斷步驟，其中所述控制部判斷所述感測 到的電壓是否降低所述第一閾值或所述第一閾值以上，此時所述第一閾值小于或等于所述 燃料電池堆的電壓中具有最高電壓的第一燃料電池堆與具有最低電壓的第η燃料電池堆 之間的電壓差；以及算出步驟，其中在所述控制部判斷出所述電壓差為所述第一閾值或所 述第一閾值以上的情況下，所述控制部確定所述燃料電池堆的