[发明专利]一种多电堆燃料电池系统及其控制方法、车辆

说明书

本发明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及其控制方法、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。

技术领域

本发明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及其控制方法、车辆。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种多电堆燃料电池系统及其控制方法、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，本发明提供本发明提供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。

作为本发明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。

本发明还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。

作为本发明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。