本發(fā)明涉及多級燃料電池系統(tǒng)，尤其涉及一種多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法及多級燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的多級燃料電池系統(tǒng)主要由蒸汽發(fā)生器、重整器、多個電堆、燃燒器、熱交換器、余熱回收系統(tǒng)等部件組成。蒸汽發(fā)生器主要是將去離子水加熱蒸發(fā)變成水蒸汽；重整器主要是將進入系統(tǒng)的天然氣、醇類等碳?xì)淙剂虾退羝M行水汽重整轉(zhuǎn)化為以氫氣、一氧化碳、二氧化碳為主的混合氣，從而更有利于電堆中的電化學(xué)反應(yīng)；燃燒器主要將陽極尾氣中未反應(yīng)完全的燃料轉(zhuǎn)化為熱量，并為系統(tǒng)提供熱能；熱交換器進行熱能的交換，利用高溫?zé)嵩醇訜岬蜏亟橘|(zhì)。

2、現(xiàn)有多級燃料電池系統(tǒng)，在啟動時，先對一級電堆預(yù)熱，當(dāng)達(dá)到一級電堆的啟動溫度后，啟動一級電堆，一級電堆的陽極尾氣全部導(dǎo)入尾氣燃燒器，燃燒產(chǎn)生的熱量用于預(yù)熱二級電堆，且二級電堆達(dá)到啟動溫度后，啟動二級電堆。但是該啟動過程中，忽略了陽極側(cè)可能存在空氣殘留的情況，啟動過程中容易發(fā)生爆炸等安全事故。雖然現(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)于電堆在啟動時的吹掃方法，但是通常是針對單電堆設(shè)計的，無法做到在多級燃料電池系統(tǒng)中通用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：提供一種多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法及多級燃料電池系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有多級燃料電池系統(tǒng)在啟動時，忽略了陽極側(cè)可能存在空氣殘留的情況，啟動過程中容易發(fā)生爆炸等安全事故的問題。

2、一方面，本發(fā)明提供一種多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法，多級燃料電池系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生器、重整器、一級電堆、換熱器、冷凝除水裝置、二級電堆、加熱裝置、補氣混合器和水箱，所述蒸汽發(fā)生器、所述重整器和所述一級電堆的陽極入口依次連接，所述換熱器具有第一換熱流道和第二換熱流道，所述第一換熱流道的兩端分別連接所述一級電堆的陽極出口和所述冷凝除水裝置的輸入端，所述冷凝除水裝置的輸出端與所述補氣混合器的第一入口連接，所述補氣混合器的第二入口用于輸入補充燃料，所述補氣混合器的出口和所述第二換熱流道連通，所述第二換熱流道與所述二級電堆的陽極入口連通，所述水箱用于給所述蒸汽發(fā)生器供給水，且用于向所述第二換熱流道供水，所述蒸汽發(fā)生器能夠?qū)⑺伤羝?，所述重整器設(shè)置有重整換熱流道，所述加熱裝置用于加熱空氣，且加熱后的空氣能夠流經(jīng)所述重整換熱流道、所述一級電堆的陰極和所述二級電堆的陰極，所述多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法包括啟動控制方法，所述啟動控制方法包括：

3、空氣以第一設(shè)定空氣流量流經(jīng)所述加熱裝置；

4、開啟所述加熱裝置；

5、獲取所述一級電堆的陰極出口溫度；

6、當(dāng)所述一級電堆的陰極出口溫度不小于設(shè)定吹掃溫度時，所述水箱同時給所述蒸汽發(fā)生器和所述第二換熱流道供水，并持續(xù)設(shè)定時長。

7、作為多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，加熱裝置包括燃燒器和空氣預(yù)熱器，所述燃燒器的第一進氣口連接所述二級電堆的陽極出口，所述燃燒器的第二進氣口連接所述二級電堆的陰極出口，所述燃燒器的第三進氣口用于輸入外部燃料，所述燃燒器燃燒產(chǎn)生的廢氣用于給所述空氣預(yù)熱器提供熱量，所述空氣預(yù)熱器用于加熱空氣；

8、開啟所述加熱裝置包括：

9、外部燃料從所述燃燒器的第三進氣口進入所述燃燒器并點火燃燒。

10、作為多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述啟動控制方法還包括位于水箱同時給所述蒸汽發(fā)生器和所述第二換熱流道供水之后的：

11、獲取所述一級電堆的陰極出口溫度和所述二級電堆的陰極出口溫度；

12、當(dāng)所述一級電堆的陰極出口溫度和所述二級電堆的陰極出口溫度均不小于t1時，所述水箱停止給所述第二換熱流道供水；

13、所述蒸汽發(fā)生器的進氣口開始通入燃料且所述一級電堆和所述二級電堆不發(fā)電；

14、通入所述燃燒器的外部燃料的流量逐漸降低至不超過設(shè)定流量。

15、作為多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述啟動控制方法還包括位于通入所述燃燒器的外部燃料的流量逐漸降低至不超過設(shè)定流量之后的：

16、獲取所述一級電堆的陰極出口溫度；

17、當(dāng)所述一級電堆的陰極出口溫度不小于t2時，t2＞t1；

18、所述一級電堆開始發(fā)電。

19、作為多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述啟動控制方法還包括位于所述一級電堆開始發(fā)電之后的：

20、獲取所述一級電堆的陰極出口溫度和所述二級電堆的陰極出口溫度；

21、當(dāng)所述一級電堆的陰極出口溫度不小于t3，且所述二級電堆的陰極出口溫度不小于t2時，t3＞t2；

22、補充燃料從所述補氣混合器的第二入口開始輸入；

23、所述二級電堆開始發(fā)電。

24、作為多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述啟動控制方法還包括位于所述二級電堆開始發(fā)電之后的：

25、獲取所述一級電堆的陰極出口溫度和所述二級電堆的陰極出口溫度；

26、當(dāng)所述一級電堆的陰極出口溫度和所述二級電堆的陰極出口溫度均不小于t4時，t4＞t3；

27、停止向所述燃燒器通入外部燃料；

28、所述多級燃料電池系統(tǒng)啟動完成。

29、作為多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法還包括停機控制方法，所述停機控制方法包括：

30、獲取停機指令；

31、所述一級電堆的發(fā)電功率逐漸降低至零，所述二級電堆的發(fā)電功率逐漸降低至零；

32、所述蒸汽發(fā)生器的進氣口通入的燃料的流量逐漸降低至最小燃料流量；

33、從所述補氣混合器的第二入口輸入的補充燃料的流量逐漸降為零。

34、作為多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述停機控制方法包括位于從所述補氣混合器的第二入口輸入的補充燃料的流量逐漸降為零之后的：

35、將流經(jīng)所述加熱裝置的空氣的流量提升至第二設(shè)定空氣流量；

36、獲取所述一級電堆的陰極出口溫度和所述二級電堆的陰極出口溫度；

37、當(dāng)所述一級電堆的陰極出口溫度和所述二級電堆的陰極出口溫度均不大于氧化溫度閾值時；

38、停止向所述蒸汽發(fā)生器的進氣口通入燃料。

39、作為多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述停機控制方法還包括位于停止向所述蒸汽發(fā)生器的進氣口通入燃料之后的：

40、所述水箱給所述第二換熱流道供水；

41、至少設(shè)定時長后，水箱停止給所述第二換熱流道和所述蒸汽發(fā)生器供水；

42、空氣流經(jīng)所述加熱裝置的流量調(diào)整為零。

43、另一方面，本發(fā)明提供一種多級燃料電池系統(tǒng)，用于實施任一上述方案中所述的多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法，所述多級燃料電池系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生器、重整器、一級電堆、換熱器、冷凝除水裝置、二級電堆、加熱裝置、水箱和補氣混合器，所述蒸汽發(fā)生器、所述重整器和所述一級電堆的陽極入口依次連接，所述換熱器具有第一換熱流道和第二換熱流道，所述第一換熱流道的兩端分別連接所述一級電堆的陽極出口和所述冷凝除水裝置的輸入端，所述補氣混合器的第一入口連接所述冷凝除水裝置的輸出端，所述補氣混合器的第二入口用于輸入補充燃料，所述補氣混合器的出口連接所述第二換熱流道，所述第二換熱流道和所述二級電堆的陽極入口連通，所述水箱用于給所述蒸汽發(fā)生器供給水，且用于向所述第二換熱流道供水，所述蒸汽發(fā)生器能夠?qū)⑺伤羝?，所述重整器設(shè)置有重整換熱流道，所述加熱裝置用于加熱空氣，且加熱后的空氣能夠流經(jīng)所述重整換熱流道、所述一級電堆的陰極和所述二級電堆的陰極。

44、本發(fā)明的有益效果如下：

45、本發(fā)明提供一種多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法及多級燃料電池系統(tǒng),該多級燃料電池系統(tǒng)的控制方法，包括啟動控制方法，在啟動多級燃料電池系統(tǒng)時，使空氣以第一設(shè)定空氣流量流經(jīng)加熱裝置；開啟加熱裝置；獲取一級電堆的陰極出口溫度；當(dāng)一級電堆的陰極出口溫度不小于設(shè)定吹掃溫度時，水箱同時給蒸汽發(fā)生器和第二換熱流道供水，并持續(xù)設(shè)定時長。水被加熱成水蒸汽并可對陽極側(cè)進行吹掃，能夠?qū)㈥枠O側(cè)的殘存氣體吹出，避免陽極側(cè)殘留空氣，導(dǎo)致后續(xù)輸入還原性氣體時導(dǎo)致發(fā)生爆炸等安全事故。并且，多級燃料電池系統(tǒng)原本就配置有水箱，從而通過水蒸汽對陽極側(cè)進行吹掃，無需配置其他的惰性氣體，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。另外，通過補氣混合器控制補充燃料的供給量，通過設(shè)置冷凝除水裝置來控制對水蒸汽的冷凝出水率，兩者結(jié)合，可調(diào)節(jié)二級電堆的燃料利用率以及進入二級電堆的氧碳比，氧碳比被調(diào)節(jié)到要求的范圍內(nèi)時，可保證二級電堆能夠高效發(fā)電。同時，一級電堆陽極輸出的水蒸汽會在冷凝除水裝置中冷凝，導(dǎo)致進而二級電堆的陽極的水蒸汽很少，本發(fā)明則通過使水箱給換熱器的第二換熱流道供水，水在第二換熱流道中吸收熱量汽化為水蒸汽，保證對二級電堆正常吹掃。