利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置和控制方法
【专利摘要】本发明公开了利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置和控制方法。所述控制装置包括：将多个燃料电池堆中正常堆的输出供给至负载的主电力调节部；将多个燃料电池堆中的一个及以上的劣化堆的输出供给至负载的子电力调节部；改变每个燃料电池堆的输出连接对象的转换部；感测每个燃料电池堆的状态来控制转换部的控制部。能够使劣化堆的性能低下向正常堆的传播最小化，从而使整个燃料电池系统的寿命缩短和耐久性降低最小化，并另行对性能降低而劣化的燃料电池堆进行控制，以通过子电力调节部向子负载提供输出，从而高效地使用燃料电池系统，并且通过从燃料电池系统中分离出不能工作的堆，从而可以使整个燃料电池系统的寿命缩短和耐久性降低最小化。
【专利说明】利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统的控制装置和控制方法，特别地涉及利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置和控制方法。
【背景技术】
[0002]燃料电池堆(stack)是指为了获得期望的电力输出而将数十至数百张单位燃料电池叠层连接的构造。目前为了燃料电池系统的大容量化，须连接多个所述燃料电池堆。此时，多个堆是通过以串联、并联或串并联组合相互连接来使用，如果在相互连接的堆中至少一个堆发生问题而性能降低，则电流负载会集中于正常堆，从而存在对正常堆的寿命和耐久性产生致命影响的问题。
[0003]图1是用于说明劣化堆的性能低下传播至正常堆的示意图。在20A(安培)处具有50V (伏特)的工作电压的正常堆和在20A处具有40V的工作电压的劣化堆并联连接的状态下，如果加载40A的负载，则会发生电流集中于持久力相对较好的正常堆的现象。
[0004]如图1所示，正常堆在比40A/2 = 20A更大的负载22A、45V的区域中工作，发热量增大，从而其寿命缩短，劣化堆在较小的负载18A、45V的区域中工作。即，在将各堆并联连接的情况下，堆的电压相等，并且根据堆的电流-电压曲线发生电流偏重。因此，在将各堆并联连接的情况下，若存在劣化堆，则电流负载偏重至正常堆，从而对正常堆的寿命和耐久性产生致命影响。
[0005]下述的现有技术文献中记载的专利文献公开了一种具有可调节的燃料电池系统阵列的电源设备，其在燃料电池系统处于不良状态或发生故障的情况下，利用转换将相应燃料电池系统从电源母线解除连接，并且将其他燃料电池系统连接至电源母线，从而向负载提供稳定电力。然而，下述的专利文献仅公开了将不良的或发生故障的燃料电池系统解除连接，并且连接其他燃料电池系统，而没有公开另行对性能降低而劣化的燃料电池堆进行控制以将其作为子负载的电力供给源来使用。
[0006]因此，需要这样的燃料电池系统的控制装置和方法:其将发生劣化的燃料电池堆从主电力调节部中分离，以使一部分堆的性能低下向其他正常堆的传播最小化，从而使整个燃料电池系统的寿命缩短和耐久性降低最小化，并且另行对性能降低而劣化的燃料电池堆进行控制，以通过子(Sub)电力调节部(PCS:Power Condit1ning System)向子负载提供输出，从而高效地使用燃料电池系统。
[0007][现有技术文献]
[0008][专利文献]
[0009](专利文献I)日本专利申请公表号:特表2005-526363。
【发明内容】
[0010][技术问题]
[0011]为了解决现有技术中的上述问题而作出本发明，本发明所要解决的一个技术问题是提供一种利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置，其能够将发生劣化的燃料电池堆从主电力调节部中分离，以使一部分堆的性能低下向其他正常堆的传播最小化，从而使整个燃料电池系统的寿命缩短和耐久性降低最小化，并且另行对性能降低而劣化的燃料电池堆进行控制，以通过子(Sub)电力调节部(PCS:Power Condit1ning System)向子负载提供输出，从而高效地使用燃料电池系统。
[0012]本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种利用子电力调节部的燃料电池系统的控制方法，其能够将发生劣化的燃料电池堆从主电力调节部中分离，以使一部分堆的性能低下向其他正常堆的传播最小化，从而使整个燃料电池系统的寿命缩短和耐久性降低最小化，并且另行对性能降低而劣化的燃料电池堆进行控制，以通过子(Sub)电力调节部(PCS:Power Condit1ning System)向子负载提供输出，从而高效地使用燃料电池系统。
[0013][技术方案]
[0014]用于解决上述技术问题的根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置包括:
[0015]主电力调节部，其将多个燃料电池堆中的正常堆的输出供给至负载；
[0016]子电力调节部，其将所述多个燃料电池堆中的一个或一个以上劣化堆的输出供给至负载；
[0017]转换部，其改变所述多个燃料电池堆中的每一个堆的输出连接对象；以及
[0018]控制部，其感测所述多个燃料电池堆中的每一个堆的状态来控制所述转换部。
[0019]根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置还可以包括:堆状态感测部，其感测所述多个燃料电池堆的状态来将所述多个燃料电池堆的状态信息传达至所述控制部。
[0020]根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置中，所述控制部在从所传达的燃料电池堆的状态信息中感测到至少一个劣化堆的情况下，可以将所述至少一个劣化堆的输出从所述主电力调节部分离，以将该输出连接至所述子电力调节部。
[0021]此外，根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置中，所述控制部在从所传达的燃料电池堆的状态信息中感测到至少一个不能工作的堆的情况下，可以将所述至少一个不能工作的堆的输出从所述主电力调节部分离。
[0022]此外，根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置中，向所述主电力调节部提供输出的正常堆可以再构造为将所述至少一个劣化堆排除在外并且以串联、并联或串并联连接。
[0023]此外，根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置中，所述至少一个劣化堆可以再构造为串联连接。
[0024]此外，根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置中，所述转换部可以包括:
[0025]正电压转换部，其用于转换所述多个燃料电池堆中的每一个堆的正电压供给对象；
[0026]负电压转换部，其用于转换所述多个燃料电池堆中的每一个堆的负电压供给对象；以及
[0027]劣化堆连接转换部，其用于将所述劣化堆串联连接以向所述子电力调节部提供所述劣化堆的输出。
[0028]此外，根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置中，
[0029]当η为2或2以上的整数时，所述多个燃料电池堆包括η个堆，所述堆状态感测部包括η个分流器，并且第一至第η分流器的一端分别连接至第一至第η堆的阳极，
[0030]所述正电压转换部包括第一至第η正电压开关，所述负电压转换部包括第一至第η负电压开关，所述劣化堆连接转换部包括第一至第η劣化堆连接开关，
[0031]所述第一至第η正电压开关分别包括公共端和第一至第三端，所述第一至第η负电压开关分别包括公共端和第一至第三端，所述第一至第(η-1)劣化堆连接开关包括公共端和第一至第三端，所述第η劣化堆连接开关包括公共端、第一端和第二端，并且
[0032]所述第一至第η正电压开关、所述第一至第η负电压开关和所述第一至第(η_1)劣化堆连接开关根据所述控制部的控制信号来将各自的公共端连接至第一端至第三端中的一个端子，所述第η劣化堆连接开关根据所述控制部的控制信号来将公共端连接至第一端或第二端。
[0033]此外，根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置中，
[0034]所述第一至第η正电压开关的公共端分别连接至第一至第η分流器的另一端，所述第一至第η正电压开关的第一端连接至所述主电力调节部的正电压输入端，所述第一至第η正电压开关的第二端开路，
[0035]所述第一至第η负电压开关的公共端分别连接至第一至第η堆的阴极，所述第一至第η负电压开关的第一端连接至所述主电力调节部的负电压输入端，所述第一至第η负电压开关的第二端开路，并且
[0036]所述第一至第(η-l)劣化堆连接开关的公共端分别连接至第二至第η正电压开关的第三端，所述第一至第η劣化堆连接开关的第一端分别连接至第一至第η负电压开关的第三端，所述第二至第η劣化堆连接开关的第二端分别连接至所述第一至第(η-l)劣化堆连接开关的公共端，所述第一至第(η-l)劣化堆连接开关的第三端和所述第η劣化堆连接开关的公共端连接至所述子电力调节部的负电压输入端，所述第一劣化堆连接开关的第二端和所述第一正电压开关的第三端连接至所述子电力调节部的正电压输入端。
[0037]此外，根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置中，所述多个燃料电池堆可以以(nlXl)、(nlXn2)或(nlXn2Xn3)的阵列来排列，其中nl、η2和η3为2或2以上的整数。
[0038]此外，根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置中，所述多个燃料电池堆的阵列中的各堆可以以串联、并联或串并联连接。
[0039]此外，根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置中，
[0040]所述多个燃料电池堆构造为多个燃料电池堆模块，所述燃料电池堆模块由预定数的燃料电池堆构成，并且
[0041]所述控制部在感测所述燃料电池堆模块的状态的结果存在至少一个劣化堆模块的情况下，将所述至少一个劣化堆模块从所述主电力调节部分离。
[0042]此外，根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置中，所述控制部将所述至少一个劣化堆模块的输出连接至所述子电力调节部。
[0043]根据本发明实施例的燃料电池系统的控制方法包括步骤:
[0044]控制部从燃料电池堆的状态信息中判断出是否存在至少一个劣化堆或不能工作的堆；以及
[0045]在判断出存在至少一个劣化堆或不能工作的堆的情况下，对转换部进行控制来将所述至少一个劣化堆或不能工作的堆的输出从主电力调节部分离。
[0046]根据本发明实施例的燃料电池系统的控制方法中，所述控制部可以控制所述转换部来将所述至少一个劣化堆的输出连接至子电力调节部。
[0047]此外，根据本发明实施例的燃料电池系统的控制方法中，向所述主电力调节部提供输出的正常堆可以再构造为将所述至少一个劣化堆排除在外并且以串联、并联或串并联连接。
[0048]此外，根据本发明实施例的燃料电池系统的控制方法中，向所述子电力调节部提供输出的劣化堆可以以串联连接。
[0049]此外，根据本发明实施例的燃料电池系统的控制方法中，所述转换部包括:
[0050]正电压转换部，其用于转换所述多个燃料电池堆中的每一个堆的正电压供给对象；
[0051]负电压转换部，其用于转换所述多个燃料电池堆中的每一个堆的负电压供给对象；以及
[0052]劣化堆连接转换部，其用于将所述劣化堆串联连接以向所述子电力调节部提供所述劣化堆的输出。
[0053]此外，根据本发明实施例的燃料电池系统的控制方法中，
[0054]所述多个燃料电池堆构造为多个燃料电池堆模块，所述燃料电池堆模块由预定数的燃料电池堆构成，并且
[0055]所述控制部在感测所述燃料电池堆模块的状态的结果存在至少一个劣化堆模块的情况下，将所述至少一个劣化堆模块从所述主电力调节部分离。
[0056]此外，根据本发明实施例的燃料电池系统的控制方法中，所述控制部将所述至少一个劣化堆模块的输出连接至所述子电力调节部。
[0057]通过参照附图描述的以下详细说明，本发明的特征和优点将变得更加明显。
[0058]在此之前，应当理解的是，本说明书和权利要求书中所使用的术语或词语应当以一般含义来解释，而不应以词典中含义来解释，并且在基于发明人为了以最佳方法说明自己的发明而可以确切地定义术语的概念的原则下，所述术语或词语应当解释为符合本发明技术思想的含义和概念。
[0059][有益效果]
[0060]根据本发明，能够将发生劣化的燃料电池堆从主电力调节部中分离，以使一部分堆的性能低下向其他正常堆的传播最小化，从而使整个燃料电池系统的寿命缩短和耐久性降低最小化，并且另行对性能降低而劣化的燃料电池堆进行控制，以通过子(Sub)电力调节部(PCS)向子负载提供输出，从而高效地使用燃料电池系统。此外，通过从燃料电池系统中分离出不能工作的堆，从而可以使整个燃料电池系统的寿命缩短和耐久性降低最小化。
【专利附图】
【附图说明】
[0061]图1是用于说明劣化堆的性能低下向正常堆传播的示意图。
[0062]图2是示出根据本发明实施例的处于正常发电状态的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置的框图。
[0063]图3是示出根据本发明实施例的当存在劣化堆时处于发电状态的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置的框图。
[0064]图4是示出根据本发明实施例的当存在劣化堆和不能工作的堆时处于发电状态的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置的框图。
[0065]图5是示出根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0066]根据以下与附图相关联的详细说明和优选实施例，本发明的目的、特定优点和新颖特征将变得更加明显。
[0067]要注意的是，关于对每个附图的构成要素附加参考编号，相同的构成要素在示出的不同附图中具有相同的编号。
[0068]此外，使用的“第一”、“第二”等术语是为了将一个构成要素区别于另一个构成要素，而不是为了将构成要素限制于所述术语。
[0069]下文中，在说明本发明时将省略那些使本发明的要点不必要地模糊的相关公知技术。
[0070]下文中，将参照附图来详细描述本发明的优选实施例。
[0071]图2是示出根据本发明实施例的处于正常发电状态的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置的框图，图3是示出根据本发明实施例的当存在劣化堆时处于发电状态的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置的框图，图4是示出根据本发明实施例的当存在劣化堆和不能工作的堆时处于发电状态的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置的框图，图5是示出根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制方法的流程图。
[0072]下文中，将参照图2至图5来说明根据本发明的实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置和控制方法。
[0073]图2示出的根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置包括:主电力调节部200，其将第一至第六燃料电池堆STKl至STK6中的正常堆的输出供给至主负载；子电力调节部202，其将所述第一至第六燃料电池堆STKl至STK6中的一个或一个以上的劣化堆的输出供给至子负载；转换部206、208、210，其改变所述第一至第六燃料电池堆STKl至STK6中每一个堆的输出连接对象；控制部204，其感测所述第一至第六燃料电池堆STKl至STK6的状态，以控制所述转换部206、208、210 ；以及第一至第六分流器Rl至R6，其作为感测所述第一至第六燃料电池堆STKl至STK6的状态以将各堆的状态信息传达至所述控制部204的堆状态感测部，感测所述第一至第六燃料电池堆STKl至STK6中流过的电流。
[0074]所述转换部206、208、210包括:正电压转换部206，其用于转换所述第一至第六燃料电池堆STKl至STK6的正电压(positive voltage)的供给对象；负电压转换部208,其用于转换所述第一至第六燃料电池堆STKl至STK6的负电压(negative voltage)的供给对象；以及劣化堆连接转换部210，其用于将劣化堆串联连接以向所述子电力调节部202提供劣化堆的输出。
[0075]所述第一至第六分流器Rl至R6的一端分别连接至所述第一至第六燃料电池堆STKl至STK6的阳极。
[0076]所述正电压转换部206包括第一至第六正电压开关PSWl至PSW6，所述负电压转换部208包括第一至第六负电压开关NSWl至NSW6，所述劣化堆连接转换部210包括第一至第六劣化堆连接开关DSWl至DSW6。
[0077]所述第一至第六正电压开关PSWl至PSW6分别包括公共端P1_0至P6_0、第一端Pl_l至P6_l、第二端Pl_2至P6_2和第三端Pl_3至P6_3。
[0078]所述第一至第六负电压开关NSWl至NSW6分别包括公共端N1_0至N6_0、第一端Nl_l至N6_l、第二端Nl_2至N6_2和第三端Nl_3至N6_3。
[0079]所述第一至第五劣化堆连接开关DSWl至DSW5分别包括公共端D1_0至D5_0、第一端Dl_l至D5_l、第二端Dl_2至D5_2和第三端Dl_3至D5_3，所述第六劣化堆连接开关DSW6包括公共端D6_0、第一端D6_l和第二端D6_2。
[0080]所述第一至第六正电压开关PSWl至PSW6、所述第一至第六负电压开关NSWl至NSW6、所述第一至第五劣化堆连接开关DSWl至DSW5是根据控制信号将公共端电气连接至第一端至第三端中的一个端子的SPTT (单刀三掷)开关，所述第六劣化堆连接开关DSW6是将公共端电气连接至第一端或第二端的SPDT(单刀双掷)开关。然而，本发明的第一至第六正电压开关PSWl至PSW6、第一至第六负电压开关NSWl至NSW6、第一至第六劣化堆连接开关DSWl至DSW6不限于此，并且可包括执行相同功能的其他构成要素。
[0081]所述第一至第六正电压开关PSWl至PSW6、所述第一至第六负电压开关NSWl至NSW6、所述第一至第五劣化堆连接开关DSWl至DSW5分别根据所述控制部204的控制信号PCl至PC6、NC1至NC6、DC1至DC5来将各自的公共端连接至第一端至第三端中的一个端子，所述第六劣化堆连接开关DSW6根据所述控制部204的控制信号DC6来将公共端D6_0连接至第一端D6_l或第二端D6_2。
[0082]所述第一至第六正电压开关PSWl至PSW6的公共端P1_0至P6_0分别连接至第一至第六分流器Rl至R6的另一端，所述第一至第六正电压开关PSWl至PSW6的第一端Plj至P6_l连接至所述主电力调节部200的正电压输入端MPI，所述第一至第六正电压开关PSffl至PSW6的第二端Pl_2至P6_2开路。
[0083]所述第一至第六负电压开关NSWl至NSW6的公共端N1_0至N6_0分别连接至第一至第六堆STKl至STK6的阴极，所述第一至第六负电压开关NSWl至NSW6的第一端Nl_l至N6_l连接至所述主电力调节部200的负电压输入端MNI，所述第一至第六负电压开关NSWl至NSW6的第二端Nl_2至N6_2开路。
[0084]所述第一至第五劣化堆连接开关DSWl至DSW5的公共端D1_0至D5_0分别连接至第二至第六正电压开关PSW2至PSW6的第三端P2_3至P6_3，所述第一至第六劣化堆连接开关DSWl至DSW6的第一端Dl_l至D6_l分别连接至第一至第六负电压开关NSWl至NSW6的第三端Nl_3至N6_3。
[0085]所述第二至第六劣化堆连接开关DSW2至DSW6的第二端D2_2至D6_2分别连接至所述第一至第五劣化堆连接开关DSWl至DSW5的公共端D1_0至D5_0，所述第一至第五劣化堆连接开关DSWl至DSW5的第三端Dl_3至D5_3以及所述第六劣化堆连接开关DSW6的公共端D6_0连接至所述子电力调节部202的负电压输入端SNI，所述第一劣化堆连接开关DSffl的第二端Dl_2和第一正电压开关PSWl的第三端Pl_3连接至所述子电力调节部202的正电压输入端SPI。
[0086]上述的连接是指电气连接，但本发明不限于此。此外，图2所示的根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置控制第一至第六堆STKl至STK6的六个堆，但本发明不限于此，当η为2或2以上的整数时，可控制第一至第η堆STKl至STKn的η个堆(未示出)。此时，图2示出的转换部206、208、210的构造可扩张使得改变第一至第η堆STKl至STKn的输出连接对象。
[0087]S卩，所述正电压转换部206包括第一至第η正电压开关PSWl至PSWn，所述负电压转换部208包括第一至第η负电压开关NSWl至NSWn，所述劣化堆连接转换部210包括第一至第η劣化堆连接开关DSWl至DSWn，从而可以构造为改变第一至第η堆STKl至STKn的输出连接对象。
[0088]此外，可分别根据所述控制部204的控制信号PCl至PCn、NCl至NCn、DCl至DCn来控制第一至第η正电压开关PSWl至PSWn、第一至第η负电压开关NSWl至NSWn、第一至第η劣化堆连接开关DSWl至DSWn。
[0089]此外，当nl、n2和n3为2或2以上的整数时，图2所示的根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置可以控制以(nlXl)、(nlXn2)或(nlXn2Xn3)的阵列排列而以串联、并联或串并联连接的多个燃料电池堆中的每一个堆(未示出)。此时，图2示出的转换部206、208、210的构造可扩张使得对以串联、并联或串并联连接的(nlXl)个堆、(nlXn2)个堆或(nlXn2Xn3)个堆的输出连接对象进行控制。
[0090]此外，图2示出的根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置还可以包括:分别在第一至第六堆STKl至STK6与第一至第六负电压开关NSWl至NSW6之间串联连接的第Ib至第6b堆STKlb至STK6b(未示出)。
[0091]此外，尽管在图2中示出通过控制部204和转换部206、208、210来控制多个燃料电池堆中每一个堆的连接，但本发明不限于此，可将预定数的燃料电池堆构造为燃料电池堆模块，以将多个燃料电池堆构造为多个燃料电池堆模块，从而根据控制部204和转换部206,208,210来控制多个燃料电池堆模块中每一个堆模块的连接。在控制部204感测如上构造的多个燃料电池堆模块的状态，并存在至少一个劣化堆模块的情况下，从所述主电力调节部200中分离出至少一个劣化堆模块，以将其连接至所述子电力调节部202。S卩，控制部204将多个燃料电池堆构造为模块以控制模块之间的连接。
[0092]下文中将说明如上构造的根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制装置的操作。
[0093]仅存在[H常堆的情况下的操作
[0094]图2中，控制部204基于通过第一至第六分流器Rl至R6所获得的第一堆STKl至第六堆STK6中流过的电流来判断是否存在性能降低的劣化堆。
[0095]由于在图2中所有堆都正常工作，控制部204向转换部206、208、210输出控制信号PCl至PC6、NC1至NC6、DC1至DC6，以将第一堆STKl至第六堆STK6的输出并联连接，从而将第一堆STKl至第六堆STK6的输出供给至主电力调节部200。
[0096]存在劣化堆的情况下的操作
[0097]图3示出了存在劣化堆的情况下的操作，控制部204基于通过第一至第六分流器Rl至R6所获得的第一堆STKl至第六堆STK6中流过的电流来判断是否存在至少一个性能降低的劣化堆。图3中，由于通过第一堆STKl和第五堆STK5而流过的电流的大小小于正常状态的电流的大小或者堆之间的电流发生了偏差，控制部204将第一堆STKl和第五堆STK5判断为劣化堆。
[0098]控制部204控制第一正电压开关PSWl和第一负电压开关NSWl来将作为劣化堆的第一堆STKl从主电力调节部200分离，并控制第五正电压开关PSW5和第五负电压开关NSW5来将作为劣化堆的第五堆STK5从主电力调节部200分离，从而防止作为劣化堆的第一堆STKl和第五堆STK5的性能低下传播至作为正常堆的第二至第四堆STK2至STK4和第六堆 STK6。
[0099]上述的操作具体为，控制部204将适当的控制信号PCl施加至第一正电压开关PSffl来将第一正电压开关PSWl的公共端P1_0电气连接至第三端Pl_3。此外，控制部204将适当的控制信号NCl施加至第一负电压开关NSWl来将第一负电压开关NSWl的公共端N1_0电气连接至第三端Nl_3。
[0100]此外，控制部204将适当的控制信号PC5施加至第五正电压开关PSW5来将第五正电压开关PSW5的公共端P5_0电气连接至第三端P5_3。此外，控制部204将适当的控制信号NC5施加至第五负电压开关NSW5来将第五负电压开关NSW5的公共端N5_0电气连接至第三端N5_3。
[0101]因此，由于作为劣化堆的第一堆STKl和第五堆STK5从主电力调节部200的正电压输入端MPI分离，能够防止作为劣化堆的第一堆STKl和第五堆STK5的性能低下传播至作为正常堆的第二至第四堆STK2至STK4和第六堆STK6。
[0102]同时，控制部204控制第一至第六劣化堆连接开关DSWl至DSW6来将劣化的第一堆STKl和第五堆STK5串联连接，并将串联连接的劣化的第一堆STKl和第五堆STK5连接至子电力调节部202，从而将劣化的第一堆STKl和第五堆STK5的输出提供至子电力调节部202。
[0103]上述的操作具体为，控制部204将适当的控制信号DCl和DC5分别施加至第一和第五劣化堆连接开关DSWl和DSW5，来将第一和第五劣化堆连接开关DSWl和DSW5各自的公共端D1_0和D5_0分别电气连接至第一端Dl_l和D5_l。此外，控制部204将适当的控制信号DC2至DC4分别施加至第二至第四劣化堆连接开关DSW2至DSW4，来将第二至第四劣化堆连接开关DSW2至DSW4各自的公共端D2_0至D4_0分别连接至第二端D2_2至D4_2。此外，控制部204将适当的控制信号DC6施加至第六劣化堆连接开关DSW6，来将第六劣化堆连接开关DSW6的公共端D6_0电气连接至第二端D6_2。
[0104]因此，作为劣化堆的第一堆STKl和第五堆STK5与子电力调节部202串联连接。
[0105]如上所述，通过改变各堆的输出连接对象，主电力调节部200可以从并联连接的作为正常堆的第二至第四堆STK2至STK4和第六堆STK6正常地接收到电力，并且子电力调节部202可以从串联连接的劣化的第一堆STKl和第五堆STK5接收到电力。
[0106]此外，通过主电力调节部200将并联连接的作为正常堆的第二至第四堆STK2至STK4和第六堆STK6的输出用于使主负载212操作。
[0107]此外，通过子电力调节部202将串联连接的劣化的第一堆STKl和第五堆STK5的输出考虑电压而用于使如子负载214的部分负载操作。劣化的第一堆STKl和第五堆STK5串联连接，按一定的负载电流工作，而相互之间不受到由于性能降低引起的影响，从而使劣化速度尽可能降低。
[0108]存在劣化堆和不能工作的堆的情况下的操作
[0109]图4示出了劣化堆和不能工作的堆存在的情况下的操作，控制部204基于通过第一至第六分流器Rl至R6获得的第一堆STKl至第六堆STK6中流过的电流来判断是否存在至少一个性能降低的劣化堆或不能工作的堆。图4中，由于通过第一堆STKl和第四堆STK4而流过的电流的大小小于正常状态的电流的大小或者堆之间的电流发生了偏差，控制部204将第一堆STKl和第四堆STK4判断为劣化堆。此外，由于通过第五堆STK5而流过的电流的大小小于预定大小，控制部204将第五堆STK5判断为不能工作的堆。
[0110]控制部204控制第一正电压开关PSWl和第一负电压开关NSWl来将作为劣化堆的第一堆STKl从主电力调节部200分离，并控制第四正电压开关PSW4和第四负电压开关NSW4来将作为劣化堆的第四堆STK4从主电力调节部200分离，从而防止作为劣化堆的第一堆STKl和第四堆STK4的性能低下传播至作为正常堆的第二堆STK2、第三堆STK3和第六堆STK6。此外，控制部204控制第五正电压开关PSW5和第五负电压开关NSW5来将不能工作的堆STK5从主电力调节部200分离。
[0111]上述的操作具体为，控制部204将适当的控制信号PCl施加至第一正电压开关PSffl来将第一正电压开关PSWl的公共端P1_0电气连接至第三端Pl_3。此外，控制部204将适当的控制信号NCl施加至第一负电压开关NSWl来将第一负电压开关NSWl的公共端N1_0电气连接至第三端Nl_3。
[0112]此外，控制部204将适当的控制信号PC4施加至第四正电压开关PSW4来将第四正电压开关PSW4的公共端P4_0电气连接至第三端P4_3。此外，控制部204将适当的控制信号NC4施加至第四负电压开关NSW4来将第四负电压开关NSW4的公共端N4_0电气连接至第三端N4_3。
[0113]因此，由于作为劣化堆的第一堆STKl和第四堆STK4从主电力调节部200分离，能够防止作为劣化堆的第一堆STKl和第四堆STK4的性能低下传播至作为正常堆的第二、第三和第六堆STK2、STK3和STK6。
[0114]此外，控制部204将适当的控制信号PC5施加至第五正电压开关PSW5来将第五正电压开关PSW5的公共端P5_0电气连接至第二端P5_2。此外，控制部204将适当的控制信号NC5施加至第五负电压开关NSW5来将第五负电压开关NSW5的公共端N5_0电气连接至第二端N5_2。由于第五正电压开关PSW5的第二端P5_2和第五负电压开关NSW5的第二端N5_2不与任何其他构成要素连接并开路，作为不能工作的堆的第五堆STK5不仅从主电力调节部200被分离出，还从子电力调节部202被分离出。因此，能够防止作为不能工作的堆的第五堆STK5对整个燃料电池系统产生影响，使整个燃料电池系统的寿命缩短和耐久性降低最小化。
[0115]同时，控制部204控制第一至第六劣化堆连接开关DSWl至DSW6来将劣化的第一堆STKl和第四堆STK4串联连接，并将串联连接的劣化的第一堆STKl和第四堆STK4连接至子电力调节部202，从而将劣化的第一堆STKl和第四堆STK4的输出提供至子电力调节部
202。
[0116]上述的操作具体为，控制部204将适当的控制信号DCl和DC4分别施加至第一和第四劣化堆连接开关DSWl和DSW4，来将第一和第五劣化堆连接开关DSWl和DSW4各自的公共端D1_0和D4_0分别电气连接至第一端Dl_l和D4_l。
[0117]此外，控制部204将适当的控制信号DC2、DC3和DC5分别施加至第二、第三和第五劣化堆连接开关DSW2、DSW3和DSW5，来将第二、第三和第五劣化堆连接开关DSW2、DSW3和DSW5各自的公共端D2_0、D3_0和D5_0分别连接至第二端D2_2、D3_2和D5_2。
[0118]此外，控制部204将适当的控制信号DC6施加至第六劣化堆连接开关DSW6，来将第六劣化堆连接开关DSW6的公共端D6_0电气连接至第二端D6_2。
[0119]因此，作为劣化堆的第一堆STKl和第四堆STK4与子电力调节部202串联连接。
[0120]如上所述，通过改变各堆的输出连接对象，主电力调节部200可以从并联连接的作为正常堆的第二堆STK2、第三堆STK3和第六堆STK6正常地接收到电力，并且子电力调节部202可以从串联连接的劣化的第一堆STKl和第四堆STK4接收到电力。
[0121]此外，通过主电力调节部200将并联连接的作为正常堆的第二堆STK2、第三堆STK3第六堆STK6的输出用于使主负载212操作。
[0122]此外，通过子电力调节部202将串联连接的劣化的第一堆STKl和第四堆STK4的输出考虑电压而用于使如子负载214的部分负载操作。劣化的第一堆STKl和第四堆STK4串联连接，按一定的负载电流工作，而相互之间不受到由于性能降低引起的影响，从而使劣化速度尽可能降低。
[0123]利用子电力调节部的燃料电池系统的控制方法
[0124]图5是示出根据本发明实施例的利用子电力调节部的燃料电池系统的控制方法的流程图。
[0125]参照图5，在步骤S500，控制部204感测第一堆STKl至第六堆STK6的状态，即从第一堆STK1至第六堆STK6的状态信息中判断出是否存在至少一个劣化堆或不能工作的堆。
[0126]在步骤S500中判断出存在至少一个劣化堆的情况下，在步骤S502，控制部204控制转换部206、208、210来将至少一个劣化堆从主电力调节部200分离，并将至少一个劣化堆与子电力调节部202串联连接。
[0127]在步骤S500中判断出存在至少一个不能工作的堆的情况下，在步骤S504，控制部204控制转换部206、208、210来将至少一个不能工作的堆从主电力调节部200以及子电力调节部202中分离，并将其孤立。
[0128]因此，能够防止至少一个劣化堆和不能工作的堆对正常堆产生影响，从而使燃料电池系统的寿命缩短和耐久性降低最小化。此外，由于通过将劣化堆串联连接来向子电力调节部提供输出，能够高效地使用燃料电池系统。
[0129]根据适用例通过使用多种手段来具体实现本说明书中讨论的方法。例如，上述方法可具体实现为硬件、固件、软件或其任意组合形式。在硬件的实施例中，控制电路或控制部可以具体实现为一个及以上的专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子装置、设计为执行本说明书中讨论的功能的其他电子单元或其组合。
[0130]尽管以上通过具体实施例来说明了本发明，这旨在具体说明本发明，而不将本发明限制于此，对于本领域普通技术人员来说，本发明技术思想范围内的变型和改进是显而易见的。
[0131]本发明的简单变型和改变均属于本发明的范围，通过所附权利要求书的范围来限定本发明的具体保护范围。
[0132][符号说明]
[0133]200:主电力调节部
[0134]202:子电力调节部
[0135]204:控制部
[0136]206:正电压转换部
[0137]208:负电压转换部
[0138]210:劣化堆连接转换部
[0139]212:主负载
[0140]214:子负载
[0141]PSW1，...，PSW6:第一至第六正电压开关
[0142]NSW1，...，NSW6:第一至第六负电压开关
[0143]DSWl，...，DSW6:第一至第六劣化堆连接开关
[0144]STKl，...，STK6:第一至第六燃料电池堆
[0145]Rl,..., R6:第一至第六分流器。
【权利要求】
1.一种燃料电池系统的控制装置，包括: 主电力调节部，其将多个燃料电池堆中的正常堆的输出供给至负载； 子电力调节部，其将所述多个燃料电池堆中的一个或一个以上劣化堆的输出供给至负载； 转换部，其改变所述多个燃料电池堆中的每一个堆的输出连接对象；以及 控制部，其感测所述多个燃料电池堆中的每一个堆的状态来控制所述转换部。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制装置，还包括:堆状态感测部，其感测所述多个燃料电池堆的状态来将所述多个燃料电池堆的状态信息传达至所述控制部。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统的控制装置，其中 所述控制部在从所传达的燃料电池堆的状态信息中感测到至少一个劣化堆的情况下，将所述至少一个劣化堆的输出从所述主电力调节部分离，以将该输出连接至所述子电力调节部。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统的控制装置，其中 所述控制部在从所传达的燃料电池堆的状态信息中感测到至少一个不能工作的堆的情况下，将所述至少一个不能工作的堆的输出从所述主电力调节部分离。
5.根据权利要求3所述的燃料电池系统的控制装置，其中 向所述主电力调节部提供输出的正常堆再构造为将所述至少一个劣化堆排除在外并且以串联、并联或串并联连接。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的燃料电池系统的控制装置，其中所述至少一个劣化堆再构造为串联连接。
7.根据权利要求2所述的燃料电池系统的控制装置，其中 所述转换部包括: 正电压转换部，其用于转换所述多个燃料电池堆中的每一个堆的正电压供给对象； 负电压转换部，其用于转换所述多个燃料电池堆中的每一个堆的负电压供给对象；以及 劣化堆连接转换部，其用于将所述劣化堆串联连接以向所述子电力调节部提供所述劣化堆的输出。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统的控制装置，其中 当η为2或2以上的整数时，所述多个燃料电池堆包括η个堆，所述堆状态感测部包括η个分流器，并且第一至第η分流器的一端分别连接至第一至第η堆的阳极， 所述正电压转换部包括第一至第η正电压开关，所述负电压转换部包括第一至第η负电压开关，所述劣化堆连接转换部包括第一至第η劣化堆连接开关， 所述第一至第η正电压开关分别包括公共端和第一至第三端，所述第一至第η负电压开关分别包括公共端和第一至第三端，所述第一至第(η-1)劣化堆连接开关包括公共端和第一至第三端，所述第η劣化堆连接开关包括公共端、第一端和第二端，并且 所述第一至第η正电压开关、所述第一至第η负电压开关和所述第一至第(η-1)劣化堆连接开关根据所述控制部的控制信号来将各自的公共端连接至第一端至第三端中的一个端子，所述第η劣化堆连接开关根据所述控制部的控制信号来将公共端连接至第一端或A-Ap ~.上山弟一觸。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统的控制装置，其中 所述第一至第η正电压开关的公共端分别连接至第一至第η分流器的另一端，所述第一至第η正电压开关的第一端连接至所述主电力调节部的正电压输入端，所述第一至第η正电压开关的第二端开路， 所述第一至第η负电压开关的公共端分别连接至第一至第η堆的阴极，所述第一至第η负电压开关的第一端连接至所述主电力调节部的负电压输入端，所述第一至第η负电压开关的第二端开路，并且 所述第一至第(η-1)劣化堆连接开关的公共端分别连接至第二至第η正电压开关的第三端，所述第一至第η劣化堆连接开关的第一端分别连接至第一至第η负电压开关的第三端，所述第二至第η劣化堆连接开关的第二端分别连接至所述第一至第(η-1)劣化堆连接开关的公共端，所述第一至第(η-1)劣化堆连接开关的第三端和所述第η劣化堆连接开关的公共端连接至所述子电力调节部的负电压输入端，所述第一劣化堆连接开关的第二端和所述第一正电压开关的第三端连接至所述子电力调节部的正电压输入端。
10.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统的控制装置，其中所述多个燃料电池堆以nlXl、nlXn2或nlXn2Xn3的阵列来排列，nl、n2和η3为2或2以上的整数。
11.根据权利要求10所述的燃料电池系统的控制装置，其中所述多个燃料电池堆的阵列中的各堆以串联、并联或串并联连接。
12.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制装置，其中 所述多个燃料电池堆构造为多个燃料电池堆模块，所述燃料电池堆模块由预定数的燃料电池堆构成，并且 所述控制部在感测所述燃料电池堆模块的状态的结果存在至少一个劣化堆模块的情况下，将所述至少一个劣化堆模块从所述主电力调节部分离。
13.根据权利要求12所述的燃料电池系统的控制装置，其中 所述控制部将所述至少一个劣化堆模块的输出连接至所述子电力调节部。
14.一种燃料电池系统的控制方法，包括步骤: 控制部从燃料电池堆的状态信息中判断出是否存在至少一个劣化堆或不能工作的堆；以及 在判断出存在至少一个劣化堆或不能工作的堆的情况下，对转换部进行控制来将所述至少一个劣化堆或不能工作的堆的输出从主电力调节部分离。
15.根据权利要求14所述的燃料电池系统的控制方法，其中 所述控制部控制所述转换部来将所述至少一个劣化堆的输出连接至子电力调节部。
16.根据权利要求14所述的燃料电池系统的控制方法，其中 向所述主电力调节部提供输出的正常堆再构造为将所述至少一个劣化堆排除在外并且以串联、并联或串并联连接。
17.根据权利要求15所述的燃料电池系统的控制方法，其中 向所述子电力调节部提供输出的劣化堆以串联连接。
18.根据权利要求17所述的燃料电池系统的控制方法，其中 所述转换部包括: 正电压转换部，其用于转换所述多个燃料电池堆中的每一个堆的正电压供给对象； 负电压转换部，其用于转换所述多个燃料电池堆中的每一个堆的负电压供给对象；以及 劣化堆连接转换部，其用于将所述劣化堆串联连接以向所述子电力调节部提供所述劣化堆的输出。
19.根据权利要求14所述的燃料电池系统的控制方法，其中 所述多个燃料电池堆构造为多个燃料电池堆模块，所述燃料电池堆模块由预定数的燃料电池堆构成，并且 所述控制部在感测所述燃料电池堆模块的状态的结果存在至少一个劣化堆模块的情况下，将所述至少一个劣化堆模块从所述主电力调节部分离。
20.根据权利要求19所述的燃料电池系统的控制方法，其中 所述控制部将所述至少一个劣化堆模块的输出连接至所述子电力调节部。
【文档编号】H01M8/04GK104425832SQ201410183374
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】姜秉喜, 梁进植 申请人:Sk新技术株式会社