本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術：

1、燃料電池是一種把燃料所具有的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學裝置，又稱為電化學發(fā)電器。電堆串聯(lián)是提高燃料電池系統(tǒng)燃料利用率的有效方法之一，燃料利用率的提升可以直接提高燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電效率。但是電堆串聯(lián)會帶來系統(tǒng)流動損失的增加，流動損失是指燃料電池系統(tǒng)中氣體燃料在流動過程中因摩擦阻力等產(chǎn)生的能量損失，主要體現(xiàn)為壓力(靜壓)降低。尤其是在級間電堆數(shù)量不一致的情況下。因為考慮到進入二級電堆的燃料來自于一級電堆反應后的尾氣，其燃料濃度相對來說降低，這就要求二級電堆需要表現(xiàn)出更好的性能，但這會加速二級電堆的衰減，所以一般采取一級電堆數(shù)量大于二級電堆的設計來降低系統(tǒng)性能衰減的風險。

2、但對于二級電堆而言，進入的燃料量要高于一級電堆，這會大大增加燃料的流動損失，最終導致一級電堆入口壓力過高甚至超出安全邊界?，F(xiàn)有的質(zhì)子交換膜燃料電池中主要考慮進入電堆的氫氣流量瞬間過大，壓力瞬間過高，會將質(zhì)子交換膜擊穿，所以多通過設置泄壓安全閥來實現(xiàn)瞬間的泄壓保護。其沒有考慮系統(tǒng)正常運行中因電堆布置而導致的第一級電堆入口壓力過大的現(xiàn)象，而且瞬間泄壓的方式是將燃料(氫氣)直接排放到空氣中，危險性過大。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法，可以避免一級電堆壓力過高，保證一級電堆在安全壓力邊界內(nèi)運行。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包括：

3、一級電堆、冷卻水泵、冷凝器、氣水分離器、二級電堆和控制器；

4、一級電堆的第二端與冷凝器的第一端通過管路連接；冷卻水泵的第一端與冷凝器的第二端與通過冷卻液管路連接，冷凝器的第三端與冷卻水泵的第二端通過冷卻液管路連接，冷凝器的第四端與氣水分離器的第一端通過管路連接，氣水分離器的第二端與二級電堆的第一端通過管路連接，氣水分離器的第三端還與一級電堆的第一端通過管路連接；

5、控制器與一級電堆、冷卻水泵、冷凝器、氣水分離器和二級電堆電連接；

6、控制器用于：

7、獲取一級電堆的第一端的實際壓力和一級電堆的壓力安全閾值；

8、在一級電堆的第一端的實際壓力大于壓力安全閾值時，確定一級電堆的第一端的實際壓力與壓力安全閾值的差值；

9、根據(jù)一級電堆的第一端的實際壓力與壓力安全閾值的差值，確定管路內(nèi)氣水分離器分離出的氣體燃料的偏差值；

10、根據(jù)溫度和氣體燃料的含量的對應關系，確定氣體燃料的偏差值對應的溫度差；

11、獲取冷凝器第四端的實際溫度，根據(jù)冷凝器第四端的實際溫度和溫度差，確定需要調(diào)節(jié)的設定溫度；

12、根據(jù)需要調(diào)節(jié)的設定溫度，調(diào)節(jié)冷卻水泵調(diào)節(jié)的冷卻液流量，直至達到需要調(diào)節(jié)的設定溫度，確定一級電堆的第一端的實際壓力小于或等于壓力安全閾值。

13、可選的，控制器用于根據(jù)一級電堆的第一端的實際壓力與壓力安全閾值的差值，確定管路內(nèi)氣水分離器分離出的氣體燃料的流速；根據(jù)氣水分離器分離出的氣體燃料的流速，確定管路內(nèi)氣水分離器分離出的氣體燃料的偏差值。

14、可選的，控制器還用于在一級電堆的第一端的實際壓力大于或等于壓力安全閾值時，確定一級電堆在安全運行。

15、可選的，燃料電池系統(tǒng)還包括：

16、第一燃料混合器、蒸發(fā)器、第一重整器、空氣預熱器、空氣混合器、第二燃料混合器、第二重整器和燃燒器；

17、控制器與第一燃料混合器、蒸發(fā)器、第一重整器、空氣預熱器、空氣混合器、第二燃料混合器、第二重整器和燃燒器電連接；

18、第一燃料混合器的第一端用于接收外界新鮮燃料，第一燃料混合器的第二端與蒸發(fā)器的第一端通過管路連接，氣水分離器的第三端與蒸發(fā)器的第二端通過管路連接，蒸發(fā)器的第三端與第一重整器的第一端通過管路連接，第一重整器的第二端與一級電堆的第一端通過管路連接；一級電堆的第二端與冷凝器的第一端通過管路連接；氣水分離器的第二端與第二燃料混合器的第一端通過管路連接，第二燃料混合器的第二端與第二重整器的第一端通過管路連接，第二燃料混合器的第三端用于接收外部新鮮燃料，第二重整器的第二端與二級電堆的第一端通過管路連接，二級電堆的第二端與燃燒器的第一端通過管路連接，燃燒器的第二端與空氣預熱器的第一端通過管路連接；空氣預熱器的第二端與第一重整器的第三端通過管路連接，空氣預熱器的第三端用于接收空氣；一級電堆的第三端與空氣混合器的第一端通過管路連接，空氣混合器的第二端與二級電堆的第三端通過管路連接，空氣混合器的第三端用于接收空氣。

19、可選的，燃料電池系統(tǒng)還包括：

20、壓力傳感器，壓力傳感器設置在一級電堆的第一端的管路上；控制器與壓力傳感器電連接；

21、控制器用于通過壓力傳感器獲取一級電堆的第一端的實際壓力。

22、可選的，燃料電池系統(tǒng)還包括：

23、溫度傳感器，溫度傳感器設置在冷凝器的第四端的管路上；控制器與溫度傳感器電連接；

24、控制器用于通過溫度傳感器獲取冷凝器第四端的實際溫度。

25、可選的，燃料電池系統(tǒng)還包括：

26、冷卻液流量計，冷卻液流量計設置在冷卻水泵的第一端的冷卻液管路上；控制器與冷卻液流量計電連接；

27、控制器用于根據(jù)需要調(diào)節(jié)的設定溫度，控制調(diào)節(jié)冷卻水泵調(diào)節(jié)的冷卻液流量，通過冷卻液流量計實時監(jiān)測冷卻液流量，直至達到需要調(diào)節(jié)的設定溫度，確定一級電堆的第一端的實際壓力小于或等于壓力安全閾值。

28、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，包括本發(fā)明任意實施例所述的燃料電池系統(tǒng)；

29、燃料電池系統(tǒng)的控制方法，包括：

30、控制器獲取一級電堆的第一端的實際壓力和一級電堆的壓力安全閾值；

31、控制器在一級電堆的第一端的實際壓力大于壓力安全閾值時，確定一級電堆的第一端的實際壓力與壓力安全閾值的差值；

32、控制器根據(jù)一級電堆的第一端的實際壓力與壓力安全閾值的差值，確定管路內(nèi)氣水分離器分離出的氣體燃料的偏差值；

33、控制器根據(jù)溫度和氣體燃料的含量的對應關系，確定氣體燃料的偏差值對應的溫度差；

34、控制器獲取冷凝器第四端的實際溫度，根據(jù)冷凝器第四端的實際溫度和溫度差，確定需要調(diào)節(jié)的設定溫度；

35、控制器根據(jù)需要調(diào)節(jié)的設定溫度，控制調(diào)節(jié)冷卻水泵調(diào)節(jié)的冷卻液流量，直至達到需要調(diào)節(jié)的設定溫度，確定一級電堆的第一端的實際壓力小于或等于壓力安全閾值。

36、可選的，控制器根據(jù)一級電堆的第一端的實際壓力與壓力安全閾值的差值，確定管路內(nèi)氣水分離器分離出的氣體燃料的流速；根據(jù)氣水分離器分離出的氣體燃料的流速，確定管路內(nèi)氣水分離器分離出的氣體燃料的偏差值。

37、可選的，控制器在一級電堆的第一端的實際壓力大于或等于壓力安全閾值時，確定一級電堆在安全運行。

38、本發(fā)明實施例提供的燃料電池系統(tǒng)包括：一級電堆、冷卻水泵、冷凝器、氣水分離器、二級電堆和控制器；控制器用于：獲取一級電堆的第一端的實際壓力和一級電堆的壓力安全閾值；在一級電堆的第一端的實際壓力大于壓力安全閾值時，確定一級電堆的第一端的實際壓力與壓力安全閾值的差值；根據(jù)一級電堆的第一端的實際壓力與壓力安全閾值的差值，確定管路內(nèi)氣水分離器分離出的氣體燃料的偏差值；根據(jù)溫度和氣體燃料的含量的對應關系，確定氣體燃料的偏差值對應的溫度差；獲取冷凝器第四端的實際溫度，根據(jù)冷凝器第四端的實際溫度和溫度差，確定需要調(diào)節(jié)的設定溫度；根據(jù)需要調(diào)節(jié)的設定溫度，調(diào)節(jié)冷卻水泵調(diào)節(jié)的冷卻液流量，直至達到需要調(diào)節(jié)的設定溫度，確定一級電堆的第一端的實際壓力小于或等于壓力安全閾值。本發(fā)明實施例通過冷卻水泵調(diào)節(jié)的冷卻液流量，調(diào)節(jié)冷凝器的冷卻能力，進而調(diào)節(jié)冷凝器的第四端的實際溫度，冷凝器的第四端的實際溫度的調(diào)控會直觀體現(xiàn)在一級電堆的第一端的實際壓力上，從而實現(xiàn)對一級電堆的第一端的實際壓力的控制，避免出現(xiàn)一級電堆的第一端的實際壓力過高，保證一級電堆在安全壓力邊界內(nèi)運行。

39、應當理解，本部分所描述的內(nèi)容并非旨在標識本發(fā)明的實施例的關鍵或重要特征，也不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它特征將通過以下的說明書而變得容易理解。