CN115663237A - Sofc氢燃料电源设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种SOFC氢燃料电源设备及其控制方法，包括：SOFC模块、热控模块、发热体、风机控制模块、氢气控制模块、输出控制模块、电堆电压检测模块、锂电池充电模块、锂电池组、电源模块、电流检测模块、中控模块、DC‑AC模块、控制显示模块及报警模块；在中控模块上设有电池电压检测端、电堆电压检测端、负载输出控制端、负载电流检测端、DC‑AC模块控制端、控制显示端、报警端、供电端、加热控制端、电堆温度检测端、空气流量控制端及氢气流量控制端。其具有提高燃料有效利用；判断SOFC工作温度区间，提高SOFC电源氢能转换率；合理划分SOFC电源带载工作区，系统自动维持运行于在轻负载及经济运行，保护SOFC电池设备的安全平稳运行等优点。

Description

SOFC氢燃料电源设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及SOFC氢燃料电源设备及其控制方法。

背景技术

燃料电池（fuel cells）是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。另外，燃料电池把氧气和燃料作为原料，同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术；但燃料电池成本较高，特别是初期建制成本，还是高于发电机，所以难以推广，虽然随着技术的进步，成本也在下降，但还有一段路要走，技术门槛高，不利于普及。

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用于灶具的点火针结构，

本发明目的是克服现有技术的不足而提供一种SOFC氢燃料电源设备及其控制方法，判断SOFC电源储能电池盈亏状况进而调节氢燃料供给量，以此提高燃料有效利用；判断SOFC工作温度区间，尽量使SOFC电源工作在高温区，提高SOFC电源氢能转换率；合理划分SOFC电源带载工作区（怠机、轻负载、经济运行区、强负载、极限负载），系统自动维持运行于在轻负载及经济运行，无储能需求系统计入怠机，负载过强则警示，以此保护SOFC电池设备的安全平稳运行。

为了达到上述目的，本发明的第一种技术方案是这样实现的，其是SOFC氢燃料电源设备，其特征在于包括SOFC模块、热控模块、发热体、风机控制模块、氢气控制模块、输出控制模块、电堆电压检测模块、锂电池充电模块、锂电池组、电源模块、电流检测模块、中控模块、DC-AC模块、控制显示模块及报警模块；

在所述中控模块上设有电池电压检测端、电堆电压检测端、负载输出控制端、负载电流检测端、DC-AC模块控制端、控制显示端、报警端、供电端、加热控制端、电堆温度检测端、空气流量控制端及氢气流量控制端，所述中控模块的电池电压检测端与锂电池组的电压检测端电连接，中控模块的电堆电压检测端与电堆电压检测模块的输出端电连接，中控模块的负载输出控制端与输出控制模块的控制端电连接，中控模块的负载电流检测端与电流检测模块的检测输出端电连接，中控模块的DC-AC模块控制端与DC-AC模块的控制端电连接，中控模块的控制显示端与控制显示模块的输入输出端电连接，中控模块的报警端与报警模块的输入端连接，中控模块的供电端与电源模块的输出端电连接，中控模块的加热控制端与热控模块的控制端电连接，中控模块的空气流量控制端与风机控制模块的控制端电连接，中控模块的氢气流量控制端与氢气控制模块的控制端电连接，在所述SOFC模块上设有空气进气口、氢气进气口、温感输出端、正极输出端及负极输出端，SOFC模块的正极输出端分别与输出控制模块的正极输入端、电堆电压检测模块的正极输入端及锂电池充电模块的正极输入端连接，SOFC模块的负极输出端分别与电堆电压检测模块的负极输入端及DC-AC模块的负极输入端及锂电池充电模块的负极输入端连接，SOFC模块的空气进气口与风机控制模块的输出口连通，SOFC模块的氢气进气口与氢气控制模块的输出口连通，SOFC模块的温度输出端与中控模块的电堆温度检测端电连接，所述发热体位于SOFC模块中，所述热控模块的输出端与发热体电连接，热控模块的供电端与锂电池组的热控电源输出端电连接，所述锂电池组的电源输出端与电源模块的输入端连接，锂电池组的输入端与锂电池充电模块的输出端电连接，所述输出控制模块的输出端分别与锂电池充电模块及电流检测模块的输入正端电连接，所述电流检测模块的输出端与DC-AC模块的正极输入端连接。

在本实施例中，还包括氢气罐，所述氢气罐的输出端与氢气控制模块4的进气口连通。

为了达到上述目的，本发明的第二种技术方案是这样实现的，其是SOFC氢燃料电源设备的控制方法，其特征在于在如下步骤：

步骤一

用户通过控制显示模块开启设备，控制显示模块传递信号给中控模块的控制显示端，中控模块启动热控模块，锂电池组向热控模块供电，热控模块为SOFC模组内的发热体提供电能，SOFC模组的温度输出端通过中控模块的电堆温度检测端向中控模块反馈SOFC模组内的环境温度信息，并经控制显示模块显示其运行温度，中控模块启动风机控制模块控制风机至最低运行状态；

步骤二

当中控模块检测到SOFC模组的温度大于300度±5度时，中控模块开启氢气控制模块向SOFC模组通氢气；随着SOFC模组温度的提升，氢气控制模块逐渐向SOFC模组加大氢气供应量，同时中控模组启动风机控制模块向SOFC模组送风；随着SOFC模组氢气流量的提升，风机控制模块同步加大空气供应量，中控模块控制热控模块的加温速率是40分钟-50分钟，使SOFC模组温度达到800度-820度，此时氢气流量及空气流量均达到系统工作起始标准值，当SOFC模组温度升至650度，中控模块控制热控模块停止发热体加热；中控模块以SOFC模组温度710度到800度为调控范围，当SOFC模组工作温度超出阀值即低于700度或大于820度时，报警模块及控制显示模块报警，且如果温度低于下限，中控模块通过锂电池组向热控模块提供电能辅助升温，如果温度超过上限，中控模块控制SOFC模组使SOFC模组1电压转换为单电池0.8V-0.85V功率输送，降低SOFC模组的氢气流量；

步骤三

电流检测模块侦测负载电流波动、电堆电压检测模块侦测SOFC模组放电电压波动，中控模块通过电堆电压检测模块和电流检测模块来侦测SOFC模组输出功率并于控制显示模块显示；

中控模块侦测负载波动，当负载减小，中控模块通过氢气控制模块减小氢气流量，视温度是否在正常范围，如温度小于710度通过风机控制模块减小风量；当负载增大，中控模块通过氢气控制模块加大氢气流量，视温度是否在正常范围，如温度大于710度通过风机控制模块增加风量；

如果中控模块侦测锂电池组工作电压达到欠压状态，系统开启充电模式，SOFC模组工作对锂电池组进行充电；

步骤五

系统终止工作，中控模块12关断SOFC模组输出，中控模块控制氢气控制模块调节氢气流量为额定流量的50%±5%范围，中控模块控制风机控制模块由当前温度降至360-400度速率；当SOFC模组温度降至低于500度±25度，中控模块控制氢气控制模块调节氢气流量为额定流量的30%±5%，中控模块控制风机控制模块调减风量以满足100-120分钟由初始温度降至380-400度速率；当SOFC模组温度降至380-400度后，中控模块控制氢气控制模块关断氢气流量，中控模块控制风机控制模块调减风量至最低风量，当SOFC模组温度降至室温关断电源。

在本技术方法中，在所述步骤一中，开启设备后，系统初始化，用户通过控制显示模块的界面输入氢气罐的压力参数、容量参数及是否禁止系统于极限状态工作。

在本技术方法中，在所述步骤二中，中控模块控制热控模块的加温速率是40分钟-50分钟，使SOFC模组温度达到800度-820度。

在本技术方法中，在所述步骤四中，中控模块12通过电堆电压口侦测SOFC模组的状态，在控制显示模块上设有四格光标指示分别表示弱区域、经济区域、强区域及极限区域，当中控模块侦测SOFC模组放电运行电压值＞0.85V时，控制显示模块的光标指示在弱区域；当中控模块控制SOFC模组经济放电运行电压值为0.8-0.85V时，控制显示模块的光标指示在经济区域；当中控模块控制SOFC模组大功率放电运行电压值为0.8-0.65V时，控制显示模块的光标指示在强区域；当中控模块控制SOFC模组极限放电运行电压值为0.65-0.6V时，控制显示模块的光标指示在极限区域；当SOFC模组运行电压低于下限值即电压值小于0.6V时，控制显示模块的光标指示极限区域的最后端，系统维持SOFC模组恒定下限值放电，并超载报警；控制显示模块同时显示系统启动时间、运行时长、工作温度、系统异常信息警示。

在本技术方案中，在所述步骤四中，中控模块根据负载的输出状态加大SOFC模组运行强度，系统极限运行为“禁止”则为恒压运行放电电压为低于0.7V±5mV且锂电池组充电优先；系统极限运行为“允许”则为恒压运行放电电压为0.65V-0.7V范围且锂电池组充电优先；用户将氢气总量通过控制显示模块输入中控模块中，中控模块根据氢气总量在控制显示模块提示当前运行状态下剩余工作时间，当剩余工作为3-10分钟，界面声光闪烁报警，界面弹出换瓶及消除报警按键及换瓶完毕按键，系统接收到换瓶及消除报警按键信息，停止报警，等待换瓶完毕按键信息并持续计算剩余工作时间为0-3分钟，再次启动报警，中控模块向氢气控制模块发送氢气流量参数值与氢气流量计实际氢气流量值比对，当实际氢气流量值持续低于氢气流量参数值，中控模块通过控制显示模块及报警模块发出声光强烈报警后，系统控制SOFC模组终止运行，中控模块控制氢气控制模块氢气流量降至额定流量的30%±5%，进行快速降温；当系统收到换瓶完毕信息：1、更新剩余工作时间为初始值，系统保持正常工作控制状态；2、氢气流量以降至额定流量的30%±5%，中控模块控制氢气控制模块4氢气流量恢复至调降前流量值，SOFC模组环境温度大于700度，重新恢复SOFC模组工作状态，系统保持正常工作控制状态。

在本技术方案中，在所述步骤五中，中控模块控制风机控制模块调减风量以满足100-160分钟，由当前温度降至360-400度速率。

本发明与现有技术相比的优点为：判断SOFC电源储能电池盈亏状况进而调节氢燃料供给量，以此提高燃料有效利用；判断SOFC工作温度区间，尽量使SOFC电源工作在高温区，提高SOFC电源氢能转换率；合理划分SOFC电源带载工作区（怠机、轻负载、经济运行区、强负载、极限负载），系统自动维持运行于在轻负载及经济运行，无储能需求系统计入怠机，负载过强则警示，以此保护SOFC电池设备的安全平稳运行。

附图说明

图1是本发明装置示意图。

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。

实施例一

如图1所示，其是一种SOFC氢燃料电源设备，包括：SOFC模块1、热控模块2、发热体21、风机控制模块3、氢气控制模块4、输出控制模块6、电堆电压检测模块7、锂电池充电模块8、锂电池组9、电源模块10、电流检测模块11、中控模块12、DC-AC模块13、控制显示模块14及报警模块15；

在所述中控模块12上设有电池电压检测端、电堆电压检测端、负载输出控制端、负载电流检测端、DC-AC模块控制端、控制显示端、报警端、供电端、加热控制端、电堆温度检测端、空气流量控制端及氢气流量控制端，所述中控模块12的电池电压检测端与锂电池组9的电压检测端电连接，中控模块12的电堆电压检测端与电堆电压检测模块7的输出端电连接，中控模块12的负载输出控制端与输出控制模块6的控制端电连接，中控模块12的负载电流检测端与电流检测模块11的检测输出端电连接，中控模块12的DC-AC模块控制端与DC-AC模块13的控制端电连接，中控模块12的控制显示端与控制显示模块14的输入输出端电连接，中控模块12的报警端与报警模块15的输入端连接，中控模块12的供电端与电源模块10的输出端电连接，中控模块12的加热控制端与热控模块2的控制端电连接，中控模块12的空气流量控制端与风机控制模块3的控制端电连接，中控模块12的氢气流量控制端与氢气控制模块4的控制端电连接，在所述SOFC模块1上设有空气进气口、氢气进气口、温感输出端、正极输出端及负极输出端，SOFC模块1的正极输出端分别与输出控制模块6的正极输入端、电堆电压检测模块7的正极输入端及锂电池充电模块8的正极输入端连接，SOFC模块1的负极输出端分别与电堆电压检测模块7的负极输入端及DC-AC模块13的负极输入端及锂电池充电模块8的负极输入端连接，SOFC模块1的空气进气口与风机控制模块3的输出口连通，SOFC模块1的氢气进气口与氢气控制模块4的输出口连通，SOFC模块1的温度输出端与中控模块12的电堆温度检测端电连接，所述发热体21位于SOFC模块1中，所述热控模块2的输出端与发热体21电连接，热控模块2的供电端与锂电池组9的热控电源输出端电连接，所述锂电池组9的电源输出端与电源模块10的输入端接，锂电池组9的输入端与锂电池充电模块8的输出端电连接，所述输出控制模块6的输出端分别与锂电池充电模块8及电流检测模块11的输入正端连接，所述电流检测模块11的输出端与DC-AC模块13的正极输入端连接。

工作时，如下步骤：

步骤一

用户通过控制显示模块14开启设备，控制显示模块14传递信号给中控模块12的控制显示端，中控模块12启动热控模块2，锂电池组9向热控模块2供电，热控模块2为SOFC模组1内的发热体21提供电能，SOFC模组1的温度输出端通过中控模块12的电堆温度检测端向中控模块12反馈SOFC模组1内的环境温度信息，并经控制显示模块14显示其运行温度，中控模块12启动风机控制模块3控制风机至最低运行状态；

步骤二

当中控模块12检测到SOFC模组1的温度大于300度±5度时，中控模块12开启氢气控制模块4向SOFC模组1通氢气；随着SOFC模组1温度的提升，氢气控制模块4逐渐向SOFC模组1加大氢气供应量，同时中控模组12启动风机控制模块3向SOFC模组1送风；随着SOFC模组1氢气流量的提升，风机控制模块3同步加大空气供应量，中控模块11控制热控模块2的加温速率是40分钟-50分钟，使SOFC模组1温度达到800度-820度，此时氢气流量及空气流量均达到系统工作起始标准值，当SOFC模组1温度升至650度，中控模块12控制热控模块2停止发热体21加热；中控模块12以SOFC模组1温度710度到800度为调控范围，当SOFC模组1工作温度超出阀值即低于700度或大于820度时，报警模块15及控制显示模块14报警，且如果温度低于下限，中控模块12通过锂电池组9向热控模块2提供电能辅助升温，如果温度超过上限，中控模块12控制SOFC模组1使SOFC模组1电压转换为单电池0.8V-0.85V功率输送，降低SOFC模组1的氢气流量；

步骤三

电流检测模块11侦测负载电流波动、电堆电压检测模块7侦测SOFC模组1放电电压波动，中控模块12通过电堆电压检测模块7和电流检测模块11来侦测SOFC模组1输出功率并于控制显示模块14显示；

中控模块12侦测负载波动，当负载减小，中控模块12通过氢气控制模块4减小氢气流量，视温度是否在正常范围，如温度小于710度通过风机控制模块3减小风量；当负载增大，中控模块12通过氢气控制模块4加大氢气流量，视温度是否在正常范围，如温度大于710度通过风机控制模块3增加风量；

如果中控模块12侦测锂电池组9工作电压达到欠压状态，系统开启充电模式，SOFC模组1工作对锂电池组9进行充电；

步骤五

系统终止工作，中控模块12关断SOFC模组1输出，中控模块12控制氢气控制模块4调节氢气流量为额定流量的50%±5%范围，中控模块12控制风机控制模块3由当前温度降至360-400度速率；当SOFC模组1温度降至低于500度±25度，中控模块12控制氢气控制模块4调节氢气流量为额定流量的30%±5%，中控模块12控制风机控制模块3调减风量以满足100-120分钟由初始温度降至380-400度速率；当SOFC模组1温度降至380-400度后，中控模块12控制氢气控制模块4关断氢气流量，中控模块12控制风机控制模块3调减风量至最低风量，当SOFC模组1温度降至室温关断电源。在所述步骤一中，开启设备后，系统初始化，用户通过控制显示模块14的界面输入氢气罐5的压力参数、容量参数及是否禁止系统于极限状态工作。在所述步骤二中，中控模块11控制热控模块2的加温速率是40分钟-50分钟，使SOFC模组1温度达到800度-820度。在所述步骤四中，中控模块12通过电堆电压口侦测SOFC模组1的状态，在控制显示模块14上设有四格光标指示分别表示弱区域、经济区域、强区域及极限区域，当中控模块12侦测SOFC模组1放电运行电压值＞0.85V时，控制显示模块14的光标指示在弱区域；当中控模块12控制SOFC模组1经济放电运行电压值为0.8-0.85V时，控制显示模块14的光标指示在经济区域；当中控模块12控制SOFC模组1大功率放电运行电压值为0.8-0.65V时，控制显示模块14的光标指示在强区域；当中控模块12控制SOFC模组1极限放电运行电压值为0.65-0.6V时，控制显示模块14的光标指示在极限区域；当SOFC模组1运行电压低于下限值即电压值小于0.6V时，控制显示模块14的光标指示极限区域的最后端，系统维持SOFC模组1恒定下限值放电，并超载报警；控制显示模块14同时显示系统启动时间、运行时长、工作温度、系统异常信息警示。在所述步骤四中，中控模块12根据负载的输出状态加大SOFC模组1运行强度，系统极限运行为“禁止”则为恒压运行放电电压为低于0.7V±5mV且锂电池组9充电优先；系统极限运行为“允许”则为恒压运行放电电压为0.65V-0.7V范围且锂电池组充电优先；用户将氢气总量通过控制显示模块14输入中控模块12中，中控模块12根据氢气总量在控制显示模块14提示当前运行状态下剩余工作时间，当剩余工作为3-10分钟，界面声光闪烁报警，界面弹出换瓶及消除报警按键及换瓶完毕按键，系统接收到换瓶及消除报警按键信息，停止报警，等待换瓶完毕按键信息并持续计算剩余工作时间为0-3分钟，再次启动报警，中控模块12向氢气控制模块4发送氢气流量参数值与氢气流量计实际氢气流量值比对，当实际氢气流量值持续低于氢气流量参数值，中控模块12通过控制显示模块14及报警模块15发出声光强烈报警后，系统控制SOFC模组1终止运行，中控模块12控制氢气控制模块4氢气流量降至额定流量的30%±5%，进行快速降温；当系统收到换瓶完毕信息：1、更新剩余工作时间为初始值，系统保持正常工作控制状态；2、氢气流量以降至额定流量的30%±5%，中控模块12控制氢气控制模块4氢气流量恢复至调降前流量值，SOFC模组1环境温度大于700度，重新恢复SOFC模组1工作状态，系统保持正常工作控制状态。在所述步骤五中，中控模块12控制风机控制模块3调减风量以满足100-160分钟，由当前温度降至360-400度速率。

在本实施例中，还包括氢气罐5，所述氢气罐5的输出端与氢气控制模块4的进气口连通。

实施例二

如图1所示，其是SOFC氢燃料电源设备的控制方法，其特征在于在如下步骤：

步骤一

用户通过控制显示模块14开启设备，控制显示模块14传递信号给中控模块12的控制显示端，中控模块12启动热控模块2，锂电池组9向热控模块2供电，热控模块2为SOFC模组1内的发热体21提供电能，SOFC模组1的温度输出端通过中控模块12的电堆温度检测端向中控模块12反馈SOFC模组1内的环境温度信息，并经控制显示模块14显示其运行温度，中控模块12启动风机控制模块3控制风机至最低运行状态；

步骤二

当中控模块12检测到SOFC模组1的温度大于300度±5度时，中控模块12开启氢气控制模块4向SOFC模组1通氢气；随着SOFC模组1温度的提升，氢气控制模块4逐渐向SOFC模组1加大氢气供应量，同时中控模组12启动风机控制模块3向SOFC模组1送风；随着SOFC模组1氢气流量的提升，风机控制模块3同步加大空气供应量，中控模块11控制热控模块2的加温速率是40分钟-50分钟，使SOFC模组1温度达到800度-820度，此时氢气流量及空气流量均达到系统工作起始标准值，当SOFC模组1温度升至650度，中控模块12控制热控模块2停止发热体21加热；中控模块12以SOFC模组1温度710度到800度为调控范围，当SOFC模组1工作温度超出阀值即低于700度或大于820度时，报警模块15及控制显示模块14报警，且如果温度低于下限，中控模块12通过锂电池组9向热控模块2提供电能辅助升温，如果温度超过上限，中控模块12控制SOFC模组1使SOFC模组1电压转换为单电池0.8V-0.85V功率输送，降低SOFC模组1的氢气流量；

步骤三

电流检测模块11侦测负载电流波动、电堆电压检测模块7侦测SOFC模组1放电电压波动，中控模块12通过电堆电压检测模块7和电流检测模块11来侦测SOFC模组1输出功率并于控制显示模块14显示；

中控模块12侦测负载波动，当负载减小，中控模块12通过氢气控制模块4减小氢气流量，视温度是否在正常范围，如温度小于710度通过风机控制模块3减小风量；当负载增大，中控模块12通过氢气控制模块4加大氢气流量，视温度是否在正常范围，如温度大于710度通过风机控制模块3增加风量；

如果中控模块12侦测锂电池组9工作电压达到欠压状态，系统开启充电模式，SOFC模组1工作对锂电池组9进行充电；

步骤五

系统终止工作，中控模块12关断SOFC模组1输出，中控模块12控制氢气控制模块4调节氢气流量为额定流量的50%±5%范围，中控模块12控制风机控制模块3由当前温度降至360-400度速率；当SOFC模组1温度降至低于500度±25度，中控模块12控制氢气控制模块4调节氢气流量为额定流量的30%±5%，中控模块12控制风机控制模块3调减风量以满足100-120分钟由初始温度降至380-400度速率；当SOFC模组1温度降至380-400度后，中控模块12控制氢气控制模块4关断氢气流量，中控模块12控制风机控制模块3调减风量至最低风量，当SOFC模组1温度降至室温关断电源。

工作时，其结构包括：SOFC模块1、热控模块2、发热体21、风机控制模块3、氢气控制模块4、输出控制模块6、电堆电压检测模块7、锂电池充电模块8、锂电池组9、电源模块10、电流检测模块11、中控模块12、DC-AC模块13、控制显示模块14及报警模块15；

在所述中控模块12上设有电池电压检测端、电堆电压检测端、负载输出控制端、负载电流检测端、DC-AC模块控制端、控制显示端、报警端、供电端、加热控制端、电堆温度检测端、空气流量控制端及氢气流量控制端，所述中控模块12的电池电压检测端与锂电池组9的电压检测端电连接，中控模块12的电堆电压检测端与电堆电压检测模块7的输出端电连接，中控模块12的负载输出控制端与输出控制模块6的控制端电连接，中控模块12的负载电流检测端与电流检测模块11的检测输出端电连接，中控模块12的DC-AC模块控制端与DC-AC模块13的控制端电连接，中控模块12的控制显示端与控制显示模块14的输入输出端电连接，中控模块12的报警端与报警模块15的输入端连接，中控模块12的供电端与电源模块10的输出端电连接，中控模块12的加热控制端与热控模块2的控制端电连接，中控模块12的空气流量控制端与风机控制模块3的控制端电连接，中控模块12的氢气流量控制端与氢气控制模块4的控制端电连接，在所述SOFC模块1上设有空气进气口、氢气进气口、温感输出端、正极输出端及负极输出端，SOFC模块1的正极输出端分别与输出控制模块6的正极输入端、电堆电压检测模块7的正极输入端及锂电池充电模块8的正极输入端连接，SOFC模块1的负极输出端分别与电堆电压检测模块7的负极输入端及DC-AC模块13的负极输入端及锂电池充电模块8的负极输入端连接，SOFC模块1的空气进气口与风机控制模块3的输出口连通，SOFC模块1的氢气进气口与氢气控制模块4的输出口连通，SOFC模块1的温度输出端与中控模块12的电堆温度检测端电连接，所述发热体21位于SOFC模块1中，所述热控模块2的输出端与发热体21电连接，热控模块2的供电端与锂电池组9的热控电源输出端电连接，所述锂电池组9的电源输出端与电源模块10的输入端连接，锂电池组9的输入端与锂电池充电模块8的输出端电连接，所述输出控制模块6的输出端分别与锂电池充电模块8及电流检测模块11的输入正端电连接，所述电流检测模块11的输出端与DC-AC模块13的正极输入端连接。

在本实施例中，在所述步骤一中，开启设备后，系统初始化，用户通过控制显示模块14的界面输入氢气罐5的压力参数、容量参数及是否禁止系统于极限状态工作。

在本实施例中，在所述步骤二中，中控模块11控制热控模块2的加温速率是40分钟-50分钟，使SOFC模组1温度达到800度-820度。

在本实施例中，在所述步骤四中，中控模块12通过电堆电压口侦测SOFC模组1的状态，在控制显示模块14上设有四格光标指示分别表示弱区域、经济区域、强区域及极限区域，当中控模块12侦测SOFC模组1放电运行电压值＞0.85V时，控制显示模块14的光标指示在弱区域；当中控模块12控制SOFC模组1经济放电运行电压值为0.8-0.85V时，控制显示模块14的光标指示在经济区域；当中控模块12控制SOFC模组1大功率放电运行电压值为0.8-0.65V时，控制显示模块14的光标指示在强区域；当中控模块12控制SOFC模组1极限放电运行电压值为0.65-0.6V时，控制显示模块14的光标指示在极限区域；当SOFC模组1运行电压低于下限值即电压值小于0.6V时，控制显示模块14的光标指示极限区域的最后端，系统维持SOFC模组1恒定下限值放电，并超载报警；控制显示模块14同时显示系统启动时间、运行时长、工作温度、系统异常信息警示。

在本实施例中，在所述步骤四中，中控模块12根据负载的输出状态加大SOFC模组1运行强度，系统极限运行为“禁止”则为恒压运行放电电压为低于0.7V±5mV且锂电池组9充电优先；系统极限运行为“允许”则为恒压运行放电电压为0.65V-0.7V范围且锂电池组充电优先；用户将氢气总量通过控制显示模块14输入中控模块12中，中控模块12根据氢气总量在控制显示模块14提示当前运行状态下剩余工作时间，当剩余工作为3-10分钟，界面声光闪烁报警，界面弹出换瓶及消除报警按键及换瓶完毕按键，系统接收到换瓶及消除报警按键信息，停止报警，等待换瓶完毕按键信息并持续计算剩余工作时间为0-3分钟，再次启动报警，中控模块12向氢气控制模块4发送氢气流量参数值与氢气流量计实际氢气流量值比对，当实际氢气流量值持续低于氢气流量参数值，中控模块12通过控制显示模块14及报警模块15发出声光强烈报警后，系统控制SOFC模组1终止运行，中控模块12控制氢气控制模块4氢气流量降至额定流量的30%±5%，进行快速降温；当系统收到换瓶完毕信息：1、更新剩余工作时间为初始值，系统保持正常工作控制状态；2、氢气流量以降至额定流量的30%±5%，中控模块12控制氢气控制模块4氢气流量恢复至调降前流量值，SOFC模组1环境温度大于700度，重新恢复SOFC模组1工作状态，系统保持正常工作控制状态。

在本实施例中，在所述步骤五中，中控模块12控制风机控制模块3调减风量以满足100-160分钟，由当前温度降至360-400度速率。

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 (8)

1.一种SOFC氢燃料电源设备，其特征在于包括：

SOFC模块（1）、热控模块（2）、发热体（21）、风机控制模块（3）、氢气控制模块（4）、输出控制模块（6）、电堆电压检测模块（7）、锂电池充电模块（8）、锂电池组（9）、电源模块（10）、电流检测模块（11）、中控模块（12）、DC-AC模块（13）、控制显示模块（14）及报警模块（15）；

在所述中控模块（12）上设有电池电压检测端、电堆电压检测端、负载输出控制端、负载电流检测端、DC-AC模块控制端、控制显示端、报警端、供电端、加热控制端、电堆温度检测端、空气流量控制端及氢气流量控制端 ，所述中控模块（12）的电池电压检测端与锂电池组（9）的电压检测端电连接，中控模块（12）的电堆电压检测端与电堆电压检测模块（7）的输出端电连接，中控模块（12）的负载输出控制端与输出控制模块（6）的控制端电连接，中控模块（12）的负载电流检测端与电流检测模块（11）的检测输出端电连接，中控模块（12）的DC-AC模块控制端与DC-AC模块（13）的控制端电连接，中控模块（12）的控制显示端与控制显示模块（14）的输入输出端电连接，中控模块（12）的报警端与报警模块（15）的输入端连接，中控模块（12）的供电端与电源模块（10）的输出端电连接，中控模块（12）的加热控制端与热控模块（2）的控制端电连接，中控模块（12）的空气流量控制端与风机控制模块（3）的控制端电连接，中控模块（12）的氢气流量控制端与氢气控制模块（4）的控制端电连接，在所述SOFC模块（1）上设有空气进气口、氢气进气口、温感输出端、正极输出端及负极输出端，SOFC模块（1）的正极输出端分别与输出控制模块（6）的正极输入端、电堆电压检测模块（7）的正极输入端及锂电池充电模块（8）的正极输入端连接，SOFC模块（1）的负极输出端分别与电堆电压检测模块（7）的负极输入端及DC-AC模块（13）的负极输入端及锂电池充电模块（8）的负极输入端连接，SOFC模块（1）的空气进气口与风机控制模块（3）的输出口连通，SOFC模块（1）的氢气进气口与氢气控制模块（4）的输出口连通，SOFC模块（1）的温度输出端与中控模块（12）的电堆温度检测端电连接，所述发热体（21）位于SOFC模块（1）中，所述热控模块（2）的输出端与发热体（21）电连接，热控模块（2）的供电端与锂电池组（9）的热控电源输出端电连接，所述锂电池组（9）的电源输出端与电源模块（10）的输入端连接，锂电池组（9）的输入端与锂电池充电模块（8）的输出端电连接，所述输出控制模块（6）的输出端分别与锂电池充电模块（8）及电流检测模块（11）的输入正端电连接，所述电流检测模块（11）的输出端与DC-AC模块（13）的正极输入端连接。

2.根据权利要求1所述的SOFC氢燃料电源设备，其特征在于还包括氢气罐（5），所述氢气罐（5）的输出端与氢气控制模块（4）的进气口连通。

3.根据权利要求1所述的SOFC氢燃料电源设备的控制方法，其特征在于在如下步骤：

步骤一

用户通过控制显示模块（14）开启设备，控制显示模块（14）传递信号给中控模块（12）的控制显示端，中控模块（12）启动热控模块（2），锂电池组（9）向热控模块（2）供电，热控模块（2）为SOFC模组（1）内的发热体（21）提供电能，SOFC模组（1）的温度输出端通过中控模块（12）的电堆温度检测端向中控模块（12）反馈SOFC模组（1）内的环境温度信息，并经控制显示模块（14）显示其运行温度，中控模块（12）启动风机控制模块（3）控制风机至最低运行状态；

步骤二

当中控模块（12）检测到SOFC模组（1）的温度大于300度±5度时，中控模块（12）开启氢气控制模块（4）向SOFC模组（1）通氢气；随着SOFC模组（1）温度的提升，氢气控制模块（4）逐渐向SOFC模组（1）加大氢气供应量，同时中控模组（12）启动风机控制模块（3）向SOFC模组（1）送风；随着SOFC模组（1）氢气流量的提升，风机控制模块（3）同步加大空气供应量，中控模块（11）控制热控模块（2）的加温速率是40分钟-50分钟，使SOFC模组（1）温度达到800度-820度，此时氢气流量及空气流量均达到系统工作起始标准值，当SOFC模组（1）温度升至650度，中控模块（12）控制热控模块（2）停止发热体（21）加热；中控模块（12）以SOFC模组（1）温度710度到800度为调控范围，当SOFC模组（1）工作温度超出阀值即低于700度或大于820度时， 报警模块（15）及控制显示模块（14）报警，且如果温度低于下限，中控模块（12）通过锂电池组（9）向热控模块（2）提供电能辅助升温，如果温度超过上限，中控模块（12）控制SOFC模组（1）使SOFC模组（1）电压转换为单电池0.8V-0.85V功率输送，降低SOFC模组（1）的氢气流量；

步骤三

电流检测模块（11）侦测负载电流波动、电堆电压检测模块（7）侦测SOFC模组（1）放电电压波动，中控模块（12）通过电堆电压检测模块（7）和电流检测模块（11）来侦测SOFC模组（1）输出功率并于控制显示模块（14）显示；

中控模块（12）侦测负载波动，当负载减小，中控模块（12）通过氢气控制模块（4）减小氢气流量，视温度是否在正常范围，如温度小于710度通过风机控制模块（3）减小风量；当负载增大，中控模块（12）通过氢气控制模块（4）加大氢气流量，视温度是否在正常范围，如温度大于710度通过风机控制模块（3）增加风量；

如果中控模块（12）侦测锂电池组（9）工作电压达到欠压状态，系统开启充电模式，SOFC模组（1）工作对锂电池组（9）进行充电；

步骤五

系统终止工作，中控模块（12）关断SOFC模组（1）输出，中控模块（12）控制氢气控制模块（4）调节氢气流量为额定流量的50%±5%（范围），中控模块（12）控制风机控制模块（3）由当前温度降至360-400度速率；当SOFC模组（1）温度降至低于500度±25度，中控模块（12）控制氢气控制模块（4）调节氢气流量为额定流量的30%±5%，中控模块（12）控制风机控制模块（3）调减风量以满足100-120分钟由初始温度降至380-400度速率；当SOFC模组（1）温度降至380-400度后，中控模块（12）控制氢气控制模块（4）关断氢气流量，中控模块（12）控制风机控制模块（3）调减风量至最低风量，当SOFC模组（1）温度降至室温关断电源。

4.根据权利要求3所述的SOFC氢燃料电源设备的控制方法，其特征在于在所述步骤一中，开启设备后，系统初始化，用户通过控制显示模块（14）的界面输入氢气罐（5）的压力参数、容量参数及是否禁止系统于极限状态工作。

5.根据权利要求3所述的SOFC氢燃料电源设备的控制方法，其特征在于在所述步骤二中，中控模块（11）控制热控模块（2）的加温速率是40分钟-50分钟，使SOFC模组（1）温度达到800度-820度。

6.根据权利要求3所述的SOFC氢燃料电源设备的控制方法，其特征在于在所述步骤四中，中控模块（12）通过电堆电压口侦测SOFC模组（1）的状态，在控制显示模块（14）上设有四格光标指示分别表示弱区域、经济区域、强区域及极限区域，当中控模块（12）侦测SOFC模组（1）放电运行电压值＞0.85V时，控制显示模块（14）的光标指示在弱区域；当中控模块（12）控制SOFC模组（1）经济放电运行电压值为0.8-0.85V时，控制显示模块（14）的光标指示在经济区域；当中控模块（12）控制SOFC模组（1）大功率放电运行电压值为0.8-0.65V时，控制显示模块（14）的光标指示在强区域；当中控模块（12）控制SOFC模组（1）极限放电运行电压值为0.65-0.6V时，控制显示模块（14）的光标指示在极限区域；当SOFC模组（1）运行电压低于下限值即电压值小于0.6V时，控制显示模块（14）的光标指示极限区域的最后端，系统维持SOFC模组（1）恒定下限值放电，并超载报警；控制显示模块（14）同时显示系统启动时间、运行时长、工作温度、系统异常信息警示。

7.根据权利要求4所述的SOFC氢燃料电源设备的控制方法，其特征在于在所述步骤四中，中控模块（12）根据负载的输出状态加大SOFC模组（1）运行强度，系统极限运行为“禁止”则为恒压运行放电电压为低于0.7V±5mV且锂电池组（9）充电优先；系统极限运行为“允许”则为恒压运行放电电压为0.65V-0.7V（范围）且锂电池组充电优先；用户将氢气总量通过控制显示模块（14）输入中控模块（12）中，中控模块（12）根据氢气总量在控制显示模块（14）提示当前运行状态下剩余工作时间，当剩余工作为3-10分钟，界面声光闪烁报警，界面弹出换瓶及消除报警按键及换瓶完毕按键，系统接收到换瓶及消除报警按键信息，停止报警，等待换瓶完毕按键信息并持续计算剩余工作时间为0-3分钟，再次启动报警，中控模块（12）向氢气控制模块（4）发送氢气流量参数值与氢气流量计实际氢气流量值比对，当实际氢气流量值持续低于氢气流量参数值，中控模块（12）通过控制显示模块（14）及报警模块（15）发出声光强烈报警后，系统控制SOFC模组（1）终止运行，中控模块（12）控制氢气控制模块（4）氢气流量降至额定流量的30%±5%，进行快速降温；当系统收到换瓶完毕信息：1、更新剩余工作时间为初始值，系统保持正常工作控制状态；2、氢气流量以降至额定流量的30%±5%，中控模块（12）控制氢气控制模块（4）氢气流量恢复至调降前流量值，SOFC模组（1）环境温度大于700度，重新恢复SOFC模组（1）工作状态，系统保持正常工作控制状态。

8.根据权利要求3所述的SOFC氢燃料电源设备的控制方法，其特征在于在所述步骤五中，中控模块（12）控制风机控制模块（3）调减风量以满足100-160分钟，由当前温度降至360-400度速率。

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