多电堆燃料电池系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多电堆燃料电池系统，其包括：多个燃料电池堆；氧化剂管路，包括与各燃料电池堆连接的氧化剂供应支路和氧化剂排出支路，各氧化剂供应支路设置有氧化剂入口控制阀，各氧化剂排出支路设置有氧化剂出口截止阀；氢气管路，包括与各燃料电池堆连接的氢气供应支路和氢气排出支路，各氢气供应支路设置有氢气喷射器，各氢气排出支路设置有氢气出口截止阀；和冷却剂管路，包括与各燃料电池堆连接的冷却剂供应支路和冷却剂排出支路，各冷却剂供应支路设置有冷却剂入口控制阀。本发明专利技术还提供了所述燃料电池系统的操作方法。提供了所述燃料电池系统的操作方法。提供了所述燃料电池系统的操作方法。

【技术实现步骤摘要】
多电堆燃料电池系统及其操作方法


[0001]本专利技术涉及一种多电堆燃料电池系统及其操作方法。

技术介绍

[0002]面临全球变暖、大气污染以及能源枯竭的严峻挑战，新能源汽车和节能减排成为汽车产业的当务之急，推动着传统内燃机汽车向更加绿色环保的新能源电动汽车转型。在电动汽车中，燃料电池作为一种很有前景的高效环保电源受到了广泛关注。
[0003]单个燃料电池只能提供有限的输出功率。为了达到期望的电压水平，通常将多个燃料电池单元串联在一起形成燃料电池堆，也称为燃料电堆或电堆。图1示出了传统的燃料电池堆100，其包括串联的多个燃料电池单元U，还包括这些燃料电池单元U共用的空气管路(包括空气压缩机10和空气出口11)、氢气管路(包括氢气储罐20)和冷却剂管路(包括冷却剂储罐30)。空气管路、氢气管路和冷却器管路分别用于供给和排出空气、氢气和冷却剂，统称为介质供应或工厂平衡BoP(Balance of Plant)。
[0004]然而，这样的燃料电池堆存在的问题是：对于位于电池堆中间位置或末端的燃料电池单元U，BoP的流动需要流经多个堆叠单元甚至流经整个燃料电池堆，引起压头损失，单个电池单元获得的气体量不均匀。而且，当电池堆中的单个燃料电池单元出现故障时，单个燃料电池单元的拆卸和维修会导致整个燃料电池堆停工。
[0005]因此，仍然需要改进燃料电池系统，以便可以根据需要调节和控制燃料电池堆。

技术实现思路

[0006]为此，一方面，本公开提供一种多电堆燃料电池系统，其包括：
[0007]多个燃料电池堆，其中每个燃料电池堆由多个燃料电池构成；
[0008]氧化剂管路，包括分别与各燃料电池堆连接的氧化剂供应支路和氧化剂排出支路，各氧化剂供应支路设置有氧化剂入口控制阀，各氧化剂排出支路设置有氧化剂出口截止阀；
[0009]氢气管路，包括分别与各燃料电池堆连接的氢气供应支路和氢气排出支路，各氢气供应支路设置有氢气喷射器，各氢气排出支路设置有氢气出口截止阀；和
[0010]冷却剂管路，包括分别与各燃料电池堆连接的冷却剂供应支路和冷却剂排出支路，各冷却剂供应支路设置有冷却剂入口控制阀。
[0011]另一方面，本公开提供所述燃料电池系统的操作方法，其中通过开启与至少一个燃料电池堆连接的氧化剂排出支路的氧化剂出口截止阀和氢气排出支路的氢气出口截止阀，来开启所述至少一个燃料电池堆。
[0012]再一方面，本公开提供所述燃料电池系统的操作方法，其中通过调节设置于氧化剂供应支路和/或氢气供应支路的至少一个调控装置，来调节至少一个燃料电池堆的湿度。
[0013]又一专利技术，本公开提供所述燃料电池系统的操作方法，其中通过设置于燃料电池系统中的电池性能监测装置来监测各燃料电池堆的输出性能。
[0014]又一方面，本公开提供所述燃料电池系统的操作方法，其中通过关闭与至少一个燃料电池堆连接的氧化剂排出支路的氧化剂出口截止阀和氢气排出支路的氢气出口截止阀，来关闭所述至少一个燃料电池堆。
[0015]根据本专利技术的燃料电池可用于电动车辆(如家用汽车、公共汽车、火车)、区域性电站和便携式设备中。
[0016]参考以下附图，本专利技术的各种其它特征、方面和优点会变得更加显而易见。这些附图并非按比例绘制，旨在示意性地解释说明各种结构及位置关系，并且不应理解为限制性的。在附图中，在不同的视图中，相同的附图标记通常指代相同的部分。
附图说明
[0017]图1是根据现有技术的燃料电池堆的BoP示意图。
[0018]图2是根据本公开的燃料电池系统的BoP示意图。
[0019]图3是根据本公开的燃料电池系统的BoP示意图。
[0020]图4是根据本公开的燃料电池系统的BoP示意图。
[0021]图5示出了根据本公开的燃料电池系统的氧化剂管路的示意图。
[0022]图6示出了根据本公开的燃料电池系统的氢气管路的示意图。
[0023]图7示出了根据本公开的燃料电池系统的冷却剂管路的示意图。
[0024]图8示出了根据本公开的燃料电池系统的电路示意图。
[0025]图9示出了根据本公开的燃料电池系统的电路示意图。
具体实施方式
[0026]除非另外定义，本文使用的所有技术和科学术语均为本专利技术所属领域技术人员通常理解的含义。若存在不一致的地方，则以本申请提供的定义为准。
[0027]在本文的上下文中，除非另有明确说明，“电池”、“燃料电池”和“燃料电池单元”可以交换使用。
[0028]在本文的上下文中，“多个”用于表示大于1个，例如几个、几十个、几百个，例如2个至200个或更多个。
[0029]除非另外指出，本文所列出的数值范围旨在包括范围的端点，和该范围之内的所有数值和所有子范围。
[0030]本文的材料、含量、方法、设备、附图和实例均是示例性的，除非特别说明，不应理解为限制性的。
[0031]本文所用术语“包含”、“包括”和“具有”均表示可以将不影响最终效果的其他组分或其他步骤包括在内。这些术语涵盖“由
……
组成”和“基本上由
……
组成”的含义。根据本专利技术的产品和方法可以包含或包括本公开中描述的必要技术特征，以及额外的和/或任选存在的组分、成分、步骤或本文描述的其他限制性特征；或者可以由本公开中描述的必要技术特征，以及额外的和/或任选存在的组分、成分、步骤或本文描述的其他限制性特征组成；或者基本上由本公开中描述的必要技术特征，以及额外的和/或任选存在的组分、成分、步骤或本文描述的其他限制性特征组成。
[0032]除非另有明确说明，本公开中所用的所有材料和试剂均商购可得。
[0033]除非另外指出或者明显矛盾，本文进行的操作都可以在室温和常压下进行。
[0034]除非另外指出或者明显矛盾，可以任何合适的次序进行本公开中的方法步骤。
[0035]在表示供应物料的管路的上下文中，“连接”表示以管路导通的方式进行机械连接。
[0036]以下将详细描述本公开的实例。
[0037]图2-4是根据本公开的燃料电池系统(例如，包含3个燃料电池堆)的BoP示意图。为简化起见，图5示出了图3的燃料电池系统的氧化剂管路的示意图。图6示出了图3的燃料电池系统的氢气管路的示意图。图7示出了根据图3的燃料电池系统的冷却剂管路的示意图。图8-9示出了根据本公开的燃料电池系统的电路示意图。
[0038]如图2所示，根据本公开的燃料电池系统包括：
[0039]多个燃料电池堆(100、200、300)，其中每个燃料电池堆由多个燃料电池构成；
[0040]氧化剂管路(10a、10b)，包括与各燃料电池堆连接的氧化剂供应支路和氧化剂排出支路，各氧化剂供应支路设置有氧化剂入口控制阀(V1、V3、V5)，各氧化剂排出支路设置有氧化剂出口截止阀(V2、V4、V6)；
[0041]氢气管路(20a、20b)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多电堆燃料电池系统，其包括：多个燃料电池堆，其中每个燃料电池堆由多个燃料电池构成；氧化剂管路，包括与各燃料电池堆连接的氧化剂供应支路和氧化剂排出支路，各氧化剂供应支路设置有氧化剂入口控制阀，各氧化剂排出支路设置有氧化剂出口截止阀；氢气管路，包括与各燃料电池堆连接的氢气供应支路和氢气排出支路，各氢气供应支路设置有氢气喷射器，各氢气排出支路设置有氢气出口截止阀；和冷却剂管路，包括与各燃料电池堆连接的冷却剂供应支路和冷却剂排出支路，各冷却剂供应支路设置有冷却剂入口控制阀。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，各氧化剂供应支路还设置有氧化剂进料的监测装置和调控装置；和/或各氢气供应支路还设置有氢气进料的监测装置和调控装置；和/或各冷却剂供应支路还设置有冷却剂供应的监测装置。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，各氧化剂供应支路和各氢气供应支路设置的调控装置为湿度调节器。4.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中，各燃料电池堆还设置有电池性能监测装置。5.用于操作根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，邓实，陈泽，常亚飞，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：