一种燃料电池系统及其控制方法与流程

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池系统及其控制方法。

背景技术：

1、随着燃料电池市场的不断扩大，对于已经衰减的电堆的处理问题亟需解决。

2、电堆长时间运行后，催化剂脱落及流失导致电堆性能衰减至无法满足需求，已衰减电堆只能按照报废或重新冶炼提取金属的生命周期路线，导致资源浪费，导致燃料电池的寿命较短，燃料电池的使用成本较大。

技术实现思路

1、本发明提供了一种燃料电池系统及其控制方法，以解决燃料电池的寿命较短，燃料电池的使用成本较大的问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种所述燃料电池系统包括串联连接的至少一个已衰减电堆和至少一个未衰减电堆，所述燃料电池系统还包括电压转换器、负载、蒸发器、第一混合器、燃烧器、第一调节阀和控制器；所述电压转换器连接于所述已衰减电堆与所述负载之间；所述蒸发器的入口连接所述第一调节阀，所述蒸发器的出口与所述第一混合器的第一入口连接，所述第一混合器的出口与所述已衰减电堆的电极连接；所述燃烧器与所述未衰减电堆的电极连接；所述控制器分别与所述第一调节阀和所述电压转换器连接；所述方法由所述控制器执行；所述方法包括：

3、在所述已衰减电堆的效率与原始效率的比值在预设范围内时，根据目标重整率和所述已衰减电堆的初始重整率确定目标调整幅度；

4、在所述目标调整幅度小于预设值时，根据所述目标调整幅度调节所述电压转换器的电压和/或电流，以调节所述已衰减电堆的重整率为所述目标重整率；

5、在所述目标调整幅度大于或等于所述预设值时，根据所述目标调整幅度调节所述第一调节阀的开度，并调节所述电压转换器的电压和/或电流，以调节所述已衰减电堆的重整率为所述目标重整率。

6、可选地，所述燃料电池系统还包括空气预热器和第二调节阀；所述燃烧器的出口与所述空气预热器的第一入口连接，所述第二调节阀连接于所述空气预热器的第二入口，所述空气预热器的出口与所述第一混合器的第二入口连接；所述控制器与所述第二调节阀连接；

7、在调节所述电压转换器的电压和/或电流之后，还包括：

8、根据所述目标调整幅度调节所述第二调节阀的开度，以调节所述空气预热器排出的空气的温度，以调节所述已衰减电堆的电极的温度。

9、可选地，所述燃料电池系统还包括第二混合器和第三调节阀，所述第二混合器连接于所述已衰减电堆与所述未衰减电堆之间，所述第三调节阀连接于所述第二混合器的入口；所述控制器与所述第三调节阀连接；

10、所述方法还包括：

11、根据所述未衰减电堆的期望温度调节所述第三调节阀的开度，以调节进入所述第二混合器的空气的温度。

12、可选地，所述燃料电池系统还包括开关模块，所述开关模块连接于所述电压转换器与所述负载之间；所述控制器与所述开关模块连接；

13、所述根据所述目标调整幅度调节所述电压转换器的电压和/或电流，包括：

14、在所述目标调整幅度处于第一预设范围时，控制所述开关模块导通，并根据所述目标调整幅度调节所述电压转换器的母线电流，以调节所述未衰减电堆的电压；

15、在所述目标调整幅度处于第二预设范围时，控制所述开关模块断开，以使所述未衰减电堆的电压为开路电压；

16、在所述目标调整幅度处于第三预设范围时，根据所述目标调整幅度向所述电压转换器的母线施加反向电压；其中，所述反向电压与所述开路电压的方向相反。

17、可选地，根据所述目标调整幅度调节所述电压转换器的母线电流，以调节所述未衰减电堆的电压，包括：

18、在所述目标重整率小于所述初始重整率时，根据所述目标调整幅度增大所述电压转换器的母线电流，以减小所述未衰减电堆的电压；

19、在所述目标重整率大于所述初始重整率时，根据所述目标调整幅度减小所述电压转换器的母线电流，以增大所述未衰减电堆的电压。

20、可选地，在所述目标调整幅度处于第三预设范围时，根据所述目标调整幅度向所述电压转换器的母线施加反向电压，包括：

21、在所述目标调整幅度处于第一预设子范围时，根据所述目标调整幅度向所述电压转换器的母线施加第一反向电压；其中，所述第一反向电压的幅值小于所述开路电压的幅值；

22、在所述目标调整幅度处于第二预设子范围时，根据所述目标调整幅度向所述电压转换器的母线施加第二反向电压；其中，所述第二反向电压的幅值大于或等于所述开路电压的幅值；所述第二预设子范围的最大值小于或等于所述第一预设子范围的最小值。

23、可选地，所述燃料电池系统还包括开关模块，所述开关模块连接于所述电压转换器与所述负载之间；所述控制器与所述开关模块连接；

24、所述根据所述目标调整幅度调节所述第一调节阀的开度，并调节所述电压转换器的电压和/或电流，包括：

25、控制所述开关模块断开，以使所述未衰减电堆的电压为开路电压；

26、调节所述第一调节阀的开度，以调节所述蒸发器输出的水蒸气的流量，以调节进入所述已衰减电堆的水碳比，以调节所述已衰减电堆的重整率。

27、可选地，调节所述第一调节阀的开度，以调节所述蒸发器输出的水蒸气的流量，以调节进入所述已衰减电堆的水碳比，以调节所述已衰减电堆的重整率，包括：

28、在所述目标重整率小于所述初始重整率时，减小所述第一调节阀的开度，以降低所述蒸发器输出的水蒸气的流量，以减小所述水碳比，以调节所述已衰减电堆的重整率；

29、在所述目标重整率大于所述初始重整率时，增大所述第一调节阀的开度，以增大所述蒸发器输出的水蒸气的流量，以增大所述水碳比，以调节所述已衰减电堆的重整率。

30、根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括串联连接的至少一个已衰减电堆和至少一个未衰减电堆，所述燃料电池系统还包括电压转换器、负载、蒸发器、第一混合器、燃烧器、第一调节阀和控制器；

31、所述电压转换器连接于所述已衰减电堆与所述负载之间；

32、所述蒸发器的入口连接所述第一调节阀，所述蒸发器的出口与所述第一混合器的第一入口连接，所述第一混合器的出口与所述已衰减电堆的电极连接；所述第一混合器用于将燃料与所述蒸发器排出的水蒸气混合；

33、所述燃烧器与所述未衰减电堆的电极连接；所述燃烧器用于燃烧所述未衰减电堆的电机排出的尾气，为所述燃料电池系统提供热量；

34、所述控制器分别与所述第一调节阀和所述电压转换器连接；所述控制器用于在所述已衰减电堆的效率与原始效率的比值在预设范围内时，根据目标重整率和所述已衰减电堆的初始重整率确定目标调整幅度；并在所述目标调整幅度小于预设值时，根据所述目标调整幅度调节所述电压转换器的电压和/或电流，以调节所述已衰减电堆的重整率为所述目标重整率；在所述目标调整幅度大于或等于所述预设值时，根据所述目标调整幅度调节所述第一调节阀的开度，并调节所述电压转换器的电压和/或电流，以调节所述已衰减电堆的重整率为所述目标重整率。

35、可选地，所述燃料电池系统还包括空气预热器和第二调节阀；

36、所述燃烧器的出口与所述空气预热器的第一入口连接，所述第二调节阀连接于所述空气预热器的第二入口，所述空气预热器的出口与所述第一混合器的第二入口连接；所述空气预热器的第二入口用于输入外部空气，所述空气预热器用于通过所述燃烧器加热后的尾气对所述外部空气进行加热；

37、所述控制器与所述第二调节阀连接；所述控制器还用于根据所述目标调整幅度调节所述第二调节阀的开度，以调节所述空气预热器排出的空气的温度，以调节所述已衰减电堆的电极的温度。

38、本发明实施例的技术方案，在已衰减电堆的效率大于预设范围的最大值时，表明已衰减电堆的效率较大，已衰减电堆可以作为新电堆使用，延长已衰减电堆的寿命。在已衰减电堆的效率与原始效率的比值在预设范围内时，表明已衰减电堆还可以再次利用，可以采用已衰减电堆代替重整器使用，延迟已衰减电堆的使用周期，并且可以无需使用重整器，可以有效的降低成本。在目标调整幅度小于预设值时，可以通过调节电压转换器的电流(即母线电流)，来调节已衰减电堆两个电极之间的电位，或者直接调节电压转换器的电压(即母线电压)，来调节已衰减电堆两个电极之间的电位，从而调节已衰减电堆氧离子的通过能力，从而调节已衰减电堆的电化学反应，进而调节已衰减电堆的重置效率，使得已衰减电堆的重整率为目标重整率。在目标调整幅度大于或等于预设值时，表明目标调整幅度较大，可以既调节第一调节阀的开度，又调节电压转换器的电压和/或电流，实现较大幅度的调节已衰减电堆的重整率，以满足目标重整率，提高燃料电池系统的适用性。因此，本发明实施例的技术方案延长了燃料电池的寿命，降低了燃料电池的使用成本。

39、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。