[发明专利]多堆燃料电池发电系统及其检测、运行和保护停机方法

说明书

本发明提供了一种多堆燃料电池发电系统，其特征在于，所述系统包括：N个并联的单模块电堆系统，每个单模块电堆系统包括M个串联的电堆，其中N和M为正整数；与每个单模块电堆系统相连接的氢气管路系统和氮气管路系统，分别为燃料电池发电系统中每个电堆提供氢气和氮气。本发明通过多个电堆组串联形成多堆燃料电池发电系统，提高发电系统的输出电压，使系统总电压提高解决单堆系统无法应用高压场合；本发明同时解决燃料电池单体功率等级不高、难以满足大功率负荷或功率负荷波动较大的应用需求问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统领域，更具体地涉及一种多堆燃料电池发电系统及其气密性检测、启动运行和保护停机方法。

背景技术

燃料电池是一种将燃料中的化学能通过电化学反应直接转化成电能的装置，与传统柴油发电机相比，其不存在燃料燃烧的过程，不受卡诺循环，能量转化过程不产生污染大气的物质。随着燃料电池单堆功率的逐步增大，燃料电池在重型卡车、分布式发电、轨道交通等领域受到广泛关注，然而单体燃料电池系统在大功率轨道交通领域应用仍存在燃料电池单堆系统输出功率偏低、耐久性较差、系统成本较高等诸多问题。为解决单堆燃料电池发电系统的以上技术问题，满足系统大功率的应用需求，需要将燃料电池系统以多堆共同运行的模式工作，并提高系统在不同工况下的效率。

因此，现有技术需要一种能够将燃料电池系统以多堆共同运行的解决方案。

上述在背景部分公开的信息仅用于对本发明的背景做进一步的理解，因此它可以包含对于本领域普通技术人员已知的不构成现有技术的信息。

发明内容

本发明提供了一种多堆燃料电池发电系统及其气密性检测、启动运行和保护停机方法，本发明的燃料电池发电系统运行效率高，结构简单，并且发电系统的适用性强，稳定性高，对环境无污染。

本发明的第一方面提供了一种多堆燃料电池发电系统，所述系统包括：N个并联的单模块电堆系统，每个单模块电堆系统包括M个串联的电堆，其中N和M为正整数；与每个单模块电堆系统相连接的氢气管路系统和氮气管路系统，分别为燃料电池发电系统中每个电堆提供氢气和氮气；其中，所述氢气管路系统包括：用于控制氢气进气的电磁球阀，与每个单模块电堆系统连接并且用于控制相应单模块电堆系统的氢气进入的电磁阀；其中，所述氮气管路系统包括：与每个单模块电堆系统连接并且用于控制相应单模块电堆系统的氮气进入电磁阀。

根据本发明的一个实施例，其中，所述氢气管路系统包括：用于控制氢气进气的阀门，该阀门可以为电磁球阀。

根据本发明的一个实施例，其中，所述氢气管路系统包括：依次连接的氢气进气控制部分、氢气管路保护部分、单模块电堆系统氢气管路连接部分，氢气进气控制部分输出的氢气通过多通管道分别进入氢气管路保护部分和单模块电堆系统氢气管路连接部分；其中单电堆连接部分包括：分别与每个单模块电堆系统连接的电磁阀，用于通过远程自动开启和关闭相应的单模块电堆系统的氢气管路；分别与每个单模块电堆系统连接的球阀，用于通过手动开启和关闭相应的单电堆模块系统的氢气管路。

根据本发明的一个实施例，所述氢气进气控制部分包括：第一球阀，用于人为控制氢气的手动关闭和开启；氢气过滤器，用于对进入所述发电系统的氢气进行过滤；第一压力传感器，用于检测氢气进气的压力值；电动球阀，用于远程控制氢气进气管路的开启和关闭；第一减压阀，用于将氢气的进气压力降低至电堆合适的工作压力。

根据本发明的一个实施例，所述氢气管路保护部分包括：泄压阀，当第一减压阀失效或减压后氢气管路压力超出限定值时，所述泄压阀自动泄压以保护氢气管路系统中的阀件和电堆；第二球阀，用于系统检修时通过排空口排空管道内残余的氢气；阻火器，用于阻止氢气管路排空口着火而引起的管路回火。