一种风冷燃料电池双堆控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种风冷燃料电池双堆控制系统。


背景技术：

2.现有技术中，中大功率风冷备电系统大多采用双堆分别连接两套dcdc并联输出，系统启动，双堆同时工作，当所需功率远小于单堆额定功率时也采用双堆同时工作，功率双堆平均分配，这样的控制方法主要缺陷在于始终保持双堆工作，功率平均分配这一工况，在低功率输出情况下容易导致电堆处于低功率或者怠速工况，长时间处于这一工况容易导致电堆膜电极性能变差，严重影响堆的使用寿命，同时双堆工作存在功耗，降低系统效率。
3.比如，公开号为cn112635793a的发明申请公开了一种双堆双循环的燃料电池系统。该系统包括氢气循环供气模块、空气循环供气模块、冷却模块及双电堆，氢气循环供气模块与双电堆连接；空气循环供气模块与双电堆连接；冷却模块与双电堆连接。氢气循环供气模块使用喷射器和引射器为双电堆提供氢源，无需氢气循环泵等组件，具有无源、高效和可靠性高等特点。空气循环供气模块采用独特的空气循环方案，由双空压机供气，采用同一分水器-加湿器为双电堆提供氧气，可提高燃料利用率、快速循环提供氧气及降低由于缺氧造成的催化剂性能下降导致电堆性能衰退。冷却模块用于燃料电池双堆的散热、保温等提供保障。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种风冷燃料电池双堆控制系统，可以实现两个电堆之间的选择性开启，以及开启功率根据需要各自差异控制。
5.一种风冷燃料电池双堆控制系统，包括两个并联使用的电堆，每个电堆具有用于进氢气的进气管和用于排出尾气的排气管，进气管上具有进气阀，排气管上具有排气阀，每个电堆还具有风冷用的风扇，
6.所述风冷燃料电池双堆控制系统还包括：
7.氢气供给单元，用于向两个电堆分别供应氢气，所述氢气供给单元通过管路连接电堆的进气管；
8.dcdc模块，每一个电堆的输出电路上设有一个dcdc模块，经dcdc模块处理后向负载供电；
9.控制器，包括两个，每个控制器用于控制一个电堆的运行，系统启动时，确定其中一个控制器作为主控制器，另一个控制器作为辅控制器，主控制器控制辅控制器的运行；
10.储备电源，为二次电池，用于向控制器、dcdc模块供电，同时，在所述储备电源缺电时由电堆充电。
11.优选的，每个控制器控制对应电堆的风扇、进气阀、排气阀以及dcdc模块的运行。一个控制器对应控制一个电堆的运行，所以，控制器通过控制风扇的运行及运行速度的快
慢来对电堆供应空气并散热。控制器通过控制进气阀的开闭及打开的程度来对电堆供应氢气的量进行控制。控制器通过控制排气阀的开闭及打开的程度来对电堆排出尾气进行控制，尾气是氢气进气后经过电堆消耗后剩余的氢气以及电堆内生成的一些水分，可以通过增加循环使用的设备来对尾气进行回收循环使用。控制器通过控制dcdc模块的打开与关闭来控制dcdc模块与电堆同步运行或同步关闭。
12.优选的，两个电堆的额定功率相同。本技术使用两个额定功率相同的电堆，有利于两个电堆之间切换使用时方便控制输出功率。
13.优选的，所述氢气供给单元为储氢瓶。
14.优选的，所述氢气供给单元为甲醇制氢系统，如果采用甲醇制氢系统，则可以采用现有技术中常规结构的甲醇制氢系统。更优选的，所述甲醇制氢系统在向电堆供应氢气的管路上还设有缓冲罐，缓冲罐的数量为1个、2个或2个以上。
15.本实用新型风冷燃料电池双堆控制系统通过设置两个控制器分别来控制两个电堆的运行，在整个系统启动时，确定其中一个控制器作为主控制器，另一个控制器作为辅控制器，主控制器先控制对应的那个电堆启动，在整体输出功率或负载用电功率不高时，可以只由主控制器控制单个的电堆运行，直到输出功率或负载用电功率达到一定程度时，才由两个控制器控制两个电堆一起工作，并且合理分配两个电堆之间的输出功率，从而可以在较低的负载情况下只需要单独运行其中一个电堆，避免双电堆同时开启却低功率运行的情况，确保电堆具有较好的使用状态，提高系统效率，提高电堆使用寿命。并且，关机后下一次开机时切换前一次作为辅控制器的控制器作为主控制器，对应先启动另外那个电堆运行，保持双电堆工作次数一致。
附图说明
16.图1为本实用新型风冷燃料电池双堆控制系统以储氢瓶作为氢气供给单元时的结构示意图。
17.图2为以甲醇制氢系统作为氢气供给单元时的局部结构示意图。
18.附图标记：电堆1，进气管2，排气管3，进气阀4，排气阀5，风扇6，储氢瓶7，甲醇制氢系统8，缓冲罐9，dcdc模块10，控制器11，储备电源12，负载13。
具体实施方式
19.实施例1
20.如图1所示，一种风冷燃料电池双堆控制系统，包括两个并联使用的电堆1，每个电堆1具有用于进氢气的进气管2和用于排出尾气的排气管3，进气管2上具有进气阀4，排气管3上具有排气阀5，每个电堆1还具有风冷用的风扇6。本技术中，两个电堆1的额定功率相同，本技术使用两个额定功率相同的电,1，有利于两个电堆1之间切换使用时方便控制输出功率。
21.本技术风冷燃料电池双堆控制系统还包括氢气供给单元、dcdc模块10、控制器11和储备电源12。其中，氢气供给单元用于向两个电堆1分别供应氢气，氢气供给单元通过管路连接电堆1的进气管2，在本实施例中，氢气供给单元为储氢瓶7。
22.dcdc模块10包括2个，每一个电堆1的输出电路上设有一个dcdc模块10，经dcdc模
块10处理后向负载13供电。
23.储备电源12为二次电池，比如锂电池或者铅蓄电池，储备电源12用于向控制器11、dcdc模块10供电，同时，在储备电源12缺电时由电堆1充电。
24.本技术中控制器11(fcu)也包括两个，每个控制器11用于控制一个电堆1的运行，系统启动时，确定其中一个控制器11作为主控制器，另一个控制器11作为辅控制器，主控制器控制辅控制器的运行。
25.每个控制器11控制对应电堆的风扇6、进气阀4、排气阀5以及dcdc模块10的运行。一个控制器11对应控制一个电堆1的运行，所以，控制器11通过控制风扇6的运行及运行速度的快慢来对电堆1供应空气并散热。控制器11通过控制进气阀4的开闭及打开的程度来对电堆1供应氢气的量进行控制。控制器11通过控制排气阀5的开闭及打开的程度来对电堆1排出尾气进行控制，尾气是氢气进气后经过电堆1消耗后剩余的氢气以及电堆1内生成的一些水分，可以通过增加循环使用的设备来对尾气进行回收循环使用。控制器11通过控制dcdc模块10的打开与关闭来控制dcdc模块10与电堆1同步运行或同步关闭。
26.图中储氢瓶7与电堆1之间为管路连接，电堆1与dcdc模块10之间；电堆1通过dcdc模块10处理后向负载13供电，同时还可以为储备电源12充电，另一方面，储备电源12还要为dcdc模块10供电，所以dcdc模块10与负载13、储备电源12之间为电连接；储备电源12还向控制器11供电，储备电源12与控制器11之间也为电连接；控制器11控制进气阀4、排气阀5、风扇6、dcdc模块10运行，所以控制器11与进气阀4、排气阀5、风扇6、dcdc模块10之间均为信号输送线路。
27.本实用新型风冷燃料电池双堆控制系统通过设置两个控制器11分别来控制两个电堆1的运行，在整个系统启动时，确定其中一个控制器11作为主控制器，另一个控制器11作为辅控制器，主控制器先控制对应的那个电堆1启动，在整体输出功率或负载用电功率不高时，可以只由主控制器控制单个的电堆1运行，直到输出功率或负载用电功率达到一定程度时，才由两个控制器11控制两个电堆1一起工作，并且合理分配两个电堆1之间的输出功率，从而可以在较低的负载情况下只需要单独运行其中一个电堆1，避免双电堆同时开启却低功率运行的情况，确保电堆1具有较好的使用状态，提高系统效率，提高电堆1使用寿命。并且，关机后下一次开机时切换前一次作为辅控制器的控制器11作为主控制器，对应先启动另外那个电堆1运行，保持双电堆工作次数一致。
28.实施例2
29.如图2所示，一种风冷燃料电池双堆控制系统，本实施例中风冷燃料电池双堆控制系统的结构除了氢气供给单元外，其余结构与实施例1中相同，所以，图2中省略了控制器、储备电源、负载等结构。
30.本实施例中氢气供给单元为甲醇制氢系统8，甲醇制氢系统8在向电堆1供应氢气的管路上还设有缓冲罐9，缓冲罐9的数量为1个、2个或2个以上。