燃料电池发热量的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及燃料电池装置，特别地涉及包括多个燃料电池堆的燃料电池的发热量 的控制装置和燃料电池发热量的控制方法。
【背景技术】
[0002] 从燃料产生电和热的燃料电池通过将多个燃料电池堆（stack)进行连接来获得 更大的容量。燃料电池堆通过相互机械连接来接收燃料、空气以及热化学反应所需的附加 物等的供给，并且在所述燃料电池堆或者包括多个所述燃料电池堆的堆模块中，数十至数 百张的单位燃料电池叠层连接，以便获得期望的电力输出。
[0003] 然而，堆或堆模块分别具有相互不同的劣化速度的偏差的情况下，在所述堆或堆 模块中随着工作时间的经过而会发生堆或堆模块的性能的偏差，同时在由于一部分堆的非 正常劣化的加速而呈现低性能的情况下，各堆之间也会发生性能偏差。此外，也存在由于生 产的堆或堆模块之间的性能不均一而在工作初期就存在偏差的情况。
[0004] 而且，在发生如上所述的性能偏差时，发热量也会在堆或堆模块之间变得不同，从 而也会产生堆温度的偏差。此外，上述的堆或堆模块的构造通常如下所述地具有发热量小 的堆的温度比发热量大的堆的温度下降得更多的倾向，这最终带来堆或堆模块性能的进一 步变化。如果这种现象持续反复而经过一定时间点，则一部分堆或堆模块偏离出工作可能 的堆温度或堆电压等的工作限制条件而发生停机（shutdown)现象。
[0005] 将参照图la、图Ib和图2a、图2b来说明上述现象。
[0006] 图Ia是用于说明燃料电池堆并联连接的情况下的堆之间的劣化波及影响的示 图，图Ib是用于说明燃料电池堆并联连接的情况下的堆之间的劣化波及影响的堆电压和 堆电流的曲线图。本示例中呈现出不管堆的劣化而产生相同电力的工作模式。
[0007] 如图Ia和图Ib所示，在燃料电池堆并联电气连接的燃料电池系统（[1]的正常性 能）中，若一个堆由于冲击或外部环境而暂时劣化（[2]的状态2，1个劣化），则劣化堆在经 过一定时间之后从状态2变为状态3,工作点移动到状态3'的正常堆具有比劣化堆相对较 大的发热量。
[0008] 所述正常堆的发热量大于所述劣化堆的发热量的原因在于，尽管初始测得的正常 堆或劣化堆的开路电压（〇CV，Open Circuit Voltage)或能斯特电位（Nernst potential) 与当前测得的堆的电压之差的电压损失（△￥)相同，但正常堆的工作电流更大。如图Ib所 示，OCV标记为79V。
[0009] 具体地，参照图lb，正常堆和劣化堆分别处于当前状态3'和3([3]的一次波及）， 因而虽然电压损失（△￥)相同，但此时由于正常堆的工作电流大于劣化堆的工作电流（发 热量值=电压损失X当前工作电流），可以知道正常堆的发热量大于劣化堆的发热量。 [0010] 即，在当前状态3'和3中存在正常堆和劣化堆的情况下，正常堆的发热量为电压 损失（79-63 = 16V) X24A，劣化堆的发热量为16VX17A，从而正常堆的发热量变得大于劣 化堆的发热量。此时，由于劣化堆的发热量相对小于正常堆的发热量，劣化堆的温度相比于 状态2 (750°C )降低（状态3为730°C )。
[0011] 此后，为了降低过热的正常堆的发热量，包括堆或堆模块的燃料装置需要更多冷 却流体，与正常堆机械连接的劣化堆的温度由于冷却流体而进一步降低，劣化堆由于其温 度进一步降低而阻抗增加从而劣化堆的电压下降，最终发生电流相对集中于正常堆的现 象，并且电流相对集中现象发生直到获得与初始电力几乎相同的电力。由此，正常堆和劣 化堆之间的工作电流之差变得更大（在图Ia和图Ib中，从状态3'和3移动至状态4'和 4,在[4]二次波及）。此时，如图Ia所示，初始电力为65VX40A(20A+20A)，新的电力变为 60VX43A(15A+28A)。
[0012] 随着时间的经过，如果持续这种现象，则劣化堆的温度进一步降低，或者工作电压 减小至低于最小基准值，从而引起堆、堆模块和包括这些的燃料电池装置完全停机。
[0013] 图2a是用于说明燃料电池堆串联连接的情况下的堆之间的劣化波及影响的示 图，图2b是用于说明燃料电池堆串联连接的情况下的堆之间的劣化波及影响的堆电压和 堆电流的曲线图。本示例中呈现出不管堆的劣化而产生相同电力的工作模式。
[0014] 如图2a和图2b所示，在燃料电池堆串联连接的情况（[1]的正常性能）下，假设 一个堆由于冲击或外部环境而暂时劣化（[2]的状态2，1个劣化）。此时，由于暂时劣化的 劣化堆以串联连接，各个堆的电流相同，各个堆的电压取决于各堆的阻抗。
[0015] 参照图2a中[2]的状态和图2b，虽然正常堆和劣化堆的工作电流相同，但由于劣 化堆的电压损失（AV)大于正常堆的电压损失，可以知道劣化堆的发热量大于正常堆的发 热量。由于劣化堆的发热量变大，因此劣化堆的温度上升，为了降低过热的劣化堆的温度， 需要更多的冷却流体，与劣化堆机械连接的正常堆的温度由于冷却流体而降低，正常堆的 阻抗增加，从而正常堆的性能曲线下降（[3]的一次波及）。于是，为了获得相同的电力，进 一步增加工作电流，如果为了冷却由此伴随增加的发热量而增加冷却流体，则正常堆的温 度进一步降低，并且正常堆的性能曲线也下降（工作点从状态3'移动到状态4'）。
[0016] 随着时间的经过，如果持续这种现象，则正常堆的温度进一步降低，或者工作电压 减小至低于最小基准值，从而引起堆、堆模块和包括这些的燃料电池装置完全停机。
[0017] 为了解决这问题，需要一种燃料电池发热量的控制装置和一种燃料电池发热量的 控制方法，其在发生停机现象之前控制非正常的堆或堆模块的发热量，进一步使得用户为 了特定目的而任意地控制堆或堆模块的发热量。
【发明内容】
[0018] [要解决的技术问题]
[0019] 为了解决上述现有技术中的问题而作出本发明，本发明所要解决的技术问题是提 供一种燃料电池发热量的控制装置和一种燃料电池发热量的控制方法，其能够在将多个燃 料电池堆或燃料电池堆模块进行电气连接时，通过使多个燃料电池堆或燃料电池堆模块之 间的发热量偏差最小化，从而防止促进劣化、防止性能急速降低或者防止停机，使得堆或堆 模块稳定且有效地工作，同时能够使用户根据需要或任意地控制堆或堆模块的发热量，从 而获得符合用户便利的堆或堆模块。
[0020] [技术方案]
[0021] 根据为了解决上述技术问题的本发明的实施例，一种燃料电池发热量的控制装 置，所述燃料电池包括相互机械地连接来接收燃料和空气的供给的多个燃料电池堆，所述 控制装置包括：多个堆状态感测部，其分别感测所述多个燃料电池堆的状态；以及控制部， 其基于由所述多个堆状态感测部感测到的堆状态，若感测到发热量的值超出预先设定的发 热量临界值的范围的至少一个发热量调节对象堆，则形成至少一个包括感测到的至少一个 发热量调节对象堆的发热量调节对象堆部，并且将所述发热量调节对象堆部连接到至少两 个发热量调节部中的对应发热量调节部。
[0022] 所述控制部控制所述发热量调节部，从而使连接有所述发热量调节对象堆部的发 热量调节部执行调节，使得所述发热量调节对象堆部的发热量的值处于所述预先设定的发 热量临界值的范围内。
[0023] 所述燃料电池发热量的控制装置还包括转换（switching)部，所述转换部将所述 多个燃料电池堆中的至少一部分相互连接，以将所连接的燃料电池堆连接到至少两个发热 量调节部中的至少一个，所述转换部包括：燃料电池堆用转换部，通过燃料电池堆用转换部 的开闭操作，所述至少一个发热量调节对象堆形成为所述至少一个发热量调节对象堆部； 发热量调节部用转换部，其将所述至少一个发热量调节对象堆部连接到所述至少两个发热 量调节部中的对应发热量调节部。
[0024] 所述控制部基于所感测到的堆状态，若感测到所述发热量的值高于预先设定的发 热量临界值的范围的发热量调节对象堆，则形成至少一个包括感测到的至少一个发热量调 节对象堆的发热量调节对象堆部，将所述发热量调节对象堆部连接到所述至少两个发热量 调节部中的第一发热量调节部，并且通过所述控制部的第一控制信号来控制所连接的第一 发热量调节部，使得所述第一发热量调节部执行第一调节，以根据所述第一控制信号来将 所述发热量调节对象堆部的发热量的值降低至处于所述预先设定的发热量临界值的范围 内，或者所述控制部基于所感测到的堆状态，若感测到所述发热量的值低于预先设定的发 热量临界值的范围的发热量调节对象堆，则形成至少一个包括感测到的至少一个发热量调 节对象堆的发热量调节对象堆部，将所述发热量调节对象堆部连接到所述至少两个发热量 调节部中的第二发热量调节部，并且通过所述控制部的第二控制信号来控制所连接的第二 发热量调节部，使得所述第二发热量调节部执行第二调节，以根据所述第二控制信号来将 所述发热量调节对象堆部的发热量的值提高