燃料电池堆连接控制装置及其控制方法
【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堆连接控 制装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 在数十千瓦（KW)至数兆瓦（MW)的中大型发电用固体氧化物燃料电池（S0FC : Solid Oxide Fuel Cell)装置中，连接多个小容量燃料电池堆（stack)来获得大容量。为 了获得期望的电力输出，在燃料电池堆中将数十至数百张的单位燃料电池叠层连接。
[0003] 在使用上述的燃料电池堆时，最近发生了如下的问题。
[0004] 在燃料电池堆以串联连接的情况下，若仅一个燃料电池堆存在缺陷也会发生停机 (shut down);在燃料电池堆以并联连接的情况下，若在一部分堆中发生劣化，则该影响会 波及到其他正常堆，因此，一般地，已使用了将燃料电池堆适当地串并联连接的燃料电池装 置。
[0005] 然而，在此情况下，由于随着时间的经过有时也会发生停机，因此该问题也变得突 出。
[0006] 另一个问题是，电力调节系统通过单一 DC-DC变换器来处理多个施加的输入电压 的能力。
[0007] 一般地，调节燃料电池堆的电力的电力调节系统（PCS :Power Conditioning System)包括单一 DC-DC变换器。所述DC-DC变换器对从燃料电池堆施加的输入电压（例 如，40至80V)进行处理。然而，所述输入电压的数越多，能够处理该多个输入电压的DC-DC 变换器的费用增加，DC-DC变换器的效率降低，例如直流电压的脉动率（纹波率）减小，从 而电力调节系统的整体效率也降低。
[0008] 图1是示出并联连接的燃料电池堆的电压输入到电力调节系统的变换器的框图。
[0009] 假设均具有60V电压的多个燃料电池堆210、220、230、240的电压由于外部或内部 的冲击而分别变为60V、59V、56V、55V。此时由于燃料电池堆并联连接，劣化现象如上所述 例如由于具有减小较多的56V和55V电压的燃料电池堆230、240而急剧扩散到其余燃料电 池堆210、220,最终不仅燃料电池堆的性能降低，由于将要处理的输入电压的数变多，DC-DC 变换器510的效率也降低，从而电力调节系统的效率和燃料电池装置10的性能显著降低。 这里，电力调节系统的效率可以表示为DC-DC变换器510的效率XDC-AC逆变器600的效 率。
[0010] 因此,需要如下的能够根本解决上述两种问题的应对方案。
[0011] 首先，相比于将燃料电池堆以串并联连接，需要这样一种技术：优先将具有相同或 类似的电压的燃料电池堆各自进行分组并且以并联连接，以减少燃料电池堆的劣化，从而 减少燃料电池堆的停机现象。其次，也切实需要这样一种技术：将输入到DC-DC变换器的多 个直流电压分割输入到至少两个DC-DC变换器，以有效地处理所输入的直流电压，从而提 高电力调节系统的效率。
【发明内容】
[0012] [要解决的技术问题]
[0013] 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 供一种燃料电池堆连接控制装置及其控制方法，其将燃料电池装置中具有相同或类似的电 压的燃料电池堆各自进行分组并且以并联连接，以减少燃料电池堆的劣化，从而减少燃料 电池堆的停机现象，同时将多个输入电压分割输入到至少两个DC-DC变换器，以有效地处 理所述输入电压，从而提高电力调节系统的效率。
[0014] [技术方案]
[0015] 根据为了解决上述技术问题的本发明的实施例，一种燃料电池堆连接控制装置， 其中包括达到η个的多个燃料电池堆和与所述多个燃料电池堆连接的电力调节部，所述控 制装置包括：存储器，其存储第一阈值、第二阈值和边界值，所述第一阈值用于开始所述燃 料电池堆连接控制装置的操作，所述第二阈值包括0至所述第一阈值，并且所述边界值用 于将所述第二阈值分为至少两个小范围；多个堆电压感测部，其分别感测所述多个燃料电 池堆的电压；以及控制部，其判断感测到的电压是否降低所述第一阈值或所述第一阈值以 上，在所述感测到的电压降低所述第一阈值或所述第一阈值以上时，对转换部的操作进行 控制，从而将具有分别与所述至少两个小范围相关联的电压的一个或一个以上的燃料电池 堆以每一组进行分组。
[0016] 在属于所述组的燃料电池堆为两个或两个以上的情况下，所述转换部将属于所述 组的燃料电池堆并联连接，并将所述组分别对应地连接到所述电力调节部中设置的DC-DC 变换器，并且所述DC-DC变换器在所述电力调节部中至少设置有两个。
[0017] 所述转换部设置在所述电力调节部内部。
[0018] 所述存储器设置在所述控制部内部。
[0019] 所述控制部利用所述边界值来将所述第二阈值实现为至少两个小范围。
[0020] 所述控制部判断所述感测到的电压是否降低所述第一阈值或所述第一阈值以上， 此时所述第一阈值小于或等于所述燃料电池堆的电压中具有最高电压的第一燃料电池堆 与具有最低电压的第η燃料电池堆之间的电压差，并且在所述控制部判断出所述电压差为 所述第一阈值或所述第一阈值以上的情况下，所述控制部确定所述燃料电池堆的最高电压 值，并从所确定的作为最高值的被减数值分别减去作为所述第一燃料电池堆至所述第η燃 料电池堆的电压值的减数值，以算出减算值。
[0021] 所述控制部控制所述转换部的操作，从而将具有决定分别属于所述至少两个小范 围的减算值的减数值的1个或1个以上的燃料电池堆以每一组进行分组。
[0022] 所述至少两个DC-DC变换器的个数取决于所分组的组的个数。
[0023] 所述电力调节部为电力调节系统PCS (Power Conditioning System)。
[0024] 所述控制部设置在所述电力调节部内部。
[0025] 根据为了解决上述技术问题的本发明的实施例，一种燃料电池堆连接控制方法， 其控制包括达到η个的多个燃料电池堆和与所述多个燃料电池堆连接的电力调节部的燃 料电池堆连接控制装置，所述控制方法包括步骤：a)控制部接收事先输入的第一阈值、第 二阈值和边界值，所述第一阈值用于开始所述燃料电池堆连接控制装置的操作，所述第二 阈值包括O至所述第一阈值，并且所述边界值用于将所述第二阈值分为至少两个小范围； b)所述控制部分别感测所述多个燃料电池堆的电压；以及C)所述控制部判断所感测到的 电压是否降低所述第一阈值或所述第一阈值以上，在所述感测到的电压降低所述第一阈值 或所述第一阈值以上时，所述控制部对转换部的操作进行控制，从而将具有分别与所述至 少两个小范围相关联的电压的一个或一个以上的燃料电池堆以每一组进行分组。
[0026] 在步骤c)中，所述分组的步骤还包括：连接步骤，其中在属于所述组的燃料电池 堆为两个或两个以上的情况下，所述控制部控制所述转换部的操作，从而将属于所述组的 燃料电池堆并联连接，并将所述组分别对应地连接到所述电力调节部中设置的DC-DC变换 器·
[0027] 所述DC-DC变换器在所述电力调节部中至少设置有两个。
[0028] 在步骤c)中，所述转换部设置在所述电力调节部内部。
[0029] 所述第一阈值、所述第二阈值和所述边界值存储在存储器中，所述存储器设置在 所述控制部内部。
[0030] 在步骤a)与步骤b)之间，所述燃料电池堆连接控制方法还包括步骤：所述控制部 利用所述边界值来将所述第二阈值实现为至少两个小范围。
[0031] 在步骤c)中，所述分组的步骤还包括：判断步骤，其中所述控制部判断所述感测 到的电压是否降低所述第一阈值或所述第一阈值以上，此时所述第一阈值小于或等于所述 燃料电池堆的电压中具有最高电压的第一燃料电池堆与具有最低电压的第η燃料电池堆 之间的电压差；以及算出步骤，其中在所述控制部判断出所述电压差为所述第一阈值或所 述第一阈值以上的情况下，所述控制部确定所述燃料电池堆的