燃料电池串并联多堆协同运行系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了燃料电池串并联多堆协同运行系统及其控制方法，该系统包括多个燃料电池电堆、气体供给模块、DC/DC转换器、串联气体供给回路、并联气体供给回路、电气串联回路、电气并联回路和控制器。其中，串联气体供给回路和电气串联回路在控制器选定串联工作模式下运行；并联气体供给回路和电气并联回路在控制器选定并联工作模式下运行。本发明专利技术能充分结合燃料电池多堆系统串联运行和并联运行的优点，提升燃料电池使用寿命，降低控制策略的复杂程度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池串并联多堆协同运行系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池串并联多堆协同运行系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]风、光等新能源发电具有不可控的缺点，通过电解水制氢的方式将新能源的电能储存起来是一种非常好的解决办法。因此，各国大力发展氢能应用场景。其中，燃料电池可通过电化学反应将氢气的化学能直接转换为电能，由于不经过燃烧，不受卡诺循环的限制，具有能量转换效率高的显著优点，将广泛运用于各种机械设备。
[0003]目前，质子交换膜燃料电池的单堆功率约在100kW，一般运用于乘用车和公交汽车等领域。当需求功率增大后，目前存在两种方案增加燃料电池输出功率，一种是继续增加燃料电池的单电池数目，在单堆的基础上提升燃料电池输出功率，但这会导致电堆装配难度加大，出现局部热点频繁发生等不利现象；另一种是增加燃料电池的电堆数目，采用多个燃料电池电堆共同工作的方式输出目标功率。
[0004]其中，燃料电池多堆系统运行存在两种运行方式：多堆串联运行和多堆并联运行。多堆串联运行具有结构简单、控制简单的显著优点，但是它的缺点也非常明显：系统中的一个燃料电池电堆损坏则整个系统便不能使用，并且即使负载功率需求低时，整个系统也需要同时开启，此时燃料电池电堆整体工作在高电势，不利于电池寿命。多堆并联运行具有运行灵活的优点，即使系统中的某些燃料电池电堆损坏整个系统也还能运行，但是现在的多堆并联运行系统为每个燃料电池电堆配备了一个DC/DC转换器，造成控制策略复杂、控制困难和投资成本高等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有技术中存在的不足，本专利技术实施例提供了一种燃料电池串并联多堆协同运行系统及其控制方法，能够充分结合燃料电池多堆系统串联运行和并联运行的优点，不仅避免了燃料电池多堆系统在负载较小时导致的高电势的不利工况，提升燃料电池使用寿命，还避免了燃料电池多堆系统在负载较大时导致的控制策略复杂的情况，降低控制策略的复杂程度，并降低系统成本。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种燃料电池串并联多堆协同运行系统，其包括：多个燃料电池电堆、气体供给模块、DC/DC转换器、串联气体供给回路、并联气体供给回路、电气串联回路、电气并联回路和控制器；所述气体供给模块通过所述串联气体供给回路将所述多个燃料电池电堆串联连接；所述气体供给模块还通过所述并联气体供给回路将所述多个燃料电池电堆串联连接；所述多个燃料电池电堆通过所述电气串联回路与所述DC/DC转换器串联连接；所述多个燃料电池电堆通过所述电气并联回路与所述DC/DC转换器并联连接；所述串联气体供给回路、所述并联气体供给回路、所述电气串联回路及所述电气并联回路均与所述控制器连接；其中，所述串联气体供给回路和所述电气串联回路在所述控制
器选定串联工作模式下运行；所述并联气体供给回路和所述电气并联回路在所述控制器选定并联工作模式下运行。
[0007]进一步地，所述串联气体供给回路用于在所述控制器选定串联工作模式下将所述气体供给模块提供的反应气体传输至所有燃料电池电堆以及将所有燃料电池电堆产生的尾气排放至大气；所述并联气体供给回路用于在所述控制器选定并联工作模式下将所述气体供给模块提供的反应气体传输至预设个数的燃料电池电堆以及将所述预设个数的燃料电池电堆产生的尾气排放至大气；所述电气串联回路用于在所述控制器选定所述串联工作模式下将所有燃料电池电堆产生的能量串联传输至所述DC/DC转换器；所述电气并联回路用于在所述控制器选定所述并联工作模式下将所述预设个数的燃料电池电堆产生的能量并联传输至所述DC/DC转换器。
[0008]进一步地，所述串联气体供给回路上设置有气体串联回路开关阀和串联尾气排放阀；所述气体串联回路开关阀设置于所述气体供给模块与所述多个燃料电池电堆之间，所述串联尾气排放阀设置于所述多个燃料电池电堆与大气之间，所述气体串联回路开关阀和所述串联尾气排放阀均与所述控制器连接。
[0009]进一步地，所述并联气体供给回路上设置有多个气体并联回路开关阀和多个并联尾气排放阀；所述气体并联回路开关阀设置于所述气体供给模块与所述多个燃料电池电堆之间以及每两个相邻燃料电池电堆之间，所述并联尾气排放阀设置于每个燃料电池电堆与大气之间，每个气体并联回路开关阀和每个并联尾气排放阀均与所述控制器连接。
[0010]进一步地，所述电气串联回路上设置有电气串联回路开关；所述电气串联回路开关的一端与所述DC/DC转换器连接，所述电气串联回路开关的另一端与所述多个燃料电池电堆连接，所述电气串联回路开关还与所述控制器连接。
[0011]进一步地，所述电气并联回路上设置有多个电气并联回路开关；每个电气并联回路开关的一端与一个燃料电池电堆连接，每个电气并联回路开关的另一端均与所述DC/DC转换器连接，每个电气并联回路开关还与所述控制器连接。
[0012]进一步地，所述的燃料电池串并联多堆协同运行系统还包括电源模块，所述电源模块与所述DC/DC转换器连接，所述电源模块还与所述控制器连接。
[0013]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法，所述方法应用于上述第一方面所述的燃料电池串并联多堆协同运行系统，所述方法包括：
[0014]获取负载需求功率；
[0015]将所述负载需求功率与至少一个预设输出功率区间进行匹配，得到所述负载需求功率所属的目标输出功率区间；
[0016]获取与所述目标输出功率区间对应的目标工作模式，并按所述目标工作模式控制多个燃料电池电堆产生能量；其中，所述目标工作模式为并联工作模式或串联工作模式。
[0017]本专利技术实施例提供了燃料电池串并联多堆协同运行系统及其控制方法，该系统包括多个燃料电池电堆、气体供给模块、DC/DC转换器、串联气体供给回路、并联气体供给回路、电气串联回路、电气并联回路和控制器。其中，串联气体供给回路和电气串联回路在控制器选定串联工作模式下运行；并联气体供给回路和电气并联回路在控制器选定并联工作模式下运行。本专利技术能充分结合燃料电池多堆系统串联运行和并联运行的优点，提升燃料
电池使用寿命，降低控制策略的复杂程度。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的示意性框图；
[0020]图2为本专利技术实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法的流程示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法的第一子流程示意图；
[0022]图4为本专利技术实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法的第二子流程示意图；
[0023]图5为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池串并联多堆协同运行系统，其特征在于，包括：多个燃料电池电堆、气体供给模块、DC/DC转换器、串联气体供给回路、并联气体供给回路、电气串联回路、电气并联回路和控制器；所述气体供给模块通过所述串联气体供给回路将所述多个燃料电池电堆串联连接；所述气体供给模块还通过所述并联气体供给回路将所述多个燃料电池电堆串联连接；所述多个燃料电池电堆通过所述电气串联回路与所述DC/DC转换器串联连接；所述多个燃料电池电堆通过所述电气并联回路与所述DC/DC转换器并联连接；所述串联气体供给回路、所述并联气体供给回路、所述电气串联回路及所述电气并联回路均与所述控制器连接；其中，所述串联气体供给回路和所述电气串联回路在所述控制器选定串联工作模式下运行；所述并联气体供给回路和所述电气并联回路在所述控制器选定并联工作模式下运行。2.根据权利要求1所述的燃料电池串并联多堆协同运行系统，其特征在于，所述串联气体供给回路用于在所述控制器选定串联工作模式下将所述气体供给模块提供的反应气体传输至所有燃料电池电堆以及将所有燃料电池电堆产生的尾气排放至大气；所述并联气体供给回路用于在所述控制器选定并联工作模式下将所述气体供给模块提供的反应气体传输至预设个数的燃料电池电堆以及将所述预设个数的燃料电池电堆产生的尾气排放至大气；所述电气串联回路用于在所述控制器选定所述串联工作模式下将所有燃料电池电堆产生的能量串联传输至所述DC/DC转换器；所述电气并联回路用于在所述控制器选定所述并联工作模式下将所述预设个数的燃料电池电堆产生的能量并联传输至所述DC/DC转换器。3.根据权利要求2所述的燃料电池串并联多堆协同运行系统，其特征在于，所述串联气体供给回路上设置有气体串联回路开关阀和串联尾气排放阀；所述气体串联回路开关阀设置于所述气体供给模块与所述多个燃料电池电堆之间，所述串联尾气排放阀设置于所述多个燃料电池电堆与大气之间，所述气体串联回路开关阀和所述串联尾气排放阀均与所述控制器连接。4.根据权利要求2所述的燃料电池串并联多堆协同运行系统，其特征在于，所述并联气体供给回路上设置有多个气体并联回路开关阀和多个并联尾气排放阀；所述气体并联回路开关阀设置于所述气体供给模块与所述多个燃料电池电堆之间以及每两个相邻燃料电池电堆之间，所述并联尾气排放阀设置于每个燃料电池电堆与大气之间，每个气体并联回路开关阀和每个并联尾气排放阀均与所述控制器连接。5.根据权利要求2所述的燃料电池串并联多堆协同运行系统，其特征在于，所述电气串联回路上设置有电气串联回路开关；所述电气串联回路开关的一端与所述DC/DC转换器连接，所述电气串联回路开关的另一端与所述多个燃料电池电堆连接，所述电气串联回路开关还与所述控制器连接。6.根据权利要求2所述的燃料电池串并联多堆协同运行系统，其特征在于，所述电气并联回路上设置有多个电气并联回路开关；每个电气并联回路开关的一端与一个燃料电池电堆连接，每个电气并联回路开关的另一端均与所述DC/DC转换器连接，每个电气并联回路开
关还与所述控制器连接。7.根据权利要求1所述的燃料电池串并联多堆协同运行系统，其特征在于，还包括电源模块，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄振宇，肖彪，张威，刘智亮，张永，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：