本發(fā)明涉及車輛，尤其涉及一種多級燃料電池系統(tǒng)、車輛及多級燃料電池系統(tǒng)的啟動方法。

背景技術(shù)：

1、燃料電池是一種將燃料的化學能直接轉(zhuǎn)換為電能的化學裝置，不需要外電源充電，只要提供合適的燃料就能源源不斷的輸出電能，應用比較廣泛。當前提高燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電效率的方法普遍采用多級電堆的布置方式，如此可保證單級電堆燃料利用率不過高的條件下提升系統(tǒng)的燃料利用率，進一步提升系統(tǒng)的發(fā)電效率。

2、以現(xiàn)有的雙級燃料電池系統(tǒng)為例，包括串聯(lián)的一級電堆和二級電堆。具體地，燃料側(cè)分為兩路，一路燃料直接供給一級電堆，然后混合另一路燃料供給二級電堆，如此可提高進入二級電堆的燃料濃度，且各單堆的燃料利用率提高。但是，一級電堆陽極排出氣中含量最多的是水蒸氣，其占比幾乎能占到50％，若是直接將其與外部燃料混合會導致燃料的稀釋，進入二級電堆的燃料相比于一級電堆分壓要更小，這將降低二級電堆的電壓效率，反而會影響雙級燃料電池系統(tǒng)的整體效率。此外，大量的水蒸氣進入下級電堆會降低電堆的還原性氣氛，使得鎳基催化劑被氧化，導致催化性能下降，使得電堆出現(xiàn)性能衰減。

3、對此，現(xiàn)有技術(shù)中，提供一種多級燃料電池系統(tǒng)，其在相鄰的兩級電堆中，前一級電堆的陽極尾氣經(jīng)過冷卻除水后與外部燃料混合并供給后一級電堆，如此可避免后一級電堆的電壓效率降低，并保護后一級電堆的催化劑不被氧化；但是這也導致每相鄰的兩級電堆之間均需要設(shè)置冷卻除水裝置，整體結(jié)構(gòu)復雜且成本較高。

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)、車輛及多級燃料電池系統(tǒng)的啟動方法，以解決現(xiàn)有的多級燃料電池系統(tǒng)為避免后一級電堆的電壓效率降低以及催化劑被氧化，需要在相鄰的兩級電堆之間設(shè)置冷卻除水裝置，導致整體結(jié)構(gòu)復雜且成本較高的問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種多級燃料電池系統(tǒng)，該多級燃料電池系統(tǒng)包括：

3、n個電堆,n個電堆分別為一級電堆、二級電堆……n級電堆，n為大于等于2的正整數(shù)，所述一級電堆的陰極入口用于輸入熱空氣，i級電堆的陰極出口輸出的熱空氣通過混合器與外部空氣混合后輸入至i+1級電堆的陰極入口，i為大于等于1且小于n的正整數(shù)；

4、重整器，具有重整流道和第一換熱流道，所述重整流道的出口分別與一級電堆的陽極入口、二級電堆的陽極入口……n級電堆的陽極入口連通，所述第一換熱流道的入口分別與一級電堆的陽極出口、二級電堆的陽極出口……n級電堆的陽極出口連通；

5、蒸汽發(fā)生器，具有蒸汽發(fā)生流道和第二換熱流道，所述蒸汽發(fā)生流道的入口用于輸入外部燃氣和水，所述蒸汽發(fā)生流道的出口與所述重整流道的入口連通，所述第二換熱流道的入口與所述第一換熱流道的出口連通。

6、作為多級燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案，所述多級燃料電池系統(tǒng)還包括：

7、燃燒器，所述第二換熱流道的出口連通所述燃燒器的燃料入口，所述n級電堆的陰極出口連通所述燃燒器的空氣入口；

8、空氣預熱器，具有空氣流道和第三換熱流道，所述燃燒器的廢氣出口與所述第三換熱流道的入口連通，所述空氣流道的入口用于通入外部空氣，所述空氣流道的出口連通所述一級電堆的陰極入口。

9、作為多級燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案，所述多級燃料電池系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述蒸汽發(fā)生器和所述燃燒器之間冷凝除水裝置，所述冷凝除水裝置包括冷凝器和氣水分離器，所述第二換熱流道的出口連接所述冷凝器，所述冷凝器連接所述氣水分離器的進氣口，所述氣水分離器的排氣口與所述燃燒器的燃料入口連通，所述氣水分離器的排水口與所述蒸汽發(fā)生流道的入口連通。

10、作為多級燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案，所述多級燃料電池系統(tǒng)還包括循環(huán)裝置，所述循環(huán)裝置用于將所述氣水分離器輸送至所述燃燒器的部分燃氣輸送至所述蒸汽發(fā)生器。

11、作為多級燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案，所述循環(huán)裝置包括循環(huán)泵，所述循環(huán)泵的泵入口與所述氣水分離器的排氣口連通，所述循環(huán)泵的泵入口與所述蒸汽發(fā)生流道的入口連通；或者，

12、所述循環(huán)裝置包括引射器，所述引射器的入口用于輸入外部燃氣和水，所述引射器的出口與所述所述蒸汽發(fā)生流道的入口連通，所述引射器的引射口與所述氣水分離器的排氣口連通。

13、作為多級燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案，所述多級燃料電池系統(tǒng)還包括n-1個混合器，i級電堆的陰極出口和i+1級電堆的陰極入口之間均設(shè)置有所述混合器，所述混合器的一個進氣口與i級電堆的陰極出口連通，所述混合器的另一個進氣口用于通入外部空氣，所述混合器的出氣口與i+1級電堆的陰極入口連通。

14、作為多級燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案，每個電堆包括分配歧管和多個子電堆，所述分配歧管分別連通各個子電堆的陰極入口；

15、所述重整流道的出口分別與一級電堆的各個子電堆的陽極入口、二級電堆的各個子電堆的陽極入口……n級電堆的各個子電堆的陽極入口連通；

16、所述第一換熱流道的入口分別與一級電堆的各個子電堆的陽極出口、二級電堆的各個子電堆的陽極出口……n級電堆的各個子電堆的陽極出口連通；

17、所述一級電堆的分配歧管用于輸入熱空氣，所述混合器的一個進氣口與i級電堆的各個子電堆的陰極出口連通，所述混合器的出氣口與i+1級電堆的分配歧管連通。

18、第二方面，本發(fā)明提供一種車輛，包括上述任一方案中的多級燃料電池系統(tǒng)，所述多級燃料電池系統(tǒng)用于給車輛的用電部件供電。

19、第三方面，本發(fā)明提供一種多級燃料電池系統(tǒng)的啟動方法，通過上述任一方案中的多級燃料電池系統(tǒng)實施，該多級燃料電池系統(tǒng)的啟動方法包括：

20、向一級電堆的陰極入口輸入熱空氣；

21、獲取各個電堆的溫度，且當各個電堆的溫度不小于第一設(shè)定溫度時，向蒸汽發(fā)生器以設(shè)定流量輸入氮氣；

22、獲取各個電堆的溫度，且當各個電堆的溫度不小于第二設(shè)定溫度時，向所述蒸汽發(fā)生器輸入水，同時減少向所述蒸汽發(fā)生器輸入的氮氣的量，并保持所述蒸汽發(fā)生器輸出的水蒸汽和氮氣的混合氣體的總流量為設(shè)定流量，所述第二設(shè)定溫度大于所述第一設(shè)定溫度；

23、獲取所述蒸汽發(fā)生器輸送至重整器的混合氣體的實時溫度；

24、在所述實時溫度不小于設(shè)定溫度值的前提下，逐漸增加輸入至所述蒸汽發(fā)生器的水的量，并逐漸減少輸入至所述蒸汽發(fā)生器的氮氣的量，并保持所述蒸汽發(fā)生器輸出的水蒸汽和氮氣的混合氣體的總流量為設(shè)定流量；

25、獲取輸入至所述蒸汽發(fā)生器的氮氣的量，且當輸入至所述蒸汽發(fā)生器的氮氣的量降為零時，進行水蒸氣吹掃作業(yè)；

26、當水蒸氣吹掃作業(yè)完成后，向所述蒸汽發(fā)生器通入外部燃料，且各個電堆開始發(fā)電運行。

27、作為多級燃料電池系統(tǒng)的啟動方法的優(yōu)選技術(shù)方案，進行水蒸氣吹掃作業(yè)包括：

28、累計輸送進入所述重整器的水蒸氣的總量；

29、當所述總量達到預設(shè)流量后，確定水蒸氣吹掃作業(yè)完成。

30、本發(fā)明的有益效果如下：

31、本發(fā)明提供一種多級燃料電池系統(tǒng)、車輛及多級燃料電池系統(tǒng)的啟動方法，該多級燃料電池系統(tǒng)包括一級電堆、二級電堆……n級電堆、重整器和蒸汽發(fā)生器，重整器具有重整流道和第一換熱流道，蒸汽發(fā)生器具有蒸汽發(fā)生流道和第二換熱流道，蒸汽發(fā)生流道的入口用于輸入外部燃氣和水，蒸汽發(fā)生流道的出口與重整流道的入口連通，重整流道的出口分別與各電堆的陽極入口連通，各電堆的陽極出口均與第一換熱流道的入口連通，第一換熱流道的出口與第二換熱流道的入口連通。一級電堆的陰極入口用于輸入熱空氣，i級電堆的陰極出口輸出的熱空氣通過混合器與外部空氣混合后輸入至i+1級電堆的陰極入口，i為大于等于1且小于n的正整數(shù)，該多級燃料電池系統(tǒng)，通過重整器直接給各個電堆的陽極供給重整氣，能夠保證各個電堆的電壓效率，且不會導致各個電堆的鎳基催化劑被氧化，相比現(xiàn)有技術(shù)，無需在相鄰兩個電堆之間設(shè)置冷卻除水裝置，能夠有效簡化結(jié)構(gòu)，并降低成本。