固体氧化物燃料电池的输出功率调节方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种固体氧化物燃料电池的输出功率调节方法，利用单片机技术且依据电池输出功率情况，对电池燃料供给流量实行控制，以达到调节电池输出功率的目的。
【背景技术】
[0002]多年来人们一直在努力寻找既有较高能源利用效率又不污染环境的能源利用方式，而燃料电池就是比较理想的发电技术。燃料电池具有以下特点:1)能量转化效率高，它直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。燃料电池系统的燃料一电能转换效率在45%?60%，而火力发电和核电的转换效率在30%?40%。
2)负荷响应快，运行质量高，燃料电池可在短时间内从最低功率变换到额定功率。3)结构简单、运行平稳。燃料电池发动机的能量转换是在静态下完成，结构件构造简单，加工精度要求比内燃机低得多。
[0003]目前，燃料电池有多种基本类型，而S0FC则是其中燃料适应性最强的一种。本项目所涉及S0FC研究，其原理是将燃料(包括CH4、C2H6、C3Hs、CA。等)碳氢化合物经重整产生一氧化碳C0和比，在电池阳极产生电子，电子通过外部负载到达阴极；空气中的氧气在阴极产生氧离子穿过电解质到达阳极。本项目研究所涉及的S0FC就是以燃料、空气、水蒸气通过电堆，产生电、水、二氧化碳。
[0004]燃料重整:
1、水蒸气重整
CH4 + H20 = CO + 3? 热吸收 200KJ/mol CH4 + 2H20 = C02+4H2 热吸收 160KJ/mol
2、氧化反应
完全氧化反应
CH4 + 202 = C02 + 2H20 放出热 800 KJ/mol 部分氧化反应
CH4+ 02 = C02 + 2? 放出热 330 KJ/mol CH4+ 1/20z = CO + 2? 放出热 40 KJ/mol 过低的氧化反应，将产生结碳，
2C0 = C + C02热吸收 180KJ/mol
CH4=C + 2H2放出热 80 KJ/mol
由此可见:1、合理控制水蒸气，可以极大重整出⑶和凡，有助于电能产生。2、合理控制空气量，使其达到部分氧化反应效果，可以产生适量的C0和H2，有助于电能产生，与此同时，其释放的热能正好完全被水蒸气重整反应所吸收。3、最大程度避免过低氧化反应现象产生。其原因在于，一是它会降低重整运行温度，影响重整效果；二是产生结碳而导致电池性能明显地下降。4、调节空气流量，控制重整室内温度在650°C?950°C的范围，实现最佳重整。
[0005]目前，SOFC电池技术未对电池工作状态进行控制，燃料气体、空气、水蒸气供给量仅按照经验设定值固定输入，无论负载大小，燃料电池始终保持额定值发电，造成不必要的浪费。
[0006]负载不工作时，电池或停止发电，重启发电时需长时间的启动工程，或电池持续保持发电状态，浪费电能。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种固体氧化物燃料电池的输出功率调节方法，其能依据负载变化调节燃料供给达到调节电池输出功率的目的，依据温度变化调节燃料供给达到合理的工作状，调节燃料、空气及水蒸气量，满足S0FC工作条，根据负载需求调节电池发电量，有助于减少不必要燃料使用量，延长燃料有效使用周期，提高燃料利用率，降低运行成本。
[0008]为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种固体氧化物燃料电池的输出功率调节方法，包括固体氧化物燃料电池及控制单元，其特征在于:
所述固体氧化物燃料电池包括燃烧处理腔、燃气通道及S0FC电堆，其中所述燃烧处理腔包括贮气室、燃料室及重整室，所述贮气室、燃料室及重整室依次串联联通，在贮气室与燃料室之间设有第一透气隔板，在燃料室与重整室之间设有第二透气隔板，所述燃气通道的入气口与重整室的出气口联通，燃气通道的出气口与S0FC电堆的入气口联通；根据燃料的不同，燃烧室与重整室的燃气的比例设定为B1，其范围为1:3±5%至1:8±5% ;在燃烧室中的空气与燃气的设定的比例为B2，其范围在2.8 土 10%至7.5 土 10% ;在重整室中水蒸气与燃气的设定的比例为B3，其范围为2.5 ±10%至10 ±10% ；
所述控制单元包括第一至第三比较器、MCU控制单元、输入键盘、报警器、智能手机APP、时钟发生器、LED显不器、开关信号、数模转换器、驱动模块、输出功率米样器、负载运行变量采样器、燃气流量采样器、温度传感器及流量控制阀；其中所述温度传感器安装在重整室内感应重整室内的温度；所述流量控制阀包括第一至第四电磁阀，所述第一电磁阀安装在贮气室的燃气进气管上，所述第二电磁阀安装在燃烧室的空气进气管上，所述第三电磁阀安装在重整室的燃气进气管上，所述第四电磁阀安装在重整室的蒸气进气管上；S0FC电堆运行参数信息通过MCU控制单元串行接口实时发送到智能手机APP及LED显示器显示；其输出功率调节方法的步骤如下:
步骤一
通过输入键盘将各个初始数据录入MCU控制单元，同时开启第一电磁阀及第三电磁阀，MCU控制单元分别对第一电磁阀及第三电磁阀的输出流量进行控制，通过控制第一电磁阀及第三电磁阀使燃烧室与重整室的燃料供给比例达到比例B1，燃烧室开始对重整室加热，控制第二电磁阀的输出流量，使燃烧室内的空气与燃气的比例达到B2，使燃烧室内有更多的C02、(A、H2渗透进入重整室内；
步骤二
当温度传感器感应到重整室内的温度升至650°C时，第三比较器将温度传感器感应到重整室内的温度与MCU控制单元输出的重整信号进行比较，此时MCU控制单元向开关信号输出重整信号，重整室工作启动，第四流量控制阀开启，使重整室中的水蒸气与燃气的设定的比例达到B3，在重整室内将燃烧室流入的(^、(^、知更多的转化为CO和H2，重整室(10)内的C0和比通过燃气通道向SOFC电堆提供发电所需的C0和Η 2，SOFC电堆发电产生输出的电功率输送给电负载；
步骤三
所述输出功率采样器采样SOFC电堆的输出功率，所述负载运行变量采样器采样负载所需功率，所述输出功率采样器采样SOFC电堆的输出功率，所述第二比较器分别接收到输出功率采样器采样SOFC电堆的输出功率及负载运行变量采样器采样负载所需功率，经第二比较器比较的结果输送至MCU控制单元，MCU控制单元将差异结果转换成为控制参数通过数模转换器及驱动模块至流量控制阀，流量控制阀分别调整第一至第四电磁阀的输出量，以达到调整电堆输出功率为负载实际所需；
如输出功率低于负载所需实际功率时，输出功率采样器与负载运行变量采样器感应到的负载所需实际功率经第二比较器比较产生一个负偏离值，该数值送至MCU控制单元，经分析转换为偏离控制增量，依照比例Β1、比例Β2及比例Β3的比例关系，计算调增燃料供给变量，MCU控制单元将所计算的燃料供给变量依次通过数模转换器及驱动模块后输入至流量控制阀，以改变重整室的燃气供给量及水蒸气供给量、燃烧室的空气供给量及贮气室的燃气进气量；