CN110224161A - 燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池系统，包括：负载电路；多个燃料电池堆，各个燃料电池堆均包括多个单电池，各个燃料电池堆均可选择地接入负载电路内；多个短路旁路，各个短路旁路均可通断地设置，多个短路旁路与多个燃料电池堆一一对应地设置，各个短路旁路与相应的燃料电池堆连接，以使各个燃料电池堆可选择地接入负载电路内。本发明的燃料电池系统解决了现有技术中的燃料电池系统的抗干扰能力较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池系统。
背景技术
燃料电池是将“燃料气体”的化学能直接转化为直流电能的能量转换器。在当前能源和环境形势逐渐严峻的情况下，氢能作为一种优质、高效、洁净的能源材料逐步受到人们的关注。与此同时，燃料电池作为氢能利用的重要形式之一，也吸引了诸多科研和产业力量的倾注。
燃料电池在使用过程中，其稳定性和可靠性受诸多因素影响，大致可分为三类：结构因素，操作因素和外界因素。结构因素指的是燃料电池及电堆的设计结构、装配精度、部件可靠性等引起的变形、失效和破坏；操作因素是指燃料电池工作过程中因变工况、操作不当或未工作在最佳工况点等造成的燃料电池性能和寿命下降。外界因素指的是因外界环境、振动等造成的燃料电池故障或性能失效。
乘用车或商用车用燃料电池的功率一般在30-120kW，受限于当前单电池的功率输出，一般需要几百片的单电池进行组装，以满足所需总功率。例如，丰田MIRAI燃料电池车的单电池总片数为370片，总输出功率为114kW。考虑到应用场景中燃料电池电堆总体积的限制，单电池的体积(尤其是厚度)必然是越小越好，这也是为什么金属双极板燃料电池越来受到广泛关注的原因。金属双极板中单极板的厚度可达0.1-0.2mm，装配的单电池厚度一般在1-3mm左右。在如此薄的空间里布置超薄金属双极板、膜电极，同时要求能够工作在几百安培的大电流密度下，因此整个系统的可靠性面临十分严苛的考验。
目前，通常采用的单电池堆叠组装电堆，其本质上是单电池的串联结构。
然而，一旦某一块单电池出现问题(如故障或性能下降)，将导致整个电堆性能严重下降甚至失效。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种燃料电池系统，以解决现有技术中的燃料电池系统的抗干扰能力较差的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种燃料电池系统，包括：负载电路；多个燃料电池堆，各个燃料电池堆均包括多个单电池，各个燃料电池堆均可选择地接入负载电路内；多个短路旁路，各个短路旁路均可通断地设置，多个短路旁路与多个燃料电池堆一一对应地设置，各个短路旁路与相应的燃料电池堆连接，以使各个燃料电池堆可选择地接入负载电路内。
进一步地，多个燃料电池堆包括第一燃料电池堆和第二燃料电池堆，当燃料电池系统处于初始工作状态时，第一燃料电池堆接入负载电路内，第二燃料电池堆处于备用状态；当第一燃料电池堆发生故障时，第一燃料电池堆与负载电路切断，第二燃料电池堆接入负载电路内。
进一步地，第一燃料电池堆为多个，多个第一燃料电池堆均可选择地接入负载电路内。
进一步地，负载电路还包括：负载组件；电路主体，第一燃料电池堆均设置在电路主体上；第一支路，第一支路具有相对设置的第一连接端和第二连接端，第二连接端用于与负载组件连接；第二支路，第二燃料电池堆设置在第二支路上，第二支路具有相对设置的第三连接端和第四连接端，第四连接端用于与负载组件连接；其中，电路主体的一端用于与负载组件连接，电路主体的另一端设置有第一选择开关，第一选择开关可选择地与第一支路的第一连接端连接或与第二支路的第三连接端连接。
进一步地，负载电路还包括：第二选择开关，第二选择开关设置在第二支路上且位于第二燃料电池堆和负载组件之间。
进一步地，负载电路包括：第一线缆，电路主体与第一线缆连接；第二线缆，第一支路和第二支路均与第二线缆连接；其中，负载组件的一端通过第一连接线缆与第一线缆连接，负载组件的另一端通过第二连接线缆与第二线缆连接。
进一步地，负载电路包括：变压器，变压器的一端通过第一连接线缆与第一线缆连接，变压器的另一端通过第二连接线缆与第二线缆连接；负载部，负载部与变压器连接。
进一步地，燃料电池系统还包括：第一供气组件，第一供气组件用于与各个燃料电池堆均连接，以向各个燃料电池堆内输入氢气。
进一步地，第一供气组件还包括：多个第一供气支路，多个第一供气支路与多个燃料电池堆一一对应地设置，各个第一供气支路用于与相应的燃料电池堆的第一进气口连通；多个第一控制阀，多个第一控制阀与多个第一供气支路一一对应地设置，各个第一控制阀设置在相应的第一供气支路上。
进一步地，第一供气组件还包括：第一供气总管，各个第一供气支路的远离燃料电池堆的一端均与第一供气总管连通，第一供气总管与氢气罐连通，以通过第一供气总管将氢气罐中的氢气输送给第一供气支路。
进一步地，燃料电池系统还包括：第二供气组件，第二供气组件用于与各个燃料电池堆均连接，以向各个燃料电池堆内输入空气。
进一步地，第二供气组件还包括：多个第二供气支路，多个第二供气支路与多个燃料电池堆一一对应地设置，各个第二供气支路用于与相应的燃料电池堆的第二进气口连通；多个第二控制阀，多个第二控制阀与多个第二供气支路一一对应地设置，各个第二控制阀设置在相应的第二供气支路上。
进一步地，燃料电池系统还包括：第二供气总管，第二供气支路的远离燃料电池堆的一端与第二供气总管连通，第二供气总管的另一端与空气压缩机连通，以通过空气压缩机和第二供气总管向第二供气支路输送空气。
进一步地，第二供气组件还包括：多个加湿器，多个加湿器与多个第二供气支路一一对应地设置，各个加湿器设置在相应的第二供气支路上。
进一步地，燃料电池系统还包括：多个再循环组件，多个再循环组件与多个燃料电池堆一一对应地设置，各个再循环组件用于连通相应的燃料电池堆的第一出气口与第一进气口；其中，再循环组件包括再循环管，再循环管的一端与第一出气口连通，再循环管的另一端与第一进气口连通，以将燃料电池堆内的氢气由第一出气口输送至第一进气口。
进一步地，燃料电池系统还包括：控制模块，控制模块与各个燃料电池堆均连接，以控制各个燃料电池堆是否接入负载电路内。
进一步地，燃料电池系统还包括：监测模块，监测模块与各个燃料电池堆均连接，以监测各个燃料电池堆的供电能力，并根据各个燃料电池堆的供电能力发送处理命令；其中，监测模块与控制模块连接，以向控制模块发送处理命令，以使控制模块根据处理命令控制各个燃料电池堆接入负载电路或与负载电路切断。
本发明的燃料电池系统通过设置多个燃料电池堆，且各个燃料电池堆均可选择地接入负载电路内，可以在某一燃料电池堆发生故障或性能衰退，在不影响其他燃料电池堆正常工作的前提下将其从整个燃料电池系统中切除，并根据燃料电池系统的总输出功率的需要将其他未接入负载电路内的燃料电池堆接入负载电路；另外，还可根据燃料电池系统的总输出功率的需要选择不同数量的燃料电池堆接入负载电路内。该燃料电池系统提高了功率输出的稳定性和系统可靠性，同时有助于优化燃料电池应用场景中的空间布局，简化维护过程、降低维护成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的燃料电池系统的实施例的结构示意图；
图2示出了根据本发明的燃料电池系统的控制过程的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、第一燃料电池堆；20、第二燃料电池堆；31、负载组件；311、变压器；312、负载部；32、电路主体；321、第一选择开关；33、第一支路；34、第二支路；341、第二选择开关；35、短路旁路；351、旁路开关；36、第一线缆；37、第二线缆；38、第一连接线缆；39、第二连接线缆；50、第一供气支路；60、第一供气总管；70、氢气罐；80、第二供气支路；90、第二供气总管；100、空气压缩机；110、加湿器；120、监测模块；130、控制模块。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明提供了一种燃料电池系统，请参考图1和图2，包括：负载电路；多个燃料电池堆，各个燃料电池堆均包括多个单电池，各个燃料电池堆均可选择地接入负载电路内；多个短路旁路35，各个短路旁路35均可通断地设置，多个短路旁路35与多个燃料电池堆一一对应地设置，各个短路旁路35与相应的燃料电池堆连接，以使各个燃料电池堆可选择地接入负载电路内。
本发明的燃料电池系统通过设置多个燃料电池堆，且各个燃料电池堆均可选择地接入负载电路内，可以在某一燃料电池堆发生故障或性能衰退，在不影响其他燃料电池堆正常工作的前提下将其从整个燃料电池系统中切除，并根据燃料电池系统的总输出功率的需要将其他未接入负载电路内的燃料电池堆接入负载电路；另外，还可根据燃料电池系统的总输出功率的需要选择不同数量的燃料电池堆接入负载电路内。该燃料电池系统提高了功率输出的稳定性和系统可靠性，同时有助于优化燃料电池应用场景中的空间布局，简化维护过程、降低维护成本。
具体实施时，多个燃料电池堆接入负载电路后为串联连接。
为了实现短路旁路35的通断，各个短路旁路35上均设置有旁路开关351，以控制短路旁路35的通断。其中，各个短路旁路35的一端与相应的燃料电池堆的正极连接，该短路旁路35的另一端与该燃料电池堆的负极连接。
在本实施例中，多个燃料电池堆包括第一燃料电池堆10和第二燃料电池堆20，当燃料电池系统处于初始工作状态时，第一燃料电池堆10接入负载电路内，第二燃料电池堆20处于备用状态；当第一燃料电池堆10发生故障时，第一燃料电池堆10与负载电路切断，第二燃料电池堆20接入负载电路内。这样的设置当第一燃料电池堆10发生故障或功率衰退时，可由用户选择开启或由控制模块130开启第二燃料电池堆20，从而保证整个燃料电池系统的总输出功率的稳定性。
具体实施时，第二燃料电池堆20为多个，进一步保证了整个燃料电池系统的总输出功率的稳定性。
在本实施例中，第一燃料电池堆10为多个，多个第一燃料电池堆10均可选择地接入负载电路内。这样，可以将整体功率较大的电堆分为多个第一燃料电池堆10，由于单个第一燃料电池堆10的功率较小，可以进行紧凑化、单元化设计，在具有有限空间的布局结构中，多个第一燃料电池堆10的结构可使电堆的空间布局更加方便，同时，还可根据需要选择向负载电路接入不同数量的第一燃料电池堆10，以提供不同的输送功率。
为了实现第一燃料电池堆10和第二燃料电池堆20可选择地接入负载电路，负载电路还包括：负载组件31；电路主体32，第一燃料电池堆10均设置在电路主体32上；第一支路33，第一支路33具有相对设置的第一连接端和第二连接端，第二连接端用于与负载组件31连接；第二支路34，第二燃料电池堆20设置在第二支路34上，第二支路34具有相对设置的第三连接端和第四连接端，第四连接端用于与负载组件31连接；其中，电路主体32的一端用于与负载组件31连接，电路主体32的另一端设置有第一选择开关321，第一选择开关321可选择地与第一支路33的第一连接端连接或与第二支路34的第三连接端连接。
为了进一步保证第二支路34通断的可靠性，负载电路还包括第二选择开关341，第二选择开关341设置在第二支路34上且位于第二燃料电池堆20和负载组件31之间。这样的设置提高了负载电路的安全性。
在本实施例中，负载电路包括：第一线缆36，电路主体32与第一线缆36连接；第二线缆37，第一支路33和第二支路34均与第二线缆37连接；其中，负载组件31的一端通过第一连接线缆38与第一线缆36连接，负载组件31的另一端通过第二连接线缆39与第二线缆37连接。这样的设置使多个燃料电池堆的电流通过第一线缆36和第二线缆37汇聚。
优选地，第一线缆36和第二线缆37为集流母线。
在本实施例中，负载电路包括：变压器311，变压器311的一端通过第一连接线缆38与第一线缆36连接，变压器311的另一端通过第二连接线缆39与第二线缆37连接；负载部312，负载部312与变压器311连接。这样的设置可以通过变压器311利用电磁感应的远离来改变电压，并在变换电压后输出给负载部312。
优选地，变压器311为DC-DC变换器，是指在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置。
为了向燃料电池堆提供氢气，燃料电池系统还包括第一供气组件，第一供气组件用于与各个燃料电池堆均连接，以向各个燃料电池堆内输入氢气。
具体实施时，第一供气组件还包括：多个第一供气支路50，多个第一供气支路50与多个燃料电池堆一一对应地设置，各个第一供气支路50用于与相应的燃料电池堆的第一进气口连通；多个第一控制阀，多个第一控制阀与多个第一供气支路50一一对应地设置，各个第一控制阀设置在相应的第一供气支路50上。这样的设置实现了对各个燃料电池堆进行分别供气。
具体实施时，第一供气组件还包括第一供气总管60，各个第一供气支路50的远离燃料电池堆的一端均与第一供气总管60连通，第一供气总管60与氢气罐70连通，以通过第一供气总管60将氢气罐70中的氢气输送给第一供气支路50。
为了向燃料电池堆提供氧气，燃料电池系统还包括第二供气组件，第二供气组件用于与各个燃料电池堆均连接，以向各个燃料电池堆内输入空气。
具体实施时，第二供气组件还包括：多个第二供气支路80，多个第二供气支路80与多个燃料电池堆一一对应地设置，各个第二供气支路80用于与相应的燃料电池堆的第二进气口连通；多个第二控制阀，多个第二控制阀与多个第二供气支路80一一对应地设置，各个第二控制阀设置在相应的第二供气支路80上。这样的设置实现了对各个燃料电池堆进行分别供气。
具体实施时，燃料电池系统还包括第二供气总管90，第二供气支路80的远离燃料电池堆的一端与第二供气总管90连通，第二供气总管90的另一端与空气压缩机100连通，以通过空气压缩机100和第二供气总管90向第二供气支路80输送空气。
在本实施例中，第二供气组件还包括多个加湿器110，多个加湿器110与多个第二供气支路80一一对应地设置，各个加湿器110设置在相应的第二供气支路80上。这样的设置可以对质子交换膜进行加湿，避免质子交换膜内阻大。
具体实施时，第二供气组件还包括多个第二排气管，多个第二排气管与多个燃料电池堆一一对应地设置，各个第二排气管与相应的燃料电池堆的第二出气口相连通，以使燃料电池堆中多余的气体排出，其中，多余的气体为未反应的空气和空气中不进行反应的气体。
在本实施例中，燃料电池系统还包括：多个再循环组件，多个再循环组件与多个燃料电池堆一一对应地设置，各个再循环组件用于连通相应的燃料电池堆的第一出气口与第一进气口；其中，再循环组件包括再循环管，再循环管的一端与第一出气口连通，再循环管的另一端与第一进气口连通，以将燃料电池堆内的氢气由第一出气口输送至第一进气口。这样的设置便于对氢气进行有效利用。
为了控制各个燃料电池堆接入负载电路或与负载电路切断，如图2所示，燃料电池系统还包括控制模块130，控制模块130与各个燃料电池堆均连接，以控制各个燃料电池堆是否接入负载电路内。
具体实施时，控制模块130与第一控制阀、第二控制阀、加湿器110、旁路开关351、第一选择开关321、第二选择开关341、第二排气管和再循环组件均控制连接，以在将燃料电池堆接入负载电路时，打开与该燃料电池堆相对应的第一控制阀、第二控制阀、加湿器110、旁路开关351、第二排气管和再循环组件；并在将燃料电池堆与负载电路断开时，关闭与该燃料电池堆相对应的第一控制阀、第二控制阀、加湿器110、旁路开关351、第二排气管和再循环组件；并在将第二燃料电池堆20接入负载电路或与负载电路切断时，控制第一选择开关321和第二选择开关341的开合。
在本实施例中，燃料电池系统还包括监测模块120，如图2所示，监测模块120与各个燃料电池堆均连接，以监测各个燃料电池堆的供电能力，并根据各个燃料电池堆的供电能力发送处理命令；其中，监测模块120与控制模块130连接，以向控制模块130发送处理命令，以使控制模块130根据处理命令控制各个燃料电池堆接入负载电路或与负载电路切断。
其中，供电能力为输出功率或电压。当一个燃料电池堆的输出功率低于预定输出功率时，监测模块120向控制模块130发出切断该燃料电池堆的处理命令，切断该燃料电池堆后若在接入负载电路的所有燃料电池堆的输出功率小于燃料电池系统的预定总输出功率，监测模块120向控制模块130发出将第二燃料电池堆20接入负载电路的处理命令；当燃料电池系统处于不同的工况下，对实时总功率的需求不同时，监测模块120向控制模块130发出调整接入负载电路的第一燃料电池堆10的数量的处理命令。
在本实施例中。每个燃料电池堆都是一个独立的单元，在一个燃料电池堆发生故障或性能衰退时，可通过短路旁路35进行短路，从而将该燃料电池堆从动力系统中切除。切除故障的燃料电池堆后，如果总输出功率不满足使用需求，可启动备用的第二燃料电池堆20，以使用备用的第二燃料电池堆20与已经在工作的燃料电池堆进行串联。
本发明解决了质子交换膜燃料电池系统抗对“破外性扰动”敏感的问题，提高了功率输出的稳定性和系统可靠性，同时有助于优化燃料电池系统应用场景中的空间布局，简化维护过程、降低维护成本。
本发明的有益效果为：单个电池性能的下降或故障对整个电堆来说，是一种破坏性干扰。通过本发明的燃料电池系统，能够显著增强整个电池动力系统的抗干扰能力。若某一燃料电池堆发生故障或性能衰退，可在不影响其他燃料电池堆正常工作的前提下将其从整个动力系统中切除，同时还可根据需要及时的并入第二燃料电池堆20。实际上，分体式的燃料电池系统也使得燃料电池在有限空间(如车用场景中)内的布局更加方便。
本发明的包含若干个可独立控制的小功率的燃料电池堆。单个分体燃料电池堆由于功率较小，可以进行紧凑化、单元化设计。控制模块130能够分别控制每个燃料电池堆的进气过程及其与第一线缆36和第二线缆37的连接，从而实现每个燃料电池堆独立的切入或切出动力系统，提高了燃料电池动力系统抗干扰的能力，提高了系统输出功率的稳定性和可靠性。在具有有限空间的布局结构中，分体式的系统结构还可使电堆的空间布局更加方便。当某一个燃料电池堆发生故障或功率衰退时，可由用户选择开启备用的第二燃料电池堆20，从而保证整个燃料电池系统总输出功率的稳定性。
燃料电池系统在正常工作状态下，由监测模块120实时对每个燃料电池堆进行诊断和监测(可监测输出功率或电压)，当燃料电池堆发生故障时，给出处理命令(如切断故障燃料电池堆或性能衰退至设定值以下)，随后由用户结合实际情况手动操作切断(切断供气并将故障第一燃料电池堆10切断，且不对其他第一燃料电池堆10的正常工作产生影响)，此时。如果燃料电池系统总输出功率难以为继，可由用户手动操作开启备用的第二燃料电池堆20。
上述过程也可通过设定相应的控制逻辑并由控制模块130自动完成。实际上，还可根据功率需求的不同(如车在行驶过程中的变功率过程)动态启动和关闭某一第一燃料电池堆10。若从燃料电池动力系统维护的角度看，本发明所述的系统和结构实际上将电堆系统进一步单元化，维护中只须更换性能衰退或故障的燃料电池堆，而不对其他单元进行拆卸和组装，简化了维护过程，降低了维护成本。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明的燃料电池系统通过设置多个燃料电池堆，且各个燃料电池堆均可选择地接入负载电路内，可以在某一燃料电池堆发生故障或性能衰退，在不影响其他燃料电池堆正常工作的前提下将其从整个燃料电池系统中切除，并根据燃料电池系统的总输出功率的需要将其他未接入负载电路内的燃料电池堆接入负载电路；另外，还可根据燃料电池系统的总输出功率的需要选择不同数量的燃料电池堆接入负载电路内。该燃料电池系统提高了功率输出的稳定性和系统可靠性，同时有助于优化燃料电池应用场景中的空间布局，简化维护过程、降低维护成本。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：
负载电路；
多个燃料电池堆，各个所述燃料电池堆均包括多个单电池，各个所述燃料电池堆均可选择地接入所述负载电路内；
多个短路旁路(35)，各个所述短路旁路(35)均可通断地设置，多个所述短路旁路(35)与多个所述燃料电池堆一一对应地设置，各个所述短路旁路(35)与相应的所述燃料电池堆连接，以使各个所述燃料电池堆可选择地接入所述负载电路内。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述多个燃料电池堆包括第一燃料电池堆(10)和第二燃料电池堆(20)，当所述燃料电池系统处于初始工作状态时，所述第一燃料电池堆(10)接入所述负载电路内，所述第二燃料电池堆(20)处于备用状态；当所述第一燃料电池堆(10)发生故障时，所述第一燃料电池堆(10)与所述负载电路切断，所述第二燃料电池堆(20)接入所述负载电路内。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一燃料电池堆(10)为多个，多个所述第一燃料电池堆(10)均可选择地接入所述负载电路内。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述负载电路还包括：
负载组件(31)；
电路主体(32)，所述第一燃料电池堆(10)均设置在所述电路主体(32)上；
第一支路(33)，所述第一支路(33)具有相对设置的第一连接端和第二连接端，所述第二连接端用于与所述负载组件(31)连接；
第二支路(34)，所述第二燃料电池堆(20)设置在所述第二支路(34)上，所述第二支路(34)具有相对设置的第三连接端和第四连接端，所述第四连接端用于与所述负载组件(31)连接；
其中，所述电路主体(32)的一端用于与所述负载组件(31)连接，所述电路主体(32)的另一端设置有第一选择开关(321)，所述第一选择开关(321)可选择地与所述第一支路(33)的第一连接端连接或与所述第二支路(34)的第三连接端连接。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述负载电路还包括：
第二选择开关(341)，所述第二选择开关(341)设置在所述第二支路(34)上且位于所述第二燃料电池堆(20)和所述负载组件(31)之间。
6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述负载电路包括：
第一线缆(36)，所述电路主体(32)与所述第一线缆(36)连接；
第二线缆(37)，所述第一支路(33)和所述第二支路(34)均与所述第二线缆(37)连接；
其中，所述负载组件(31)的一端通过第一连接线缆(38)与所述第一线缆(36)连接，所述负载组件(31)的另一端通过第二连接线缆(39)与所述第二线缆(37)连接。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，所述负载电路包括：
变压器(311)，所述变压器(311)的一端通过所述第一连接线缆(38)与所述第一线缆(36)连接，所述变压器(311)的另一端通过所述第二连接线缆(39)与所述第二线缆(37)连接；
负载部(312)，所述负载部(312)与所述变压器(311)连接。
8.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：
第一供气组件，所述第一供气组件用于与各个所述燃料电池堆均连接，以向各个所述燃料电池堆内输入氢气。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一供气组件还包括：
多个第一供气支路(50)，多个所述第一供气支路(50)与多个所述燃料电池堆一一对应地设置，各个所述第一供气支路(50)用于与相应的所述燃料电池堆的第一进气口连通；
多个第一控制阀，多个所述第一控制阀与多个所述第一供气支路(50)一一对应地设置，各个所述第一控制阀设置在相应的所述第一供气支路(50)上。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一供气组件还包括：
第一供气总管(60)，各个所述第一供气支路(50)的远离所述燃料电池堆的一端均与所述第一供气总管(60)连通，所述第一供气总管(60)与氢气罐(70)连通，以通过所述第一供气总管(60)将所述氢气罐(70)中的氢气输送给所述第一供气支路(50)。
11.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：
第二供气组件，所述第二供气组件用于与各个所述燃料电池堆均连接，以向各个所述燃料电池堆内输入空气。
12.根据权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第二供气组件还包括：
多个第二供气支路(80)，多个所述第二供气支路(80)与多个所述燃料电池堆一一对应地设置，各个所述第二供气支路(80)用于与相应的所述燃料电池堆的第二进气口连通；
多个第二控制阀，多个所述第二控制阀与多个所述第二供气支路(80)一一对应地设置，各个所述第二控制阀设置在相应的所述第二供气支路(80)上。
13.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：
第二供气总管(90)，所述第二供气支路(80)的远离所述燃料电池堆的一端与所述第二供气总管(90)连通，所述第二供气总管(90)的另一端与空气压缩机(100)连通，以通过所述空气压缩机(100)和所述第二供气总管(90)向所述第二供气支路(80)输送空气。
14.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第二供气组件还包括：
多个加湿器(110)，多个所述加湿器(110)与多个所述第二供气支路(80)一一对应地设置，各个所述加湿器(110)设置在相应的所述第二供气支路(80)上。
15.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：
多个再循环组件，多个所述再循环组件与多个所述燃料电池堆一一对应地设置，各个所述再循环组件用于连通相应的所述燃料电池堆的第一出气口与第一进气口；
其中，所述再循环组件包括再循环管，所述再循环管的一端与第一出气口连通，所述再循环管的另一端与第一进气口连通，以将所述燃料电池堆内的氢气由所述第一出气口输送至所述第一进气口。
16.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：
控制模块(130)，所述控制模块(130)与各个所述燃料电池堆均连接，以控制各个所述燃料电池堆是否接入所述负载电路内。
17.根据权利要求16所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：
监测模块(120)，所述监测模块(120)与各个所述燃料电池堆均连接，以监测各个所述燃料电池堆的供电能力，并根据各个所述燃料电池堆的供电能力发送处理命令；
其中，所述监测模块(120)与所述控制模块(130)连接，以向所述控制模块(130)发送所述处理命令，以使所述控制模块(130)根据所述处理命令控制各个所述燃料电池堆接入所述负载电路或与所述负载电路切断。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112038667A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-04 | 湖南汽车工程职业学院 | 一种用于氢氧燃料电池测试的气体循环加湿方法及装置 |
| CN112083338A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-12-15 | 金龙联合汽车工业（苏州）有限公司 | 一种燃料电池功率衰减实时监测预警方法及系统 |
| CN113910987A (zh) * | 2021-08-24 | 2022-01-11 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种车载燃料电池系统及其控制方法和装置 |
| CN115069055A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-20 | 深圳市志橙半导体材料有限公司 | 一种氯基碳化硅制程的尾气处理与能量回收设备 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1242615A (zh) * | 1998-07-22 | 2000-01-26 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 燃料电池组输出电压调整方法及输出电压可调整的燃料电池组 |
| CN101764239A (zh) * | 2008-12-26 | 2010-06-30 | 上海神力科技有限公司 | 一种带有脉宽调制电磁阀的燃料电池氢气循环系统 |
| CN102668211A (zh) * | 2009-12-22 | 2012-09-12 | 依莱克托电能系统股份有限公司 | 质子交换膜燃料电池堆备用发电机的运行管理 |
| CN202444020U (zh) * | 2012-01-30 | 2012-09-19 | 中国人民解放军63908部队 | 一种便携式pemfc燃料电池电源系统 |
| CN103248082A (zh) * | 2012-02-14 | 2013-08-14 | 江苏华源氢能科技发展有限公司 | 带有氢气循环装置的燃料电池备用电源系统 |
| CN207765544U (zh) * | 2017-12-14 | 2018-08-24 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 一种燃料电池系统和一种燃料电池安全运行控制系统 |
| CN109524690A (zh) * | 2017-09-20 | 2019-03-26 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种燃料电池氢气循环控制系统和方法 |
| CN209843847U (zh) * | 2019-06-06 | 2019-12-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 燃料电池系统 |
-
2019
- 2019-06-06 CN CN201910491107.3A patent/CN110224161A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1242615A (zh) * | 1998-07-22 | 2000-01-26 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 燃料电池组输出电压调整方法及输出电压可调整的燃料电池组 |
| CN101764239A (zh) * | 2008-12-26 | 2010-06-30 | 上海神力科技有限公司 | 一种带有脉宽调制电磁阀的燃料电池氢气循环系统 |
| CN102668211A (zh) * | 2009-12-22 | 2012-09-12 | 依莱克托电能系统股份有限公司 | 质子交换膜燃料电池堆备用发电机的运行管理 |
| CN202444020U (zh) * | 2012-01-30 | 2012-09-19 | 中国人民解放军63908部队 | 一种便携式pemfc燃料电池电源系统 |
| CN103248082A (zh) * | 2012-02-14 | 2013-08-14 | 江苏华源氢能科技发展有限公司 | 带有氢气循环装置的燃料电池备用电源系统 |
| CN109524690A (zh) * | 2017-09-20 | 2019-03-26 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种燃料电池氢气循环控制系统和方法 |
| CN207765544U (zh) * | 2017-12-14 | 2018-08-24 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 一种燃料电池系统和一种燃料电池安全运行控制系统 |
| CN209843847U (zh) * | 2019-06-06 | 2019-12-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 燃料电池系统 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112083338A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-12-15 | 金龙联合汽车工业（苏州）有限公司 | 一种燃料电池功率衰减实时监测预警方法及系统 |
| CN112083338B (zh) * | 2020-08-18 | 2023-05-05 | 金龙联合汽车工业（苏州）有限公司 | 一种燃料电池功率衰减实时监测预警方法及系统 |
| CN112038667A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-04 | 湖南汽车工程职业学院 | 一种用于氢氧燃料电池测试的气体循环加湿方法及装置 |
| CN113910987A (zh) * | 2021-08-24 | 2022-01-11 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种车载燃料电池系统及其控制方法和装置 |
| CN115069055A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-20 | 深圳市志橙半导体材料有限公司 | 一种氯基碳化硅制程的尾气处理与能量回收设备 |
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