CN109461950B - 一种sofc电池控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明及SOFC电池控制装置，特点是SOFC电堆组件、均气室、第一电磁阀、第一空气泵、第二电磁阀、换热器、燃料装置、流量调节器、混气室组件、第二空气泵、点火针、第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶、点火装置、第一开关、控制单元、第二开关、辅助电源组件、驱动装置、显示装置及通信端；所述SOFC电堆组件包括电堆腔体、换热器及电堆管组。其具有能直观的了解SOFC电堆组件的工作状况，能根据SOFC电堆组件的工作状况调整供气量，从而提高了SOFC电堆组件的工作效率，有效的解决了SOFC电堆组件温度调节的技术难题及使用安全等优点。

Description

一种SOFC电池控制装置
技术领域
本发明涉及一种SOFC电池控制装置。
背景技术
目前，燃料电池是一种无需经过燃烧过程直接将燃料的化学能转化为电能的高效、清洁发电技术。在多种燃料电池技术中最前沿的是固体氧化物燃料电池（SOFC），除了使用氢气燃料外，它还可以直接使用煤气、天然气、生物质气等各种多组分燃料，燃料适应性广，很容易与现有能源供应系统兼容；同时SOFC具有更高的发电效率，SOFC一次发电效率约45%~60%，热电联供总效率90%；SOFC具有全固态结构，运行寿命长，SOFC目前的使用寿命约8万小时左右。SOFC单电池存在三种不同的技术形态：平板式、管式及板管式，这三种技术形态其工作原理基本相同，但由于其物理结构的变化导致性能差异化；管式可以理解为是将平板卷成筒状，而板管式可以理解为多个管并排在一起。本发明是针对管式技术形态提出的SOFC电池组合技术创新；当今管式技术存在几大难题，其中密封问题、燃料预热问题、热量散失问题及温度调节等是管式技术存在的技术难题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种SOFC电池控制装置，其能直观的了解SOFC电堆组件的工作状况，能根据SOFC电堆组件的工作状况调整供气量，从而提高了SOFC电堆组件的工作效率，有效的解决了SOFC电堆组件温度调节的技术难题。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种SOFC电池控制装置，包括：
SOFC电堆组件及均气室；所述SOFC电堆组件包括电堆腔体、换热器及电堆管组；在所述电堆腔体中分别设有阴极工作室及燃烧室，所述电堆管组设在阴极工作室中，电堆管组的出气口与燃烧室连通，所述均气室设在阴极工作室中，在均气室上设有一个以上使均气室内的气体进入阴极工作室中的微孔；
第一电磁阀、第一空气泵、第二电磁阀及换热器；所述换热器设在燃烧室中，换热器的进气口与第二电磁阀的出气口连通，换热器的出气口与均气室的第一进气口连通，所述均气室的第二进气口与第一电磁阀的出气口连通，所述第一空气泵的出气口分别与第一电磁阀的进气口及第二电磁阀的进气口连通；
燃料装置、流量调节器、混气室组件及第二空气泵；所述燃料装置的出气口与流量调节器的进气口连通，所述流量调节器的出气口及第二空气泵的出气口均与混气室组件的进气口连通，所述混气室组件的出气口与电堆管组的进气口连通；
点火针、第一热电偶、第二热电偶及第三热电偶；所述点火针及第一热电偶均设在燃烧室中，点火针位于电堆管组的出气口旁，所述第一热电偶位于点火针旁；所述第二热电偶及第三热电偶均设在阴极工作室中，第二热电偶位于电堆管组出气口的端部旁，所述第三热电偶位于电堆管组进气口的端部旁；
点火装置、第一开关、控制单元、第二开关及辅助电源组件；所述SOFC电堆组件的电量输出端分别与辅助电源组件的k端及控制单元的b端电连接，辅助电源组件的m端通过第二开关与控制单元的j端电连接，所述辅助电源组件的l端通过第一开关与点火装置的输入端电连接，所述点火针与点火装置的输出端电连接，所述第一热电偶与控制单元的e端电连接，所述第二热电偶与控制单元的d端电连接，所述第三热电偶与控制单元的c端电连接，所述流量调节器与控制单元的a端电连接；以及
驱动装置、显示装置及通信端；所述驱动装置的控制端与控制单元的f端电连接，驱动装置的输出端分别与第一空气泵、第二空气泵、第一电磁阀、第二电磁阀及流量调节器电连接从而控制第一空气泵、第二空气泵、第一电磁阀、第二电磁阀及流量调节器的工作状态，所述显示装置与控制单元的g端电连接，所述通信端与控制单元的i端电连接，。
在本技术方案中，所述混气室组件包括第一混气室及第二混气室，所述第一混气室与第二混气室串联连通；所述第一混气室的进气口分别与流量调节器的出气口及第二空气泵的出气口连通，所述第二混气室的出气口与电堆管组的进气口连通。
在本技术方案中，还包括声光报警装置，所述声光报警装置与控制单元的h端电连接。
本发明与现有技术相比的优点为：能直观的了解SOFC电堆组件的工作状况，能根据SOFC电堆组件的工作状况调整供气量，从而提高了SOFC电堆组件的工作效率，有效的解决了SOFC电堆组件温度调节的技术难题及使用安全。
附图说明
图1是本发明的工作示意框图；
图2是本发明中驱动装置的工作示意框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
在本发明的描述中，术语“第一”及“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1及图2所示，其是一种SOFC电池控制装置，包括：
SOFC电堆组件及均气室5；所述SOFC电堆组件包括电堆腔体4、换热器6及电堆管组10；在所述电堆腔体4中分别设有阴极工作室41及燃烧室42，所述电堆管组10设在阴极工作室41中，电堆管组10的出气口与燃烧室42连通，所述均气室5设在阴极工作室41中，在均气室5上设有一个以上的微孔51使均气室5内的气体进入阴极工作室41中；
第一电磁阀1、第一空气泵2、第二电磁阀3及换热器6；所述换热器6设在燃烧室42中，换热器6的进气口与第二电磁阀3的出气口连通，换热器6的出气口与均气室5的第一进气口连通，所述均气室5的第二进气口与第一电磁阀1的出气口连通，所述第一空气泵2的出气口分别与第一电磁阀1的进气口及第二电磁阀3的进气口连通；
燃料装置20、流量调节器21、混气室组件及第二空气泵23；所述燃料装置20的出气口与流量调节器21的进气口连通，所述流量调节器21的出气口与混气室组件的进气口连通，所述第二空气泵23的出气口与混气室组件的进气口连通，所述混气室组件的出气口与电堆管组10的进气口连通；
点火针7、第一热电偶8、第二热电偶9及第三热电偶11；所述点火针7设在燃烧室42中且位于电堆管组10的出气口旁，所述第一热电偶8设在燃烧室42中且位于点火针7旁从而检测点火针7点火是否成功，所述第二热电偶9设在阴极工作室41中且位于电堆管组10出气口的端部旁，所述第三热电偶11设在阴极工作室41中且位于电堆管组10进气口的端部旁，第二热电偶9与第三热电偶11互为冗余，第二热电偶9及第三热电偶11均用在SOFC电堆组件温度的信息采集工作上；
点火装置12、第一开关13、控制单元16、第二开关19及辅助电源组件25；所述SOFC电堆组件的电量输出端43分别与辅助电源组件25的k端及控制单元16的b端电连接，SOFC电堆组件的电量输出端43能对辅助电源组件25进行充电，辅助电源组件25的m端通过第二开关19与控制单元16的j端电连接从而为控制单元16提供电量及使控制单元16监测辅助电源组件25的电量，当辅助电源组件25电量不足时，控制单元16控制电量输出端43为辅助电源组件25进行充电，辅助电源组件25的l端通过第一开关13与点火装置12的输入端电连接，点火装置12的输出端与点火针7电连接，所述第一热电偶8与控制单元16的e端电连接从而将信号传输至控制单元16中，所述第二热电偶9与控制单元16的d端电连接从而将信号传输至控制单元16中，所述第三热电偶11与控制单元16的c端电连接从而将信号传输至控制单元16中，所述流量调节器21与控制单元16的a端电连接从而使用户调节流量调节器21的工作状态；以及
驱动装置14、显示装置15及通信端18；所述驱动装置14的控制端与控制单元16的f端电连接，驱动装置14的输出端分别与第一空气泵2、第二空气泵23、第一电磁阀1、第二电磁阀3及流量调节器21电连接从而控制第一空气泵2、第二空气泵23、第一电磁阀1、第二电磁阀3及流量调节器21的工作状态，所述显示装置15与控制单元16的g端电连接，所述通信端18与控制单元16的i端电连接从而实现物联网数据信息传递及远程操作控制功能。
工作时，燃料装置20中的燃料通过混气室组件与空气充分混合后进入电堆管组10中，电堆管组10的工作尾气排入燃烧室42中，点火针7能点燃燃烧室42的工作尾气从而加热换热器6中的气体，换热器6中加热的气体通过均气室5均匀扩散至阴极工作室41中；当阴极工作室温度低于550度时，开启第二电磁阀3，关闭第一电磁阀1，第一空气泵2将空气通过第二电磁阀3送入换热器6中，换热器6中的加热后的气体进入阴极工作室41中从而提升阴极工作室41的温度；当阴极工作室41的温度高于550度时，关闭第二电磁阀3，开启第一电磁阀1，第一空气泵2将空气通过第一电磁阀1送入阴极工作室41中从而降低阴极工作室41中的温度；驱动装置12分别对第一空气泵2及第二空气泵23输出0～12V的驱动电源从而调节第一空气泵2及第二空气泵23的输出流量；驱动装置14对流量调节器21输出0～24V电源从而调节燃料输出流量；驱动装置14控制第一电磁阀1及第二电磁阀23开启或关闭；SOFC电堆组件的电量输出端42对辅助电源组件25进行充电控制从而使辅助电源组件25有电量供应点火装置12进行点火。
在本实施例中，所述混气室组件包括第一混气室22及第二混气室24，所述第一混气室22与第二混气室24串联连通；所述第一混气室22的进气口分别与流量调节器21的出气口及第二空气泵23的出气口连通，所述第二混气室24的出气口与电堆管组10的进气口连通。
在本实施例中，还包括声光报警装置17，所述声光报警装置17与控制单元的h端电连接。工作时，控制单元16监测流量调节器21上的流量，当燃料流量每三十分钟减少10%时，一级报警；当燃料流量每十分钟减少10%时，特级报警；控制单元16通过第二热电偶9及第三热电偶11监测阴极工作室41的温度，当阴极工作室41的温度大于720度时，一级报警；当阴极工作室41的温度大于750度时，特级报警；控制单元16监测电量输出端42的功率，当额定燃料流量与额定功率比大于40%时，报警。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种SOFC电池控制装置，其特征在于包括：
SOFC电堆组件及均气室（5）；所述SOFC电堆组件包括电堆腔体（4）、换热器（6）及电堆管组（10）；在所述电堆腔体（4）中分别设有阴极工作室（41）及燃烧室（42），所述电堆管组（10）设在阴极工作室（41）中，电堆管组（10）的出气口与燃烧室（42）连通，所述均气室（5）设在阴极工作室（41）中，在均气室（5）上设有一个以上使均气室（5）内的气体进入阴极工作室（41）中的微孔（51）；
第一电磁阀（1）、第一空气泵（2）、第二电磁阀（3）及换热器（6）；所述换热器（6）设在燃烧室（42）中，换热器（6）的进气口与第二电磁阀（3）的出气口连通，换热器（6）的出气口与均气室（5）的第一进气口连通，所述均气室（5）的第二进气口与第一电磁阀（1）的出气口连通，所述第一空气泵（2）的出气口分别与第一电磁阀（1）的进气口及第二电磁阀（3）的进气口连通；
燃料装置（20）、流量调节器（21）、混气室组件及第二空气泵（23）；所述燃料装置（20）的出气口与流量调节器（21）的进气口连通，所述流量调节器（21）的出气口及第二空气泵（23）的出气口均与混气室组件的进气口连通，所述混气室组件的出气口与电堆管组（10）的进气口连通；
点火针（7）、第一热电偶（8）、第二热电偶（9）及第三热电偶（11）；所述点火针（7）及第一热电偶（8）均设在燃烧室（42）中，点火针（7）位于电堆管组（10）的出气口旁，所述第一热电偶（8）位于点火针（7）旁；所述第二热电偶（9）及第三热电偶（11）均设在阴极工作室（41）中，第二热电偶（9）位于电堆管组（10）出气口的端部旁，所述第三热电偶（11）位于电堆管组（10）进气口的端部旁；
点火装置（12）、第一开关（13）、控制单元（16）、第二开关（19）及辅助电源组件（25）；所述SOFC电堆组件的电量输出端（43）分别与辅助电源组件（25）的k端及控制单元（16）的b端电连接，所述辅助电源组件（25）的m端通过第二开关（19）与控制单元（16）的j端电连接，所述辅助电源组件（25）的l端通过第一开关（13）与点火装置（12）的输入端电连接，所述点火针（7）与点火装置（12）的输出端电连接，所述第一热电偶（8）与控制单元（16）的e端电连接，所述第二热电偶（9）与控制单元（16）的d端电连接，所述第三热电偶（11）与控制单元（16）的c端电连接，所述流量调节器（21）与控制单元（16）的a端电连接；以及
驱动装置（14）、显示装置（15）及通信端（18）；所述驱动装置（14）的控制端与控制单元（16）的f端电连接，驱动装置（14）的输出端分别与第一空气泵（2）、第二空气泵（23）、第一电磁阀（1）、第二电磁阀（3）及流量调节器（21）电连接从而控制第一空气泵（2）、第二空气泵（23）、第一电磁阀（1）、第二电磁阀（3）及流量调节器（21）的工作状态，所述显示装置（15）与控制单元（16）的g端电连接，所述通信端（18）与控制单元（16）的i端电连接。
2.根据权利要求1所述的SOFC电池控制装置，其特征在于所述混气室组件包括第一混气室（22）及第二混气室（24），所述第一混气室（22）与第二混气室（24）串联连通；所述第一混气室（22）的进气口分别与流量调节器（21）的出气口及第二空气泵（23）的出气口连通，所述第二混气室（24）的出气口与电堆管组（10）的进气口连通。
3.根据权利要求1所述的SOFC电池控制装置，其特征在于还包括声光报警装置（17），所述声光报警装置（17）与控制单元的h端电连接。
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