专利名称：并网燃料电池系统和使用该系统的负载的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种并网燃料电池系统以及使用该系统的负载，该系统不仅输
出AC电，而且输出DC电。
背景技术：
燃料电池系统是将通过燃料的氧化所产生的化学能转化成电能的设 备。并网(grid connected)或市电连接型燃料电池系统是燃料电池系统， 其输出连接到电力系统。
韩国专利申请公开文件第2005-0072328号说明了传统的并网燃料电 池系统，所述系统包括供氧装置、燃料供给装置、燃料电池、功率变流器、 控制电源、以及系统电源。燃料电池使通过供氧装置供给的氧与通过燃料 供给装置供给的燃料气发生反应，以产生DC电流。功率变流器将通过燃 料电池产生的DC电流转换为AC电流，并将AC电流供给到负载。控制电源 将功率供给到供氧装置和燃料供给装置。系统电源将商业功率供给到负 载。
在传统的燃料电池系统中，负载由功率变流器将通过燃料电池产生的 DC电流转换的AC电流驱动。
然而，由于传统的并网燃料电池系统只输出AC电流，所以，使用DC 电流的DC负载需要将AC电流转换回DC电流。此过程造成诸如成本增加和 功率消耗增加的许多问题。
也就是说，DC负载需要包括将AC电流转换为DC电流的整流器，其 增加了制造成本。在DC负载中使用整流器也造成高的谐波，该谐波会减 少功率因数并造成集肤效应，从而降低功率传递效率。
此外，由于两个转换过程的因素会出现较大的功率损失，其中第一过程将通过燃料电池产生的DC电流转换成AC电流，而第二过程在DC负载处 将AC电流整流回DC电流。发明内容因此，本发明的一个方面是提供一种并网燃料电池系统以及使用该系 统的负载，所述系统不但输出AC电，而且输出DC电。本发明的其它方面和/或优点将在以下的说明中部分阐述，并且将从 所述说明中部分地清楚呈现，或可在对本发明的实践中获悉。本发明的前述和/或其它方面还通过提供一种并网燃料电池系统实现， 所述并网燃料电池系统包括燃料电池，所述燃料电池由氧与燃料反应产生 DC电；逆变器，所述逆变器将通过燃料电池产生的DC电转换为AC电； DC输出终端，所述DC输出终端输出DC电；以及AC输出终端，所述 AC输出终端输出AC电，AC输出终端连接到电系统。并网燃料电池系统还包括变流器，以将通过燃料电池产生的DC电转 换为具有不同电压的DC电，然后将转换的DC电提供到逆变器，其中DC 输出终端连接到变流器的输出终端，并输出通过变流器转换的DC电。本发明的前述和/或其它方面还通过提供一种使用并网燃料电池系统 的负载实现，其中所述并网燃料电池系统通过氧与燃料反应产生DC电， 并将产生的DC电转换为AC电，并且具有用以输出DC电的DC输出终 端、和用以输出AC电的AC输出终端，所述AC输出终端连接到电系统， 所述负载包括DC负载，所述DC负载连接到DC输出终端，所述DC 负载不包括整流器；以及AC负载，所述AC负载连接到AC输出终端。DC负载可以包括逆变器电动机或开关模式电源(SMPS)型DC负载。并网燃料电池系统将DC电转换为具有不同电压的DC电，然后将转 换的DC电转换为AC电，而DC输出终端输出转换的DC电。
将从以下的实施例的说明中，参照附图使本发明的典型实施例的这些 和/或其它方面和优点变得更显而易见并更易于理解，其中图为根据本发明实施例的并网燃料电池系统和使用该系统的负载的方框图。
具体实施方式
现在将对本发明的典型实施例进行详细地说明，本发明的实例在附图 中说明。以下将通过参照附图描述实施例以说明本发明。如图所示，根据本发明实施例的并网燃料电池系统和使用该系统的负载包括使燃料与氧反应以产生电的燃料电池系统10、连接到燃料电池系统 10的DC负载20和AC负载30、以及连接到燃料电池系统10和AC负载 30的电系统40。燃料电池系统IO包括供氧装置11、燃料供给装置12、转化器13、燃 料电池14、 DC/DC变流器15、 DC/AC变流器(或逆变器)16、 DC输出 终端17、以及AC输出终端18。供氧装置11将氧供给到燃料电池14，并 且燃料供给装置12将燃料供给到转化器13。该燃料可以是诸如天然气或 甲烷的气态燃料、或诸如甲醇或联氨的液态燃料。转化器13通过加热燃料产生氢，并将氢提供给燃料电池14。由于这 种方式已被广泛熟知，所以，在此忽略转化器13的反应机理的具体说明 (见，例如韩国专利申请公开文件第2003 — 0072908号)。燃料电池14包括多个干电池(堆)(未示出)。每个干电池都包括包含 电解液的电解液膜(未示出)、空气电极(阴极)(未示出)、以及燃料 电极(阳极)(未示出)。当氢供给到燃料电极时被分成氢离子和电子。 氢离子通过电解液膜移动到空气电极，而电子通过外部电路移动到空气电 极。在空气电极中，供给到空气电极的氧与氢离子反应以形成水。因此， 干电池通过氧与氢反应产生DC电，并且由于该反应产生热。DC/DC变流器15放大并将通过燃料电池14产生的DC电提供给 DC/AC变流器16。由于从燃料电池14输出的DC电具有低压，并且变化 的范围很广，所以，DC/DC变流器15用于获得稳定的高压。DC/AC变流 器16将通过DC/DC变流器15放大的DC电转换成AC电。连接到DC/DC变流器15的输出终端的DC输出终端17输出通过 DC/DC变流器15放大的DC电。作为DC/AC变流器16的输出终端的AC 输出终端18连接到电系统40。DC负载20是使用DC电的负载。DC负载20的典型实例包括逆变器 电动机21和开关模式电源(SMPS)型DC负载22。传统的逆变器电动机 使用具有特定频率的、逆变器转换DC电而获得的AC电，其中整流器通 过整流由电系统40或燃料电池系统10供给的AC电而产生DC电。然而，根据本发明的逆变器电动机21不包括整流AC电的整流器， 取而代之的是连接到燃料电池系统10的DC输出终端17，以从燃料电池 系统IO直接接收DC电。传统的SMPS型DC负载包括具有整流器和DC负载的SMPS。传统 的SMPS型DC负载通过DC电驱动，通过整流器整流通过电系统40或 燃料电池系统10供给的AC电而产生DC电。然而，与上述逆变器电动机21相同，SMPS型DC负载22中的SMPS24 不包括整流器，取而代之的是连接到燃料电池系统10的DC输出终端17， 以从燃料电池系统10直接接收DC电。DC电从SMPS24传递到DC负载 23，而不经过整流过程。通过AC电驱动的AC负载30连接到AC输出终端18。 AC负载30 接收来自燃料电池系统10的AC电，并且如果仅从燃料电池系统10接收 的AC电不足以驱动AC负载30，则另外从电系统40接收AC负载30所 短缺的AC电量的AC电。以下将具体说明根据本发明实施例的并网燃料电池系统和负载如何 操作。燃料供给装置12将燃料供给到转化器13。然后，转化器13从燃 料中提取出氢，并将其提供给燃料电池14。燃料电池14使氢与通过供氧 装置11的供给的氧反应，以产生DC电并将DC电提供给DC/DC变流器 15。DC/DC变流器15放大并将DC电提供至DC/AC变流器16。由于DC 输出终端17连接到DC/DC变流器15的输出终端，所以，DC输出终端 17输出通过DC/DC变流器15放大的DC电。输出的DC电提供至逆变器 电动机21和SMPS型DC负载22，以驱动逆变器电动机21和SMPS型 DC负载22。DC/AC变流器16将DC电转换成AC电，并将AC电输出到AC输 出终端18。因此，AC电被提供至连接到AC输出终端18的AC负载30，并且AC负载30通过AC电驱动。由于燃料电池系统IO、 AC负载30、 以及电系统40彼此连接，所以，如果仅从燃料电池系统10不足以驱动 AC负载30，则电系统40将AC负载30所短缺的AC电量的AC电供给 至AC负载30。另一方面，当从燃料电池系统输出的AC电用于驱动AC 负载30后，如果还有剩余，则剩余的AC电被提供至电系统40。从以上说明可以看出，根据本发明的并网燃料电池系统具有DC输出 终端，使得功率被供给到DC负载而不需要相关的技术中的在AC电和DC 电之间进行的两个转换过程，从而降低由于转换过程所造成的功率损失。此外，根据本发明，由于DC负载不进行整流过程，所以，减少了谐 波的出现，且DC负载不需要包括整流器，从而降低DC负载的制造成本。尽管已经示出并说明了本发明的实施例，然而本领域普通技术人员将 认识到的是，在不背离本发明的原理和精神的情况下可以对此实施例进行 变更，本发明的范围由权利要求及其等效形式所限定。
权利要求
1.一种并网燃料电池系统，所述并网燃料电池系统包括燃料电池，所述燃料电池通过氧与燃料反应产生DC电；逆变器，所述逆变器将通过燃料电池产生的DC电转换为AC电；DC输出终端，所述DC输出终端输出DC电；以及AC输出终端，所述AC输出终端输出AC电，所述AC输出终端连接到电系统。
2. 根据权利要求l所述的并网燃料电池系统，还包括变流器，所述变流器将通过燃料电池产生的DC电转换为具有不同电 压的DC电，然后将转换的DC电提供到所述逆变器，其中所述DC输出终端连接到变流器的输出终端，并输出通过变流器 转换的DC电。
3. —种使用并网燃料电池系统的负载，其中所述并网燃料电池系统通 过氧与燃料反应产生DC电，并将产生的DC电转换为AC电，并且具有 用以输出DC电的DC输出终端、和用以输出AC电的AC输出终端，所 述AC输出终端连接到电系统，所述负载包括DC负载，所述DC负载连接到DC输出终端，所述DC负载不包括整 流器；以及AC负载，所述AC负载连接到AC输出终端。
4. 根据权利要求3所述的负载，其中所述DC负载包括逆变器电动机 或开关模式电源(SMPS)型DC负载。
5. 根据权利要求3所述的负载，其中所述并网燃料电池系统将DC电 转换为具有不同电压的DC电，然后将转换的DC电转换为AC电，而所 述DC输出终端输出转换的DC电。
6. —种使用并网燃料电池系统的负载，所述并网燃料电池系统通过氧 与燃料反应产生DC电，并将产生的DC电转换为AC电，并具有用以输 出DC电的DC输出终端、和用以输出AC电的AC输出终端，所述AC输出终端连接到电系统，所述负载基本上由以下负载组成-DC负载，所述DC负载连接到DC输出终端；以及AC负载，所述AC负载连接到AC输出终端。
全文摘要
本发明公开了一种系统，该系统包括通过氧与燃料反应而产生DC电的燃料电池、将通过燃料电池产生的DC电转换为AC电的逆变器、输出DC电的DC输出终端、和输出AC电的AC输出终端，该AC输出终端连接到电系统。
文档编号H02M3/00GK101267040SQ20081008346
公开日2008年9月17日 申请日期2008年3月7日 优先权日2007年3月16日
发明者地埈虎, 崔时荣, 禹成济 申请人:三星电子株式会社