專利名稱：用于從氫氣產(chǎn)生電功率以及從電功率產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng)的運(yùn)行的管理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于憑借燃 料電池(發(fā)電機(jī))從氫氣產(chǎn)生電功率以及憑借電解池(電解槽)從電功率產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng)的運(yùn)行的管理。
背景技術(shù)：
從使用氫氣作為能量載體的技術(shù)角度看，眾所周知，燃料電池是最有希望的解決方案之一。燃料電池是可以利用電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電功率的裝置。在単一燃料電池中分別在陽(yáng)極和陰極同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)半反應(yīng)(half reaction)。燃料電池的陽(yáng)極和陰極被典型地由質(zhì)子傳導(dǎo)磺酸鹽聚合物(proton-conducting sulphonate polymer)構(gòu)成的電解液分開，其相對(duì)側(cè)涂布有由催化混合物(例如，Pt-基的)構(gòu)成的適當(dāng)層。該電解液通常是飽和的離子載液(例如水)，使得氫離子可以穿過電解液從陽(yáng)極到達(dá)陰扱。燃料電池中出現(xiàn)的總反應(yīng)是2H2+02 — 2H20(I)該反應(yīng)伴隨熱量和電功率的產(chǎn)生，并且源于分別在陽(yáng)極和陰極處發(fā)生的兩個(gè)半反應(yīng)的總和2H2 — 4H.+4e- (2)02+4H++4e_ — 2H20 (3)氫氣然后被饋送到陽(yáng)極，然后擴(kuò)散到催化涂布中，并分離成氫離子和電子，由于膜是非滲透性的，該氫離子和電子經(jīng)外部電路向陰極行進(jìn)，這樣生成電流和相應(yīng)的電位差。含氧氣體混合物被饋送到陰極，該含氧氣體混合物與穿過電解液的氫離子以及來(lái)自外部電路的電子反應(yīng)。特別地，因?yàn)橘|(zhì)子穿過高分子膜要借助水分子來(lái)發(fā)生，所以反應(yīng)物氣體需要進(jìn)行增濕。濕度太低會(huì)使質(zhì)子從陽(yáng)極組件達(dá)到陰極組件變得更加困難，結(jié)果是燃料電池性能的降低，而濕度太高會(huì)濃縮成液態(tài)，結(jié)果是催化位置的阻塞(occlusion)，以及燃料性能的降低。由于反應(yīng)⑴與明確限定的最大電壓的生成相關(guān)，因而多個(gè)燃料単元通常串聯(lián)連接以形成堆疊而達(dá)到更高的電壓。在憑借燃料電池從氫氣產(chǎn)生電功率的系統(tǒng)的類型中，運(yùn)行該系統(tǒng)所需的氫氣被存儲(chǔ)在鋼瓶(cylinder)中，應(yīng)當(dāng)定期對(duì)其進(jìn)行更換以重新補(bǔ)充使用的氫氣。為了消除該缺陷，用于從氫氣產(chǎn)生電功率的不同類型的系統(tǒng)使用可再生或可逆燃料電池，該燃料電池可逆向運(yùn)行以從產(chǎn)生的電功率產(chǎn)生氫氣。此外，為了消除該缺陷，已經(jīng)建議了ー種憑借燃料電池從氫氣產(chǎn)生電功率以及憑借電解池從電功率產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng)，其中基于電解池的電解槽被設(shè)置在基于燃料電池的發(fā)電機(jī)旁邊，以重新補(bǔ)充后者所消耗的氫氣。然而，在這些生產(chǎn)系統(tǒng)中，沒有用于對(duì)產(chǎn)生氫氣并生成電功率的系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行管理的整合策略，其中用戶也可與瞬時(shí)本地條件(instantaneous local condition)相關(guān)地對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)行加以干預(yù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于憑借燃料電池從氫氣產(chǎn)生電功率以及憑借電解池從電功率產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)克服了所描述的缺陷。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種如所附權(quán)利要求限定的系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于憑借燃料電池從氫氣產(chǎn)生電功率以及憑借電解池從電功率產(chǎn)生氫氣。


圖I示出了一種用于憑借燃料電池從氫氣產(chǎn)生電功率以及憑借電解池從電功率產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng)的方框圖；圖2示出了單一燃料電池中隨電流密度變化的電壓·
圖3示出了根據(jù)施加到電解槽自身的電壓所產(chǎn)生的氫氣流量圖和電解槽的氫氣產(chǎn)生的效率圖；以及圖4示出了根據(jù)施加到電解槽自身的電壓而變化的電解槽上的電功率圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，以允許本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明進(jìn)行實(shí)施并使用。所描述的實(shí)施例的各種變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說將是明顯的，因此在不脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下，所描述的一般原理可以應(yīng)用于其它實(shí)施例和應(yīng)用。因此，不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為本發(fā)明局限于所描述且所示出的實(shí)施例，相反，而是根據(jù)本文描述且要求保護(hù)的原理和特征賦予其最廣泛的保護(hù)范圍。在圖I中，數(shù)字I總的來(lái)說表示一個(gè)用于憑借燃料電池從氫氣產(chǎn)生電功率(electric power)以及憑借電解池(electrolytic cell)從電功率產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng),該系統(tǒng)可以選擇性地運(yùn)行，以從氫氣產(chǎn)生電功率并將電功率供應(yīng)到電功率用戶或本地供電網(wǎng)，以及從本地供電網(wǎng)獲得電功率并從該電功率產(chǎn)生氫氣。在圖I中，分別由實(shí)線和虛線來(lái)示出當(dāng)從氫氣產(chǎn)生電功率時(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)I中的氫氣流以及當(dāng)從電功率產(chǎn)生氫氣時(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)I中的電功率流。只示出了生產(chǎn)系統(tǒng)I的用于理解本發(fā)明所需的部件，該生產(chǎn)系統(tǒng)I基本上包括-可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2；-氫氣壓力改變級(jí)3；-電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)4；以及-管理級(jí)5，配置成根據(jù)下文描述的模式來(lái)管理可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2、氫氣壓力改變級(jí)3以及電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)4的運(yùn)行?？赡骐姽β?氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2可以以從氫氣產(chǎn)生電功率的模式以及以從電功率產(chǎn)生氫氣的模式選擇性地運(yùn)行，并且基本上包括-發(fā)電機(jī)6，其可以運(yùn)行以從氫氣產(chǎn)生電功率且包括燃料電池堆7，該燃料電池堆7用于生成電功率且由串聯(lián)電連接的多個(gè)堆疊的質(zhì)子交換膜(Proton Exchange Membrane,PEM)燃料電池形成；以及
-電解槽8，耦合至發(fā)電機(jī)6且可運(yùn)行以從電功率產(chǎn)生氫氣，并且包括用來(lái)從由發(fā)電機(jī)6生成的電功率產(chǎn)生氫氣的一堆疊的電解池9。每一個(gè)燃料電池基本上包括憑借二次組件(secondary component)(如密封件、集管(header)、彈簧或關(guān)閉拉桿等)組裝的膜電極組(membrane-electrode assembly, MEA)和兩個(gè)雙極板。膜電極組致力于將氫原子分裂成質(zhì)子和電子，并且具有大約70°C的運(yùn)行溫度和70. 5%@70°C的相對(duì)增濕。兩個(gè)雙極板在單基液體(mono-base fluid)存在的情況下得以最佳運(yùn)行，而且具有將反應(yīng)物(空氣或氧氣、氫氣)運(yùn)送到膜電極組的功能，并用作電流采集器。單一燃料電池的電壓取決于從燃料電池自身處所需求的電功率，并遵循圖2所示的圖形，其中縱軸示出在60 V測(cè)量的燃料電池的平均電壓V^，而橫軸示出燃料電池自身所需的電流密度J。依靠燃料電池的串聯(lián)電連接，由燃料電池堆7供應(yīng)的電功率是由多個(gè)單一燃料電 池供應(yīng)的電壓的簡(jiǎn)單總和，并且具有與圖2所示相似的圖形。分配由單一燃料電池供應(yīng)的電壓的均勻性是膜電極組的性能和耐用性的關(guān)鍵參量。而在電解池堆9中，所產(chǎn)生的氫氣流量0&和氫氣產(chǎn)生效率ηa取決于施加到電解池堆9的電壓V[并遵循圖3中分別由實(shí)線和點(diǎn)劃線示出的圖形，而施加到電解池堆9的電功率Pa與施加到電解池堆9自身的電壓V成正比，并遵循圖4所示的圖形。所產(chǎn)生的氫氣流量‘、氫氣產(chǎn)生效率以及電功率圖形取決于電解池堆9運(yùn)行所處的溫度，并且圖3和圖4所示的圖形對(duì)應(yīng)于60°C。工作電壓值極限與電解池堆9中電解池的數(shù)量、反應(yīng)激活能(最小值)以及電解池堆9所耐受的極限電壓(最大值)有關(guān)。而由單一電解池產(chǎn)生的氫氣流量Qa取決于電解池自身的有效面積?？赡骐姽β?氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2還包括-熱管理單元10，為發(fā)電機(jī)6和電解槽8所共用；-測(cè)量單元11,用于測(cè)量發(fā)電機(jī)6和電解槽8的電參數(shù)(electricquantity),例如溫度、單一燃料電池的電壓、由燃料電池堆7傳送的電流、燃料電池堆7的等效阻抗等；以及-流管理單元12，用于管理電功率流和氫氣流的分配以及燃料電池的膜的增濕條件，因?yàn)檫@些單元本身是已知的，而且本發(fā)明并未涉及，所以并未對(duì)其進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。根據(jù)可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2是以從氫氣產(chǎn)生電功率的模式還是以從電功率產(chǎn)生氫氣的模式運(yùn)行，氫氣壓力改變級(jí)3執(zhí)行改變的功能，尤其是升高或降低供應(yīng)到可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2的氫氣或由可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2產(chǎn)生的氫氣的壓力，并且氫氣壓力改變級(jí)3基本上由彼此連接的無(wú)源組件(如膨脹管(expansion vessel)、膜減少級(jí)(membrane reduction stage)、集氣室(plenum))和有源組件(如升壓器)組成。換句話說，在本發(fā)明的上下文中，氫氣壓力改變級(jí)3基本上由這樣的多個(gè)組件構(gòu)成，這些組件用來(lái)確定憑借基本機(jī)械性質(zhì)(essentially mechanical nature)的相互作用輸入的氫氣的壓力的期望增加或期望減少。電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)4執(zhí)行調(diào)節(jié)供應(yīng)到可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2和來(lái)自可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2的電功率的功能，尤其是在可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2以從氫氣產(chǎn)生電功率的模式運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)從可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2到電功率用戶或本地供電網(wǎng)的電功率以及在可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2以從電功率產(chǎn)生氫氣的模式運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)從本地供電網(wǎng)到可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2的電功率。尤其，電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)4基本上包括-可選的DC/DC轉(zhuǎn)換單元13；以及-AC/DC轉(zhuǎn)換單元14，適合于作為理想的電流發(fā)生器或電壓發(fā)生器運(yùn)行，以便無(wú)論輸入值如何而使輸出電壓或輸出電流處于設(shè)計(jì)值極限內(nèi)。尤其，AC/DC轉(zhuǎn)換單元14由根據(jù)升壓式拓?fù)浠蚪祲菏酵負(fù)溥B接的靜態(tài)電功率轉(zhuǎn)換元件(諸如二極管、MOSFET等半導(dǎo)體器件)以及感抗和容抗組成，也即，AC/DC轉(zhuǎn)換單元14能夠通過改變其電壓和電流(獨(dú)立地改變其中一個(gè)，并根據(jù)所需的電功率改變另一個(gè))來(lái) 轉(zhuǎn)換電功率。也可以通過管理橋接單元(電池或超級(jí)電容器)來(lái)執(zhí)行該任務(wù)。管理級(jí)5，基本上包括-數(shù)字和模擬輸入/輸出單元15，用于獲取由測(cè)量單元11供應(yīng)的電測(cè)量(electric measurement)并且由用戶輸入數(shù)據(jù)、命令以及選擇；-通信單元16，用于與遙控臺(tái)通信；以及-微控制器(DSP)17，連接至數(shù)字和模擬輸入/輸出單元15和通信單元16，并且被編程用于獲取由測(cè)量單元11供應(yīng)的電測(cè)量、由用戶給予的數(shù)據(jù)、命令和選擇以及由遙控臺(tái)提供的可能請(qǐng)求，用于存儲(chǔ)包含電解池堆9對(duì)于各種溫度值的產(chǎn)生的氫氣數(shù)據(jù)Qa和氫氣產(chǎn)生效率11%數(shù)據(jù)的映射圖，以及根據(jù)下文詳細(xì)描述的運(yùn)行管理策略并根據(jù)系統(tǒng)I是從氫氣產(chǎn)生電功率還是從電功率產(chǎn)生氫氣來(lái)管理可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2、氫氣壓力改變級(jí)3以及電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)4的運(yùn)行。I、從氡氣產(chǎn)牛電功率在從氫氣產(chǎn)生電功率期間，微控制器17被編程為-使氫氣壓力改變級(jí)3將氫氣壓力從大體等于100-300巴(bar)的存儲(chǔ)壓力減小到大體等于2-8巴的使用壓力，以確保其穩(wěn)定性；-使可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2將氫氣轉(zhuǎn)換成電功率；-使電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)4通過根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯(該預(yù)設(shè)邏輯依據(jù)了可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2可接受的電壓瞬變和電流瞬變)強(qiáng)加(impose)可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2的電壓值和電流值來(lái)管理可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2，使得可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2以供應(yīng)有所產(chǎn)生電功率的電功率用戶或本地供電網(wǎng)(恒定電壓、理想的電壓發(fā)生器、理想的電流發(fā)生器、電池充電器等)所要求的形式來(lái)供應(yīng)電功率；以及-使通信單元19將系統(tǒng)I的激活及殘余自治(residualautonomy)傳遞到遙控臺(tái)。2、從電功率產(chǎn)牛氡氣在從電功率產(chǎn)生氫氣期間，微控制器17被編程為-基于下列信息確定所述系統(tǒng)(I)何時(shí)將被激活-原位置中(本地供電網(wǎng)、可再生本地資源(renewablelocal source)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)等)電功率的存在和可用量；
-存儲(chǔ)的氫氣量；以及-遙控臺(tái)的請(qǐng)求；以及-根據(jù)運(yùn)行管理策略，管理可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2、氫氣壓力改變級(jí)3以及電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)4的運(yùn)行，該運(yùn)行管理策略-可由系統(tǒng)I的用戶設(shè)定；
-取決于由系統(tǒng)I中的測(cè)量單元11測(cè)量的下列電參數(shù)；-存儲(chǔ)的氫氣量；-電功率的可用量；以及-本地環(huán)境溫度和壓力；-并根據(jù)應(yīng)用通過管理氫氣壓力改變級(jí)3旨在達(dá)到一個(gè)或多個(gè)下列目標(biāo)-在盡可能短的時(shí)間填充儲(chǔ)氫(hydrogenstorage)；-以盡可能高的效率填充儲(chǔ)氫；-使用所有的可用電功率(與供電者協(xié)商的剩余電功率或由可再生資源及隨時(shí)間的可能變化圖形而推導(dǎo)得出電功率)填充儲(chǔ)氫；以及-根據(jù)本地供電網(wǎng)中程控電力切斷(programmedelectric power cut-off)確保儲(chǔ)氫的填充。尤其，根據(jù)運(yùn)行管理策略并由此根據(jù)用戶想要達(dá)到的目標(biāo)，電功率管理和調(diào)節(jié)單元4通過設(shè)定電流和電壓對(duì)可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2施加不同的作用，其中該電流和電壓被用來(lái)供應(yīng)到電解池堆9，并且該電流和電壓由微控制器17根據(jù)設(shè)定的運(yùn)行管理策略、上述由系統(tǒng)I中的測(cè)量單元11測(cè)量的電參數(shù)的值、以及圖3所示的曲線而進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算得到。更詳細(xì)地-為了在盡可能短的時(shí)間填充儲(chǔ)氫，電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)4迫使可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2以電解池堆9在參考溫度下可支撐的最大可能電壓運(yùn)行，以產(chǎn)生最高的氫氣流量Qel (圖 3 中等于 48. 5Vi60°C )；-為了以盡可能高的效率填充儲(chǔ)氫，電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)4迫使可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2以最小允許電壓(即，氣體在該電壓下不會(huì)分離)運(yùn)行，因而確保所需的純度(圖3中等于46. 5V)；-為了使用所有的可用電功率填充儲(chǔ)氫，微控制器17首先計(jì)算出利用可用電功率能夠產(chǎn)生的最大氫氣流量，并且將該數(shù)據(jù)供應(yīng)到電功率管理和調(diào)節(jié)單元4，電功率管理和調(diào)節(jié)單元4由此會(huì)使可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2產(chǎn)生所計(jì)算出的最大氫氣流量?？捎秒姽β试礁?，強(qiáng)加到電解池堆9的電壓越高；-為了根據(jù)本地供電網(wǎng)中程控電力切斷確保儲(chǔ)氫的填充，微控制器17首先計(jì)算出可用電功率。該計(jì)算是根據(jù)可用電功率并根據(jù)程控切斷之前的剩余時(shí)間來(lái)進(jìn)行(整個(gè)可用時(shí)間上的所有電功率)。之后，微控制器17計(jì)算出平均工作點(diǎn)(可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2的電壓和電流)。然后將平均工作點(diǎn)供應(yīng)到電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)4進(jìn)而使可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)2在該點(diǎn)工作。通過對(duì)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的特征的審查，本系統(tǒng)與當(dāng)前存在的可用解決方案相比所達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。
尤其，與具有基于更換氫氣鋼瓶的存儲(chǔ)的解決方案相比，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可更可靠且更經(jīng)濟(jì)地實(shí)施。與基于將燃料電池發(fā)電機(jī)和電解槽耦合的解決方案相比，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有-更低的成本，得益于使用的是常用部件；-更高的效率，得益于實(shí)施改進(jìn)的整合策略的可能性；以及-更高的效率，得益于與周圍條件相關(guān)地對(duì)氫氣產(chǎn)生參量的管理。最后，與基于可逆燃料電池的解決方案相比，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)-更可靠，得益于技術(shù)更成熟以及以單獨(dú)和獨(dú)立的方式對(duì)燃料電池堆和電解池堆 進(jìn)行干預(yù)(普通和輔助維護(hù))的可能性；以及-更有效，得益于獨(dú)立設(shè)計(jì)氫氣產(chǎn)生和使用級(jí)的可能性。
權(quán)利要求
1.一種用于從氫氣產(chǎn)生電功率以及從電功率產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng)(I)，包括 -可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)，包括用來(lái)從存儲(chǔ)的氫氣產(chǎn)生電功率的燃料電池堆(7)以及用來(lái)從電功率產(chǎn)生氫氣的電解池堆(9)； -氫氣壓力改變級(jí)(3),用來(lái)改變來(lái)自所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)的氫氣以及供應(yīng)到所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)的氫氣的壓カ； -電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)(4)，用來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)自所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)的電功率以及供應(yīng)到所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)的電功率；以及 -管理級(jí)(5)，用來(lái)基于所述系統(tǒng)(I)是運(yùn)行以從氫氣產(chǎn)生電功率還是從電功率產(chǎn)生氫氣以及基于可由用戶設(shè)定的運(yùn)行管理策略來(lái)區(qū)別地管理所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)、所述氫氣壓カ改變級(jí)(3)以及所述電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)(4)的運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述氫氣壓カ改變級(jí)(3)基本上由彼此互連的無(wú)源組件和有源組件組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的系統(tǒng)(I)，其中，當(dāng)運(yùn)行以從氫氣產(chǎn)生電功率時(shí)，所述管理級(jí)(5)被配置成 -使所述氫氣壓カ改變級(jí)(3)將存儲(chǔ)的氫氣壓力從存儲(chǔ)壓カ減小到使用壓カ； -使所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)將所存儲(chǔ)的氫氣轉(zhuǎn)換成電功率； -使所述電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)(4)通過根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯強(qiáng)加所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)的電壓值和電流值來(lái)管理所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)，從而使所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)以電負(fù)載或本地供電網(wǎng)要求的形式將所產(chǎn)生的電功率供應(yīng)至所述的電負(fù)載或本地供電網(wǎng)，所述預(yù)設(shè)邏輯依據(jù)了所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)可接受的電壓瞬變和電流瞬變。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)(I)，其中，當(dāng)運(yùn)行以從氫氣產(chǎn)生電功率時(shí)，所述管理級(jí)(5)進(jìn)ー步被配置成 -使通信単元(15)將系統(tǒng)激活及殘余自治傳遞到遙控臺(tái)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)(I)，其中，當(dāng)運(yùn)行以從電功率產(chǎn)生氫氣時(shí)，所述管理級(jí)(5)被配置成 -基于以下所列確定所述系統(tǒng)(I)何時(shí)將被激活 -原位置中電功率的可用性和存在； -存儲(chǔ)的氫氣量；以及 -遙控臺(tái)的可能請(qǐng)求； -使所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)將電功率轉(zhuǎn)換成氫氣； -使所述電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)(4)基于可由用戶設(shè)定的控制策略控制所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)，以達(dá)到下列一個(gè)或多個(gè)目標(biāo) a)在盡可能短的時(shí)間填充儲(chǔ)氫； b)以盡可能高的效率填充儲(chǔ)氫； c)使用所有的可用電功率填充儲(chǔ)氫；以及 d)依據(jù)所述本地供電網(wǎng)中的程控電カ切斷來(lái)確保儲(chǔ)氫的填充。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(1)，其中 -為了在盡可能短的時(shí)間填充儲(chǔ)氫，所述電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)(4)被配置成迫使所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)⑵以最大可能電壓運(yùn)行，以得到給出的參考溫度下最高的氫氣流量； -為了以盡可能高的效率填充儲(chǔ)氫，所述電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)(4)被配置成迫使所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)以 最小允許電壓運(yùn)行； -為了使用所有的可用電功率填充儲(chǔ)氫，所述電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)(4)被配置成使所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)以運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行，該運(yùn)行點(diǎn)與利用可用電功率可獲得的最大氫氣流量對(duì)應(yīng)；以及 -為了依據(jù)所述本地供電網(wǎng)中的程控電カ切斷來(lái)確保儲(chǔ)氫的填充，所述電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)(4)被配置成使所述可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)以運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行，該運(yùn)行點(diǎn)被確定為基于可用電功率和可用時(shí)間整體計(jì)算出的多個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的平均數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述管理級(jí)(5)被配置成基于可由用戶設(shè)定的控制策略和在所述系統(tǒng)(I)中測(cè)量的電參數(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)計(jì)算要被供應(yīng)到所述電解池堆(9)的電壓值和電流值。
8.一種根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一個(gè)所述的用于系統(tǒng)(I)的管理級(jí)(5)，該系統(tǒng)(I)用于從氫氣產(chǎn)生電功率以及從電功率產(chǎn)生氫氣。
9.ー種在系統(tǒng)(I)的管理級(jí)(5)中可加載的軟件，該系統(tǒng)(I)用于從氫氣產(chǎn)生電功率以及從電功率產(chǎn)生氫氣，并且該軟件被設(shè)計(jì)為在執(zhí)行時(shí)使所述管理級(jí)(5)按如前述權(quán)利要求的任何一個(gè)所述的進(jìn)行配置。
全文摘要
一種用于從氫氣產(chǎn)生電功率以及從電功率產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng)(1)，包括可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)，包括用來(lái)從存儲(chǔ)的氫氣產(chǎn)生電功率的燃料電池堆(7)以及用來(lái)從電功率產(chǎn)生氫氣的電解池堆(9)；氫氣壓力改變級(jí)(3)，用來(lái)改變供應(yīng)到可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)或從可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)產(chǎn)生的氫氣的壓力；電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)(4)，用來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)自可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)/供應(yīng)到可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)的電功率；以及管理級(jí)(5)，根據(jù)系統(tǒng)(1)是從氫氣產(chǎn)生電功率還是從電功率產(chǎn)生氫氣并根據(jù)用戶設(shè)定的運(yùn)行管理策略來(lái)區(qū)別地管理可逆電功率-氫氣轉(zhuǎn)換級(jí)(2)、氫氣壓力改變級(jí)(3)以及電功率管理和調(diào)節(jié)級(jí)(4)的運(yùn)行。
文檔編號(hào)C25B1/04GK102725900SQ201180007458
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者盧卡·巴爾迪尼, 朱塞佩·賈諾利奧, 皮耶爾保羅·凱爾基, 西蒙娜·西爾溫尼 申請(qǐng)人:依萊克托電能系統(tǒng)股份有限公司