本發(fā)明涉及多級(jí)燃料電池系統(tǒng)，尤其涉及一種多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法及多級(jí)燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的多級(jí)燃料電池系統(tǒng)主要由蒸汽發(fā)生器、重整器、多個(gè)電堆、燃燒器、熱交換器、余熱回收系統(tǒng)等部件組成。蒸汽發(fā)生器主要是將去離子水加熱蒸發(fā)變成水蒸汽；重整器主要是將進(jìn)入系統(tǒng)的天然氣、醇類等碳?xì)淙剂虾退羝M(jìn)行水汽重整轉(zhuǎn)化為以氫氣、一氧化碳、二氧化碳為主的混合氣，從而更有利于電堆中的電化學(xué)反應(yīng)；燃燒器主要將陽(yáng)極尾氣中未反應(yīng)完全的燃料轉(zhuǎn)化為熱量，并為系統(tǒng)提供熱能；熱交換器進(jìn)行熱能的交換，利用高溫?zé)嵩醇訜岬蜏亟橘|(zhì)。

2、現(xiàn)有多級(jí)燃料電池系統(tǒng)，在啟動(dòng)時(shí)，先對(duì)一級(jí)電堆預(yù)熱，當(dāng)達(dá)到一級(jí)電堆的啟動(dòng)溫度后，啟動(dòng)一級(jí)電堆，一級(jí)電堆的陽(yáng)極尾氣全部導(dǎo)入尾氣燃燒器，燃燒產(chǎn)生的熱量用于預(yù)熱二級(jí)電堆，且二級(jí)電堆達(dá)到啟動(dòng)溫度后，啟動(dòng)二級(jí)電堆。但是該啟動(dòng)過(guò)程中，忽略了陽(yáng)極側(cè)可能存在空氣殘留的情況，啟動(dòng)過(guò)程中容易發(fā)生爆炸等安全事故。雖然現(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)于電堆在啟動(dòng)時(shí)的吹掃方法，但是通常是針對(duì)單電堆設(shè)計(jì)的，無(wú)法做到在多級(jí)燃料電池系統(tǒng)中通用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：提供一種多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法及多級(jí)燃料電池系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有多級(jí)燃料電池系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)，忽略了陽(yáng)極側(cè)可能存在空氣殘留的情況，啟動(dòng)過(guò)程中容易發(fā)生爆炸等安全事故的問(wèn)題。

2、一方面，本發(fā)明提供一種多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法，多級(jí)燃料電池系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生器、重整器、一級(jí)電堆、換熱器、冷凝除水裝置、二級(jí)電堆、加熱裝置、補(bǔ)氣混合器和水箱，所述蒸汽發(fā)生器、所述重整器和所述一級(jí)電堆的陽(yáng)極入口依次連接，所述換熱器具有第一換熱流道和第二換熱流道，所述第一換熱流道的兩端分別連接所述一級(jí)電堆的陽(yáng)極出口和所述冷凝除水裝置的輸入端，所述冷凝除水裝置的輸出端與所述補(bǔ)氣混合器的第一入口連接，所述補(bǔ)氣混合器的第二入口用于輸入補(bǔ)充燃料，所述補(bǔ)氣混合器的出口和所述第二換熱流道連通，所述第二換熱流道與所述二級(jí)電堆的陽(yáng)極入口連通，所述水箱用于給所述蒸汽發(fā)生器供給水，且用于向所述第二換熱流道供水，所述蒸汽發(fā)生器能夠?qū)⑺伤羝?，所述重整器設(shè)置有重整換熱流道，所述加熱裝置用于加熱空氣，且加熱后的空氣能夠流經(jīng)所述重整換熱流道、所述一級(jí)電堆的陰極和所述二級(jí)電堆的陰極，所述多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法包括啟動(dòng)控制方法，所述啟動(dòng)控制方法包括：

3、空氣以第一設(shè)定空氣流量流經(jīng)所述加熱裝置；

4、開啟所述加熱裝置；

5、獲取所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度；

6、當(dāng)所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度不小于設(shè)定吹掃溫度時(shí)，所述水箱同時(shí)給所述蒸汽發(fā)生器和所述第二換熱流道供水，并持續(xù)設(shè)定時(shí)長(zhǎng)。

7、作為多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，加熱裝置包括燃燒器和空氣預(yù)熱器，所述燃燒器的第一進(jìn)氣口連接所述二級(jí)電堆的陽(yáng)極出口，所述燃燒器的第二進(jìn)氣口連接所述二級(jí)電堆的陰極出口，所述燃燒器的第三進(jìn)氣口用于輸入外部燃料，所述燃燒器燃燒產(chǎn)生的廢氣用于給所述空氣預(yù)熱器提供熱量，所述空氣預(yù)熱器用于加熱空氣；

8、開啟所述加熱裝置包括：

9、外部燃料從所述燃燒器的第三進(jìn)氣口進(jìn)入所述燃燒器并點(diǎn)火燃燒。

10、作為多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述啟動(dòng)控制方法還包括位于水箱同時(shí)給所述蒸汽發(fā)生器和所述第二換熱流道供水之后的：

11、獲取所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度和所述二級(jí)電堆的陰極出口溫度；

12、當(dāng)所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度和所述二級(jí)電堆的陰極出口溫度均不小于t1時(shí)，所述水箱停止給所述第二換熱流道供水；

13、所述蒸汽發(fā)生器的進(jìn)氣口開始通入燃料且所述一級(jí)電堆和所述二級(jí)電堆不發(fā)電；

14、通入所述燃燒器的外部燃料的流量逐漸降低至不超過(guò)設(shè)定流量。

15、作為多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述啟動(dòng)控制方法還包括位于通入所述燃燒器的外部燃料的流量逐漸降低至不超過(guò)設(shè)定流量之后的：

16、獲取所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度；

17、當(dāng)所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度不小于t2時(shí)，t2＞t1；

18、所述一級(jí)電堆開始發(fā)電。

19、作為多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述啟動(dòng)控制方法還包括位于所述一級(jí)電堆開始發(fā)電之后的：

20、獲取所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度和所述二級(jí)電堆的陰極出口溫度；

21、當(dāng)所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度不小于t3，且所述二級(jí)電堆的陰極出口溫度不小于t2時(shí)，t3＞t2；

22、補(bǔ)充燃料從所述補(bǔ)氣混合器的第二入口開始輸入；

23、所述二級(jí)電堆開始發(fā)電。

24、作為多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述啟動(dòng)控制方法還包括位于所述二級(jí)電堆開始發(fā)電之后的：

25、獲取所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度和所述二級(jí)電堆的陰極出口溫度；

26、當(dāng)所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度和所述二級(jí)電堆的陰極出口溫度均不小于t4時(shí)，t4＞t3；

27、停止向所述燃燒器通入外部燃料；

28、所述多級(jí)燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)完成。

29、作為多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法還包括停機(jī)控制方法，所述停機(jī)控制方法包括：

30、獲取停機(jī)指令；

31、所述一級(jí)電堆的發(fā)電功率逐漸降低至零，所述二級(jí)電堆的發(fā)電功率逐漸降低至零；

32、所述蒸汽發(fā)生器的進(jìn)氣口通入的燃料的流量逐漸降低至最小燃料流量；

33、從所述補(bǔ)氣混合器的第二入口輸入的補(bǔ)充燃料的流量逐漸降為零。

34、作為多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述停機(jī)控制方法包括位于從所述補(bǔ)氣混合器的第二入口輸入的補(bǔ)充燃料的流量逐漸降為零之后的：

35、將流經(jīng)所述加熱裝置的空氣的流量提升至第二設(shè)定空氣流量；

36、獲取所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度和所述二級(jí)電堆的陰極出口溫度；

37、當(dāng)所述一級(jí)電堆的陰極出口溫度和所述二級(jí)電堆的陰極出口溫度均不大于氧化溫度閾值時(shí)；

38、停止向所述蒸汽發(fā)生器的進(jìn)氣口通入燃料。

39、作為多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法的優(yōu)選技術(shù)方案，所述停機(jī)控制方法還包括位于停止向所述蒸汽發(fā)生器的進(jìn)氣口通入燃料之后的：

40、所述水箱給所述第二換熱流道供水；

41、至少設(shè)定時(shí)長(zhǎng)后，水箱停止給所述第二換熱流道和所述蒸汽發(fā)生器供水；

42、空氣流經(jīng)所述加熱裝置的流量調(diào)整為零。

43、另一方面，本發(fā)明提供一種多級(jí)燃料電池系統(tǒng)，用于實(shí)施任一上述方案中所述的多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法，所述多級(jí)燃料電池系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生器、重整器、一級(jí)電堆、換熱器、冷凝除水裝置、二級(jí)電堆、加熱裝置、水箱和補(bǔ)氣混合器，所述蒸汽發(fā)生器、所述重整器和所述一級(jí)電堆的陽(yáng)極入口依次連接，所述換熱器具有第一換熱流道和第二換熱流道，所述第一換熱流道的兩端分別連接所述一級(jí)電堆的陽(yáng)極出口和所述冷凝除水裝置的輸入端，所述補(bǔ)氣混合器的第一入口連接所述冷凝除水裝置的輸出端，所述補(bǔ)氣混合器的第二入口用于輸入補(bǔ)充燃料，所述補(bǔ)氣混合器的出口連接所述第二換熱流道，所述第二換熱流道和所述二級(jí)電堆的陽(yáng)極入口連通，所述水箱用于給所述蒸汽發(fā)生器供給水，且用于向所述第二換熱流道供水，所述蒸汽發(fā)生器能夠?qū)⑺伤羝?，所述重整器設(shè)置有重整換熱流道，所述加熱裝置用于加熱空氣，且加熱后的空氣能夠流經(jīng)所述重整換熱流道、所述一級(jí)電堆的陰極和所述二級(jí)電堆的陰極。

44、本發(fā)明的有益效果如下：

45、本發(fā)明提供一種多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法及多級(jí)燃料電池系統(tǒng),該多級(jí)燃料電池系統(tǒng)的控制方法，包括啟動(dòng)控制方法，在啟動(dòng)多級(jí)燃料電池系統(tǒng)時(shí)，使空氣以第一設(shè)定空氣流量流經(jīng)加熱裝置；開啟加熱裝置；獲取一級(jí)電堆的陰極出口溫度；當(dāng)一級(jí)電堆的陰極出口溫度不小于設(shè)定吹掃溫度時(shí)，水箱同時(shí)給蒸汽發(fā)生器和第二換熱流道供水，并持續(xù)設(shè)定時(shí)長(zhǎng)。水被加熱成水蒸汽并可對(duì)陽(yáng)極側(cè)進(jìn)行吹掃，能夠?qū)㈥?yáng)極側(cè)的殘存氣體吹出，避免陽(yáng)極側(cè)殘留空氣，導(dǎo)致后續(xù)輸入還原性氣體時(shí)導(dǎo)致發(fā)生爆炸等安全事故。并且，多級(jí)燃料電池系統(tǒng)原本就配置有水箱，從而通過(guò)水蒸汽對(duì)陽(yáng)極側(cè)進(jìn)行吹掃，無(wú)需配置其他的惰性氣體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。另外，通過(guò)補(bǔ)氣混合器控制補(bǔ)充燃料的供給量，通過(guò)設(shè)置冷凝除水裝置來(lái)控制對(duì)水蒸汽的冷凝出水率，兩者結(jié)合，可調(diào)節(jié)二級(jí)電堆的燃料利用率以及進(jìn)入二級(jí)電堆的氧碳比，氧碳比被調(diào)節(jié)到要求的范圍內(nèi)時(shí)，可保證二級(jí)電堆能夠高效發(fā)電。同時(shí)，一級(jí)電堆陽(yáng)極輸出的水蒸汽會(huì)在冷凝除水裝置中冷凝，導(dǎo)致進(jìn)而二級(jí)電堆的陽(yáng)極的水蒸汽很少，本發(fā)明則通過(guò)使水箱給換熱器的第二換熱流道供水，水在第二換熱流道中吸收熱量汽化為水蒸汽，保證對(duì)二級(jí)電堆正常吹掃。