[发明专利]一种燃料电池的多堆集成装置及其工作方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池的多堆集成装置及其工作方法，多堆集成装置包括依次固定连接的第一端板、第一集流板、第一电堆、第二集流板、第二端板、第三集流板、第二电堆、第四集流板、第三端板、第五集流板、第三电堆、第六集流板和第四端板，还包括负载、总开关、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第一单刀双掷开关以及第二单刀双掷开关；负载通过总开关与第一集流板连接，负载与第六集流板连接；第一单刀双掷开关连接第二集流板、第三集流板和负载，第二单刀双掷开关连接第四集流板、第五集流板和负载。本发明采用简单的电路设计，既大大延长了电堆的寿命，还大大降低了设备使用成本。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池的多堆集成装置及其工作方法。

背景技术

在新能源汽车发展体系中，燃料电池汽车是其重要的组成部分。质子交换膜燃料电池是一种直接将化学能经反应后直接转化成电能、热能和水的电化学装置，它不受卡诺循环的限制，转化效率高，只要有足够的燃料气体（主要为氢气）和氧气，就可以长时间连续运行。

现有的燃料电池电堆会划分若干种功率不同的燃料电池电堆，以应对不同的应用场景，例如小型家庭发电应急用的燃料电池电堆会使用低功率的燃料电池电堆，家用燃料电池汽车使用中功率的燃料电池电堆，大型物流车就会使用大功率的燃料电池电堆。

另外，就算一台家用燃料电池汽车，也需要划分几种不同功率的运行状态，例如，燃料电池汽车在怠速时，燃料电池电堆无需提供动力给燃料电池汽车，只需要提供一点电力给燃料电池汽车的其他设备，因此燃料电池汽车在怠速时燃料电池电堆提供超低功率的电力，燃料电池汽车在低速时提供燃料电池电堆低功率的电力，燃料电池汽车在高速时燃料电池电堆提供高功率的电力等。

现有技术对于不同功率分配的方式有两种解决方案，一种是直接用单个大功率电堆，满足车辆最大功率需求，但这样会在怠速或者低功率区间，电堆处于高电位状态，催化剂载体容易被腐蚀，从而造成电堆性能下降；另一种方案时直接将燃料电池电堆划分成几个小电堆共同运行，每个小电堆采用一个共同的歧管供应气体和冷却液，复杂的歧管设计增加了设计难度，且较难保证完全分配均匀，也会导致分配较差的电堆较快衰减。现有技术不但会较快降低电堆性能，还增加了额外的部件成本。

发明内容

本发明为解决上述技术问题之一，提供一种燃料电池的多堆集成装置及其工作方法，本发明通过将若干个小燃料电池电堆串联组合成一个大燃料电池电堆，只需要控制独立气体和液体通路来控制燃料电池电堆的功率，并且采用简单的电路设计，既大大延长了电堆的寿命，还大大降低了设备使用成本。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池的多堆集成装置的工作方法，其运行于一种燃料电池的多堆集成装置，所述多堆集成装置包括第一集流板、第一电堆、第二集流板、第二端板、第三集流板、第二电堆、第四集流板、第三端板、第五集流板、第三电堆、第六集流板、第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；所述第一集流板、第一电堆、第二集流板、第二端板、第三集流板、第二电堆、第四集流板、第三端板、第五集流板、第三电堆和第六集流板依次固定连接，第一阀门设置于第二端板的一端，第二阀门则设置于第二端板的另一端，第三阀门设置于第三端板的一端，第四阀门则设置于第三端板的另一端；所述一种燃料电池的多堆集成装置的工作方法包括以下步骤：

当多堆集成装置需要运行在低功率状态时，关闭第一阀门和第二阀门，负载电连接第一集流板和第二集流板；

当多堆集成装置需要运行在中功率状态时，开通第一阀门和第二阀门，关闭第三阀门和第四阀门，负载电连接第一集流板和第四集流板，第二集流板电连接第三集流板；

当多堆集成装置需要运行在高功率状态时，开通第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，负载电连接第一集流板和第六集流板，第二集流板电连接第三集流板，第四集流板电连接第五集流板。