Control para reformador, pila de combustible y sistema de gestión de batería en un grupo electrógeno estacionario.

Método para hacer funcionar un sistema de generación eléctrica que incluye una célula de combustible acoplada a un acumulador eléctrico a través de un bus de CC,

en el que la célula de combustible está acoplada además a un reformador de vapor, y en el que el acumulador eléctrico incluye una batería, que comprende

ajustar el funcionamiento del reformador basándose en una tensión afectada por el acumulador eléctrico, respondiendo el ajuste a la tensión del bus de CC, mientras se mantiene una relación vapor a carbono del reformador para controlar la carga del acumulador eléctrico por la célula de combustible, y

ajustar un suministro de agua al reformador de vapor en respuesta a la variación de la tensión de batería, y ajustar un suministro de combustible al reformador de vapor en respuesta a la variación de la relación vapor a carbono para mantener la relación vapor a carbono,

en el que el método comprende además compensar un aumento de demanda de potencia proporcionando corriente desde el acumulador eléctrico antes de que aumente la corriente en la célula de combustible por el ajuste del reformador

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09007887.

Solicitante: Doosan Fuel Cell America, Inc.

Inventor/es: EVANS,CRAIG, ERNST,STEVE, REGE,EVAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01M16/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › Combinaciones estructurales de tipos diferentes de generadores electroquímicos.
  • H01M8/06 H01M […] › H01M 8/00 Pilas de combustible; Su fabricación. › Combinación de pilas de combustible con medios para la producción de reactivos o para el tratamiento de residuos (pilas de combustible regenerativas H01M 8/18).

PDF original: ES-2541152_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Control para reformador, pila de combustible y sistema de gestión de batería en un grupo electrógeno estacionario Antecedentes y sumario La electricidad puede generarse en grupos electrógenos estacionarios a partir de combustible sin tratar enriquecido con hidrógeno tras su oxidación en un apilamiento de células de combustible en el que una pluralidad de células de combustible están empaquetadas entre sí. Los sistemas de control que monitorizan el flujo a través de y de salida de reformadores y apilamientos de células de combustible pueden facilitar la gestión del grupo electrógeno durante fluctuaciones de la potencia disponible, por ejemplo pueden emplearse sistemas de acumulador en forma de baterías y/o supercondensadores para proteger los componentes del grupo electrógeno de tales transitorios.

Varios documentos de la técnica anterior se refieren a una variedad de métodos para controlar un sistema de célula de combustible de tipo genérico. El documento US 6.495.277 B1 da a conocer un sistema de generación eléctrica que incorpora un apilamiento de células de combustible, un reformador y una batería. La salida del apilamiento de células de combustible se regula basándose en diferentes variables para impedir que el apilamiento de células de combustible suministre una potencia de salida mayor que la nominal. El documento US 2002/0046889 A1 se refiere a un sistema de célula de combustible para un automóvil con un apilamiento de células de combustible, un reformador y una batería, en el que la cantidad de combustible sin tratar y oxígeno al reformador se controla de manera que puede reducirse la cantidad de carbono depositado y acumulado en el catalizador de reformado. El documento US 2007/0190380 A1 da a conocer un sistema de célula de combustible con un apilamiento de células de combustible, un reformador y una batería, en el que la tasa de introducción de combustible responde a la presión de hidrógeno de salida del reformador.

El mantenimiento del flujo de electrones a través de un circuito de célula de combustible puede conseguirse garantizando una presencia continuada de hidrógeno en el lado de ánodo en el que se disocia en protones y electrones en presencia de un catalizador de ánodo. En ausencia de hidrógeno, la integridad de la célula de combustible puede verse comprometida. Por tanto, en un enfoque de la gestión de grupos electrógenos, se garantiza un gran cantidad de hidrógeno en el ánodo mediante el uso de grandes apilamientos de células de combustible. Sin embargo, los inventores han reconocido en el presente documento que esto puede generar una necesidad de grandes cantidades de combustible y grandes zonas correspondientes para alojar el combustible.

Puesto que la potencia, y por tanto la corriente, suministrada por una célula de combustible tiene impacto sobre la medida de las pérdidas en las que se incurre, y por consiguiente la eficiencia de la célula de combustible, también es deseable mantener la potencia de salida de un apilamiento de células de combustible. De manera adicional, las pérdidas por activación de célula de combustible pueden contribuir a disminuciones en la tensión de salida. Por tanto, en otro enfoque de la gestión de grupos electrógenos, se incorpora un sistema de control para ajustar la capacidad de reformador en respuesta a la corriente suministrada por el apilamiento de células de combustible. Los ajustes en la capacidad de reformador por la variación de combustible sin tratar de entrada y cantidades de vapor permiten ajustes en el nivel de combustible enriquecido con hidrógeno que entra en el apilamiento de células de combustible. Sin embargo, los inventores en el presente documento también han reconocido una desventaja con un enfoque de este tipo. Específicamente, el tiempo de respuesta implicado en el ajuste de los caudales de agua y combustible del reformador, el ajuste de las velocidades de soplador de vapor de aire y la regulación de los niveles de temperatura del sistema, a menudo puede ser más largo de lo deseado. Tiempos de respuesta tardíos pueden conducir a un daño de componentes debido a una insuficiencia temporal en los niveles de hidrógeno en el lado de ánodo de la célula de combustible, incluso si se utilizan cantidades suficientemente grandes de almacenamiento de combustible. El daño puede verse agravado en caso de fluctuaciones transitorias.

En un enfoque, los problemas anteriores pueden abordarse mediante un método para hacer funcionar un sistema de generación eléctrica que incluye una célula de combustible acoplada a un acumulador eléctrico, en el que la célula de combustible está acoplada además a un reformador de vapor. El método puede comprender ajustar el funcionamiento del reformador basándose en una tensión afectada por el acumulador eléctrico mientras se mantiene una relación vapor a carbono del reformador para controlar la carga del acumulador eléctrico por la célula de combustible. Según la invención, el método comprende compensar el aumento de demanda de potencia proporcionando corriente desde el acumulador eléctrico antes de que aumente la corriente en la célula de combustible por el ajuste del reformador.

De este modo, ajustando el reformador en respuesta a la tensión, el reformador puede guiar el sistema en respuesta a perturbaciones de tensión. Por tanto, puede usarse un acumulador eléctrico para compensar la demanda durante condiciones transitorias (por ejemplo, para que reaccionen dispositivos auxiliares tales como bombas, sopladores, etc.) , en lugar de depender de un gran acumulador de combustible, por ejemplo, para reducir la probabilidad de que se dé una insuficiencia de combustible en el ánodo.

Debe entenderse que la descripción anterior se proporciona para introducir de forma simplificada una selección de conceptos que se describen adicionalmente en la descripción detallada. No pretende identificar características clave o esenciales del contenido reivindicado, cuyo alcance se define únicamente por las reivindicaciones que siguen a la descripción detallada. Además, el contenido reivindicado no se limita a implementaciones que solucionan cualquier desventaja indicada anteriormente o en cualquier parte de esta divulgación.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 muestra un diagrama esquemático de una realización de un grupo electrógeno estacionario.

La figura 2 muestra un diagrama esquemático de una realización de un sistema de control de grupo electrógeno estacionario según la presente divulgación.

La figura 3 muestra una representación esquemática detallada de la realización del sistema de control de grupo electrógeno estacionario ilustrado en la figura 2.

La figura 4 muestra, a modo de diagrama de flujo, una realización de un método para controlar un grupo electrógeno estacionario según la presente divulgación.

La figura 5 muestra, a modo de diagrama de flujo, una descripción simplificada de la realización de la rutina de sistema de control ilustrada en las figuras 3-4.

Descripción detallada La figura 1 muestra una realización de un grupo 100 electrógeno estacionario (denominado en adelante en el presente documento "grupo 100 electrógeno") que genera energía eléctrica a partir de un combustible sin tratar enriquecido con hidrógeno usando tecnología de célula de combustible. El grupo electrógeno estacionario comprende un conjunto 102 de apilamiento de células de combustible que se comunica con un convertidor 104 CC-CC antes de transportar energía eléctrica al bus 106 de CC. El convertidor 104 CC-CC puede comprender una parte de un sistema de control tal como se describe en la presente divulgación.

El grupo 100 electrógeno comprende un sistema 108 de acumulador, ejemplos del cual incluyen, pero no se limitan a, un acumulador de tensión/corriente electrónico, una batería o grupo de baterías, supercondensadores o combinaciones de los mismos. El resto 110 del grupo incluye los componentes, estructuras y sistemas restantes que comprende el grupo electrógeno tal como equipos necesarios para el funcionamiento seguro y la coordinación técnica de todas las partes de un grupo electrógeno. Los ejemplos de esto incluyen, pero no se limitan a, transformadores principales y auxiliares, grúas y turbinas. El bus 106 de CC alimenta al inversor 112 que convierte la entrada de potencia de CC generada por el grupo 100 electrógeno en salida de potencia de CA para su posterior transmisión. En una realización del grupo 100 electrógeno, el sistema 108 de acumulador puede cargarse por la entrada de potencia de CA procedente del inversor 112 si la potencia generada por el conjunto 102 de apilamiento de células de combustible no es suficiente.

Puesto que el sistema de control de grupo electrógeno... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para hacer funcionar un sistema de generación eléctrica que incluye una célula de combustible acoplada a un acumulador eléctrico a través de un bus de CC, en el que la célula de combustible está acoplada además a un reformador de vapor, y en el que el acumulador eléctrico incluye una batería, que comprende ajustar el funcionamiento del reformador basándose en una tensión afectada por el acumulador eléctrico, respondiendo el ajuste a la tensión del bus de CC, mientras se mantiene una relación vapor a carbono del reformador para controlar la carga del acumulador eléctrico por la célula de combustible, y ajustar un suministro de agua al reformador de vapor en respuesta a la variación de la tensión de batería, y ajustar un suministro de combustible al reformador de vapor en respuesta a la variación de la relación vapor a carbono para mantener la relación vapor a carbono, en el que el método comprende además compensar un aumento de demanda de potencia proporcionando corriente desde el acumulador eléctrico antes de que aumente la corriente en la célula de combustible por el ajuste del reformador.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el flujo de agua al reformador se aumenta en respuesta a una disminución de la tensión.

3. Método según la reivindicación 1, que comprende además ajustar un modo de un convertidor CC-CC acoplado en el sistema basándose en una corriente de carga generada por la célula de combustible.

4. Método según la reivindicación 1, que comprende además ajustar un flujo de combustible al reformador en respuesta a una relación carbono a vapor.

5. Método según la reivindicación 1, que comprende además ajustar un flujo de aire de la célula de combustible en respuesta a una corriente de carga generada por la célula de combustible.

6. Método según la reivindicación 1, que comprende además:

ajustar el flujo de agua al reformador en respuesta a la tensión, mientras se ajusta un flujo de combustible al reformador en respuesta a una relación carbono a vapor, y mientras se ajusta un flujo de aire de la célula de combustible en respuesta a una corriente de carga generada por la célula de combustible.

7. Método para hacer funcionar un apilamiento de células de combustible en un sistema de generación eléctrica según la reivindicación 1, estando el apilamiento de células de combustible acoplado a un acumulador eléctrico a través de un convertidor CC-CC y un bus de tensión de CC, en el que la célula de combustible está acoplada además a un reformador de vapor, que comprende

ajustar el funcionamiento del reformador basándose en una tensión deseada del bus de tensión de CC y basándose en una relación vapor a carbono deseada del reformador para controlar la carga del acumulador eléctrico por la célula de combustible, en el que el ajuste incluye ajustar el combustible sin tratar suministrado al reformador basándose en una retroalimentación indicativa de una relación vapor a carbono real y ajustar el agua suministrada al reformador basándose en una retroalimentación indicativa de la tensión real del bus de tensión de CC, en el que el método comprende además compensar el aumento de demanda de potencia proporcionando corriente desde el acumulador eléctrico antes de que aumente la corriente en la célula de combustible por el ajuste del reformador.

8. Método según la reivindicación 7, en el que la tensión de CC deseada se ajusta con parámetros de funcionamiento y/o en el que la relación vapor a carbono deseada se ajusta con parámetros de funcionamiento.

9. Sistema, que comprende:

un apilamiento de células de combustible;

un reformador acoplado al apilamiento de células de combustible que proporciona combustible enriquecido con hidrógeno al apilamiento de células de combustible;

un suministro de combustible sin tratar que suministra combustible sin tratar al reformador;

un suministro de agua que suministra agua al reformador;

un suministro de aire que suministra aire al apilamiento de células de combustible;

un bus de tensión acoplado eléctricamente al apilamiento de células de combustible;

un sistema de batería acoplado eléctricamente al bus de tensión;

un sistema de control configurado para ajustar el agua suministrada al reformador en respuesta a la tensión del bus de tensión, y para ajustar el combustible sin tratar suministrado al reformador en respuesta a una relación vapor a carbono; y medios configurados para compensar un aumento de demanda de potencia proporcionando corriente desde el sistema de batería antes de que aumente la corriente en la célula de combustible por el ajuste del reformador.

10. Sistema según la reivindicación 9, en el que el sistema de control ajusta además el aire suministrado a la célula de combustible en respuesta a una corriente de carga generada por la célula de combustible y/o en el que el agua suministrada al reformador y el combustible sin tratar suministrado al reformador se ajustan independientemente de la corriente de carga y/o que comprende además un convertidor CC-CC acoplado eléctricamente al bus de tensión, en el que el bus de tensión es un bus de tensión de CC, y en el que el apilamiento de células de combustible está acoplado eléctricamente al bus de tensión de CC a través del convertidor CC-CC y/o en el que el sistema de control ajusta además el funcionamiento del convertidor CC-CC en respuesta a la corriente de carga.

11. Sistema según la reivindicación 10, en el que el sistema está acoplado en un grupo electrógeno estacionario.


 

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