一种多电堆燃料电池系统、车辆技术方案

本实用新型专利技术涉及燃料电池控制技术领域，特别是一种多电堆燃料电池系统、车辆。该车辆包括燃料电池系统和用电元件，该系统包括控制器、串联供电电路或并联供电电路、冷却水管路和供气管路，冷却水管路通过各冷却支路连接各电堆，供气管路通过各供气支路连接各电堆，各供气支路上分别设置有电磁气阀；串联供电电路中或并联供电电路中设置有分别控制各电堆的控制开关；控制器的输出端连接各电磁气阀和各控制开关，通过控制器控制控制开关和电磁气阀先启动部分电堆，其产生的热量，可为其他电堆快速升温提供热量，实现燃料电池系统快速升温，解决了低温环境中燃料电池升温时间较长、启动较慢导致电池性能下降、不能满足用户使用需求的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多电堆燃料电池系统、车辆
本技术涉及燃料电池控制
，特别是一种多电堆燃料电池系统、车辆。
技术介绍
燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置，具有能量转化效率高、无温室气体排放等优点，适用于汽车、电站、航天等领域。燃料电池具有最佳反应温度，比如质子交换膜燃料电池的最佳反应温度为70～90℃，燃料电池快速启动，达到最佳反应温度，实现高效运行，具有重要意义。燃料电池系统由电堆模块、空气供给系统、氢气供给系统、水热管理系统和控制系统组成，其中电堆模块数个电堆串联或并联组成。燃料电池发生电化学反应有一个最佳温度范围，比如质子交换膜燃料电池为70～90℃，燃料电池启动后需要尽快将温度提升至反应最佳温度区间，一方面提高氢电转化效率，一方面延长燃料电池寿命。有中国专利公布号为CN103682403A的专利文献公开了一种具有分级式温度控制的燃料电池低温快速启动系统及方法，该系统包括质子交换膜燃料电池的电堆和冷却剂存储箱，电堆的空气进口管道上安装有空气加热器，电堆于冷却剂存储箱之间的进水管道上安装有冷却剂加热器，电堆上还设有电堆加热器，用于对质子交换膜燃料电池的端板、绝缘板和集流板进行预热，该系统还设有用于测量电堆温度的温度传感器。可知，燃料电池电堆在低温环境中，由于燃料电池本身比热容较大、环境温度较低等原因，燃料电池升温需要较长的时间，这不仅会影响燃料电池性能，而且难以满足客户需求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种多电堆燃料电池系统、车辆，用以解决低温环境中燃料电池升温时间较长、启动较慢导致电池性能下降的问题。为实现上述目的，本技术提供本技术提供一种多电堆燃料电池系统，包括用于向用电元件供电的供电电路、冷却水管路和供气管路，还包括控制器和至少两个电堆，所述冷却水管路通过各冷却支路连接所述各电堆，所述供气管路通过各供气支路连接所述各电堆，所述各供气支路上分别设置有一个电磁气阀；串联供电电路串联的所述各电堆，所述各电堆均并联一个旁路支路，所述各旁路支路上均设置有一个控制开关，或并联供电电路包括至少两个并联的供电支路，用于连接所述各电堆，所述各供电支路上均设置有一个控制开关；所述控制器的输出端连接所述各电磁气阀和所述各控制开关。当某一个或者数个电堆通过外加热或自加热方式先启动，产生电和热，一方面可以满足用户部分用电需求，另一方面可以使用这些电和热，对为其他电堆快速升温提供热量，最终实现燃料电池系统快速升温，解决了低温环境中燃料电池升温时间较长、启动较慢导致电池性能下降的问题。作为本技术提供的一种多电堆燃料电池系统的改进，所述各冷却支路上分别设置一个电磁水阀，所述控制器的输出端连接所述各电磁水阀。作为本技术提供的一种多电堆燃料电池系统进一步改进，所述控制器为燃料电池控制器。本技术还提供一种车辆，包括燃料电池系统和用电元件，所述燃料电池系统包括供电电路、冷却水管路和供气管路，所述燃料电池系统还包括控制器和至少两个电堆，所述冷却水管路通过各冷却支路连接所述各电堆，所述供气管路通过各供气支路连接所述各电堆，所述各供气支路上分别设置有一个电磁气阀；串联供电电路串联的所述各电堆，所述各电堆均并联一个旁路支路，所述各旁路支路上均设置有一个控制开关，或并联供电电路包括至少两个并联的供电支路，用于连接所述各电堆，所述各供电支路上均设置有一个控制开关；所述控制器的输出端连接所述各电磁气阀和所述各控制开关。作为本技术提供的一种车辆的改进，所述各冷却支路上分别设置一个电磁水阀，所述控制器的输出端连接所述各电磁水阀。作为本技术提供的一种车辆的进一步改进，所述控制器为燃料电池控制器。本技术通过一种多电堆燃料电池系统控制方法，当燃料电池启动时，通过控制供电开关将一个或多个电堆启动，将已启动的电堆产生的热量作为热源向未启动的一个或多个电堆提供热量。通过先热带动后热的方式，让一部分电堆先热起来，最终实现共同发热，实现了燃料电池电堆的快速暖机启动，解决了低温环境中燃料电池升温时间较长、启动较慢导致电池性能下降、不能满足用户使用需求的问题。作为本技术提供的一种多电堆燃料电池系统控制方法的改进，启动满足温度条件的电堆，直至所有电堆都启动。附图说明图1是实施例1的一种多电堆燃料电池系统的串联结构图；图2是实施例1的一种四电堆燃料电池系统的结构图；图3是实施例2的一种多电堆燃料电池系统的并联结构图；图4是实施例2的一种四电堆燃料电池系统的结构图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细的说明。实施例1本实施例1提供一种车辆，该车辆中设置有一种多电堆燃料电池系统和用电元件，其中燃料电池的电堆模块可由数个电堆串联组成，如图1所示为电堆串联的燃料电池系统结构图，包括串联供电电路，该串联供电电路连接用电元件以供电；在串联供电电路中，供电电路将燃料电池电堆串联起来，并在各电堆的正负极之间设置有相应的短路电路，短路电路上设置有控制开关，以控制控制开关所属电堆的开启或关闭，进而控制实际运行的电堆数量。如图1所示，该系统还包括冷却水管路，该冷却水管路通过冷却支路连接所有的电堆，在连接各电堆的各冷却支路上可以设置一个电磁水阀，以独立控制各电堆的冷却或加热；也可以不设置电磁水阀，所有的电堆的冷却水之间相互流通，当部分电堆开机时，其产生的热量能够通过冷却水管路进行热传递至未开机的电堆，实现电堆的快速启动。其中的冷却水管路中的冷却介质可以是水或油，也可以是其他的物质。如图1所示，该系统还包括供气管路，该供气管路通过各供气支路连接各电堆，各供气支路上设置有一个电磁气阀，以独立控制各电堆的供气。该系统还包括控制器(图中未画出)，若系统中设置有电磁水阀，则控制器的输出端连接各电磁水阀、各电磁气阀和各控制开关，优选的在车辆中该控制器为燃料电池控制器。当燃料电池启动时，通过控制供电开关将一个或多个电堆启动，将已启动的电堆产生的热量作为热源向未启动的一个或多个电堆提供热量。基于上述的多电堆燃料电池系统，能够完成先启动电堆模块中的部分电堆，产生电和热，一方面可以满足用户部分用电需求，另一方面可以快速给其他电堆暖机提供热源，实现快速冷启动。相应的控制方法如下。首先，控制器获取燃料电池开机信号；并控制相应的控制开关和电磁气阀以启动第一设定个数的电堆，其中该第一设定个数小于电堆个数；其次，控制器获取剩余各电堆的温度，判断剩余各电堆温度是否分别满足大于设定温度阈值；当电堆温度满足温度条件时，控制器控制相应的控制开关和电磁气阀以启动相应的电堆，最后，直至所有电堆都启动。如图2所示，一种四电堆燃料电池系统，该系统中电堆串联，以电堆数为4，启动1号和3号电堆为例，其中该电堆的选取为随机选取或者以设定的方式选取，启动步骤如下：1)接通1号和3号电堆供气管路、供电电路，接通1号、2号、3号和4号电堆冷却水管路。2)1号和3号开始发电和发热，1号、2号、3号和4号电堆冷却水管路由于共享开始逐渐升温，2和4号电堆温度逐步升高。3)2号和4号电堆温度升到0℃以上时，接通2号和4号的供气支路和供电电路以启动2号和4号电堆。另外，由于控制方式的不唯一，上述步骤1)中通过控制电磁水阀，可以仅仅接通1号、2号和3号电堆的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多电堆燃料电池系统，包括用于向用电元件供电的串联供电电路或并联供电电路、冷却水管路和供气管路，其特征在于，还包括控制器和至少两个电堆，所述冷却水管路通过各冷却支路连接所述各电堆，所述供气管路通过各供气支路连接所述各电堆，所述各供气支路上分别设置有一个电磁气阀；串联供电电路串联的所述各电堆，所述各电堆均并联一个旁路支路，所述各旁路支路上均设置有一个控制开关，或并联供电电路包括至少两个并联的供电支路，用于连接所述各电堆，所述各供电支路上均设置有一个控制开关；所述控制器的输出端连接所述各电磁气阀和所述各控制开关。

【技术特征摘要】
1.一种多电堆燃料电池系统，包括用于向用电元件供电的串联供电电路或并联供电电路、冷却水管路和供气管路，其特征在于，还包括控制器和至少两个电堆，所述冷却水管路通过各冷却支路连接所述各电堆，所述供气管路通过各供气支路连接所述各电堆，所述各供气支路上分别设置有一个电磁气阀；串联供电电路串联的所述各电堆，所述各电堆均并联一个旁路支路，所述各旁路支路上均设置有一个控制开关，或并联供电电路包括至少两个并联的供电支路，用于连接所述各电堆，所述各供电支路上均设置有一个控制开关；所述控制器的输出端连接所述各电磁气阀和所述各控制开关。2.根据权利要求1所述的多电堆燃料电池系统，其特征在于，所述各冷却支路上分别设置一个电磁水阀，所述控制器的输出端连接所述各电磁水阀。3.根据权利要求2所述的多电堆燃料电池系统，其特征在于，所述控制器为燃料电池控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙海，李飞强，宋文帅，李欣欣，
申请(专利权)人：郑州宇通客车股份有限公司，
类型：新型
国别省市：河南,41