一种多堆并联燃料电池热电联供系统技术方案

本实用新型专利技术具体为一种多堆并联燃料电池热电联供系统，包括燃料电池子系统、控制系统、对外输出子系统、储能电池子系统、公共直流母线，燃料电池子系统包括燃料电池电堆、空气处理单元、氢气处理单元、冷却系统、储热系统、燃料电池DC/DC，燃料电池子系统有多套，且多套系统并联，对外输出子系统包括电力输出DC/AC，储能电池子系统包括储能电池组和储能电池DC/DC，公共直流母线分别与燃料电池DC/DC、储能电池DC/DC、电力输出DC/AC电连接。通过多燃料电池并联组成热电联供系统的方式，实现整个系统输出电功率、热功率的增加，解决了目前单燃料电池供能不足的问题，有助于氢能热电联供系统在社区、医院、工业园区等中大型场景的应用推广，实现建筑领域的深度脱碳。实现建筑领域的深度脱碳。实现建筑领域的深度脱碳。

【技术实现步骤摘要】
一种多堆并联燃料电池热电联供系统


[0001]本技术涉及燃料电池热电联供控制
，具体为一种多堆并联燃料电池热电联供系统。

技术介绍

[0002]作为氢能高效利用的重要途径，燃料电池具有能量转化率高、噪音低以及零排放等优点，在国内交通领域已初步实现商业化应用，但鲜有用于分布式供能系统。通过对燃料电池发电过程中的余热进行回收利用，可进一步提高能源的利用效率，缓解高价氢气带来的经济性问题，促进建筑行业“双碳”目标的实现。
[0003]在我国，燃料电池的需求功率较大，单电堆系统难以满足用户对电能及热能的要求，需要多堆并联的组合形式。在现有的燃料电池热电联供系统中，较少有考虑多个燃料电池并联组合的形式，对于多堆并联系统的控制更是鲜见。
[0004]同时，在燃料电池的工作过程中，热能一般只是作为反应的副产物进行回收利用。对于燃料电池热电联供系统而言，系统的电效率与热效率是相互矛盾的，追求单一能量的高效率可能会导致用户对另一种能量需求的缺失，而且在一般的使用场景中，用户对电能和热能的需求可能并不同步，因此需要对用户不同的使用场景进行判断，针对不同场景选用不同的控制方法，实现电热效率的平衡，获取更高的系统效率。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于提供一种多堆并联燃料电池热电联供系统，以解决现有单燃料电池热电联供系统供能不足、难以满足大型场景应用，电热效率不平衡的问题。
[0006]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种多堆并联燃料电池热电联供系统，包括燃料电池子系统、控制系统，所述燃料电池子系统包括燃料电池电堆、空气处理单元、氢气处理单元、冷却系统、储热系统，在现有技术的基础上，本技术进一步作出如下改进：还包括对外输出子系统、储能电池子系统、公共直流母线，所述燃料电池子系统还包括与燃料电池电堆电连接的燃料电池DC/DC，所述燃料电池子系统有多套，且多套系统并联，所述对外输出子系统包括热水输出单元和电输出单元，所述电输出单元采用电力输出 DC/AC，所述储能电池子系统包括储能电池组和储能电池DC/DC，所述公共直流母线分别与燃料电池DC/DC、储能电池DC/DC、电力输出 DC/AC电连接。
[0007]优选的，所述冷却系统包括冷却液循环泵、主换热器、辅助换热器，所述主换热器、辅助换热器通过管路与燃料电池电堆并联，且主换热器和辅助换热器之间通过控制阀切换导通，所述冷却液循环泵设置在主换热器、辅助换热器与燃料电池电堆连通的管路上。
[0008]优选的，所述储热系统包括储水循环泵、储水箱，所述储水箱通过管路与主换热器连通，所述储水循环泵设置在储水箱与主散热器连通的管路上。
[0009]优选的，所述多套燃料电池子系统可以共用储水箱，且主换热器之间通过管路连通。
[0010]优选的，所述储水箱内设有电加热器，所述公共直流母线与电加热器电连接。
[0011]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0012](1)通过多燃料电池电堆并联组成热电联供系统的方式，实现整个系统输出电功率、热功率的增加，解决了目前单燃料电池供能不足的问题，有助于氢能热电联供系统在社区、医院、工业园区等中大型场景的应用推广，实现建筑领域的深度脱碳；
[0013](2)根据燃料电池电堆的工作特点，依据用户对电能、热能的不同使用场景需求，系统采用不同的控制逻辑方法，实现了系统电热效率的平衡，提高了能量的整体利用效率；
[0014](3)依据外部环境温度，增设储水箱温度参考值，可以实现对用户热需求的快速响应；
[0015](4)通过将储水箱内的储存热水在各冷却系统中的主换热器内流通循环，可以在燃料电池电堆启动初期对其冷却液进行加热，实现燃料电池的快速启动。
附图说明
[0016]图1为实施例多堆并联燃料电池热电联供系统的原理图；
[0017]图2为实施例多堆并联燃料电池热电联供系统控制方法的流程图；
[0018]图3为实施例热效率优先控制方法的流程图；
[0019]图4为实施例电效率优先控制方法的流程图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0021]请参阅图1，本专利技术提供一种多堆并联燃料电池热电联供系统，包括燃料电池子系统S1、储能电池子系统S2、对外输出子系统S3、控制系统S4、公共直流母线S5，所述燃料电池子系统S1包括氢气处理单元101、空气处理单元102、燃料电池电堆103、冷却系统、储热系统、燃料电池DC/DC104，所述氢气处理单元101、空气处理单元 102分别与燃料电池电堆103管连接，外供氢气、空气经由氢气处理单元101、空气处理系统102进入燃料电池电堆103中，随后再返回至氢气处理单元101、空气处理单元102进行循环、排放。所述燃料电池DC/DC104与燃料电池电堆103电连接，对燃料电池电堆103产出的电力进行输出和控制。
[0022]本实施例的燃料电池子系统S1有N套，且N套系统并联，所有的燃料电池电堆103的额定电功率相等。
[0023]所述对外输出子系统S3包括热水输出单元和电输出单元，所述热水输出单元包括热水输出泵301，所述电输出单元包括电力输出DC/AC302，所述储能电池子系统S2包括储能电池组201和储能电池 DC/DC202，所述公共直流母线S5分别与燃料电池DC/DC104、储能电池DC/DC202、电力输出DC/AC302电连接。所述热水输出泵301通过管路连接储水箱110，抽取储水箱110内的储存水供给至用户。所述电力输出DC/AC302将公共直流母线S5的直流电转换成交流电供给至用户。
[0024]所述冷却系统包括冷却液循环泵105、控制阀106、主换热器107、辅助换热器108，
所述主换热器107、辅助换热器108通过管路与燃料电池电堆103并联，且主换热器107和辅助换热器108之间通过控制阀106切换导通，所述冷却液循环泵105设置在主换热器107、辅助换热器108与燃料电池电堆103连通的主干管路上。本实施例的控制阀106采用电动三通阀，燃料电池电堆103内流经的冷却液可通过冷却液循环泵105
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三通阀106
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主换热器107的主散热路线散热，当主散热路线不能满足燃料电池电堆103散热需求时，通过调节控制阀 106方向，使部分冷却液通过冷却液循环泵105
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三通阀106
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辅助换热器108的辅散热路线散热。本实施例的辅助换热器108采用风冷换热器。
[0025]所述储热系统包括储水循环泵109、储水箱110，所述储水箱110 通过管路与主换热器107连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多堆并联燃料电池热电联供系统，包括燃料电池子系统、控制系统，所述燃料电池子系统包括燃料电池电堆、空气处理单元、氢气处理单元、冷却系统、储热系统，其特征在于：还包括对外输出子系统、储能电池子系统、公共直流母线，所述燃料电池子系统还包括与燃料电池电堆电连接的燃料电池DC/DC，所述燃料电池子系统有多套，且多套系统并联，所述对外输出子系统包括热水输出单元和电输出单元，所述电输出单元采用电力输出DC/AC，所述储能电池子系统包括储能电池组和储能电池DC/DC，所述公共直流母线分别与燃料电池DC/DC、储能电池DC/DC、电力输出DC/AC电连接。2.根据权利要求1所述的多堆并联燃料电池热电联供系统，其特征在于：所述冷却系统包括冷却液循环泵、...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳平，朱维，杨事成，李建伟，董鲁峰，
申请(专利权)人：上海卓微氢科技有限公司，
类型：新型
国别省市：