[发明专利]燃料电池系统

说明书

本发明提供一种燃料电池系统，其包括：燃料电池堆子系统包括多个电池堆单元，每个电池堆单元级联一个DC/DC模块；氢气供应子系统为并置的每个电池堆单元供氢；空气供应子系统为并置的每个电池堆单元供应空气；水热管理子系统控制每个电池堆单元内的温度和湿度；电功率管理子系统根据运行时的动态工况控制每个电池堆单元的输出电功率。本发明的燃料电池系统，其氢气供应子系统、空气供应子系统、水热管理子系统和电功率管理子系统集成于燃料电池堆子系统，无需针对燃料电池堆子系统内各个电池堆单元而设置独立的、已有技术的供氢单元、空气供应单元、水热管理单元和电功率管理单元，可拓宽已有电堆产品的应用面，提供更高的系统性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池系统。

背景技术

单燃料电池其电压及功率满足不了实际应用的需要，因此，通常采用一个由单电池堆积成的燃料电池电堆和与其匹配的氢气供应、空气供应、水热管理和电功率管理等辅助单元构成一个燃料电池系统的方案。某一功率等级的燃料电池电堆和系统关键零部件(如专用的空压机、DC/DC转换器等)的研发、生产制造耗时长且成本极高，目前可满足实际应用场景的、已有的电堆及系统关键零部件只能集成一个120kW以下的燃料电池系统，且其中所用的一个电堆一旦出现性能衰减或停机故障，即导致整个燃料电池系统性能衰减或停机。

面对更大电功率需求的应用场景时，已有的解决方案是1)专门研发、生产制造更高功率等级的电堆和系统关键零部件，集成一套燃料电池系统；2)采用两套或以上的燃料电池系统，各配置一个已有技术的电堆和一套已有技术的辅助系统。其中，方案1)耗时长且成本极高，不利于快速拓宽燃料电池技术应用；方案2)仅是两套或以上的燃料电池系统的电气组合，其所需零部件多，成本高。

因此，需要一种易于拓展应用且成本低的燃料电池系统。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的特征，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统，用于增强和优化燃料电池电堆及系统的拓展应用和系统部件的通用性。

为实现或者至少接近以上技术目的，本发明提供一种燃料电池系统，其包括：

燃料电池堆子系统，包括多个并置的电池堆单元，每个电池堆单元级联一个相应的 DC/DC模块；

氢气供应子系统，包括氢气输入共轨和氢气输出共轨，氢气输入共轨的一端连接氢气源组件，氢气输入共轨的另一端与每个所述电池堆单元分别通过输氢支管和氢气喷嘴相连，为每个电池堆单元供氢；氢气输出共轨的一端连接各电池堆单元的排氢支管，氢气输出共轨的另一端连接一个氢气循环装置，氢气循环装置将部分余氢加压循环至氢气输入共轨中；

空气供应子系统，包括空气源组件、进气支管、排气支管及节气门、排气共轨及排气阀门，空气源组件与每个所述电池堆单元分别通过进气支管相连，为每个电池堆单元供应空气，每个所述电池堆单元对应连接一个排气支管及节气门，所有排气支管与排气共轨相连，排气共轨上设有排气阀门；

水热管理子系统，用于控制每个电池堆单元内的温度和湿度，包括散热器和冷却液管路，散热器通过冷却液管路与各个电池堆单元构成冷却循环回路，从散热器流出的冷却液分流后进入每个所述电池堆单元，经所述电池堆单元后返回散热器；

电功率管理子系统，与DC/DC模块相连，根据运行时的动态工况，动态组合每个电池堆单元的输出电功率，以控制燃料电池系统的总输出电功率。

本发明的燃料电池系统其氢气供应子系统、空气供应子系统、水热管理子系统和电功率管理子系统集成于燃料电池堆子系统，无需针对燃料电池堆子系统内各个电池堆单元而设置独立的、已有技术的供氢单元、空气供应单元、水热管理单元和电功率管理单元，无需开发和使用尚未问世的、更高功率的燃料电池电堆及相应的系统部件(如空压机)，可拓宽已有电堆产品的应用面，提供更高的系统性能。