CN111446467A - 燃料电池热电联供系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池热电联供系统及其控制方法，属于燃料电池热电联供技术领域。燃料电池热电联供系统包括控制模块、电堆、第一动力装置、换向装置、换热装置、散热装置、第二动力装置及储热装置。燃料电池热电联供控制系统设置了换热液路、散热液路及储热液路三条液路，使储热液路与换热液路产生热交换、散热液路对冷却液散热，并通过换向装置闭环调节换热液路和散热液路的流量，实现对冷却液的入堆温度的精细控制，从而提高了入堆温度的控制的精准性和稳定性。

Description

燃料电池热电联供系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及燃料电池热电联供技术，尤其涉及一种燃料电池热电联供系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池采用氢气和氧气电化学反应进行发电，发电过程中产生热量，其中，发电在电堆中进行，产生的热量通过介质带出电堆。燃料电池的电效率范围在35％-55％，其余的热能如能够通过合适的换热方式进行回收，则可提高燃料电池的总效率；燃料电池和换热方式相结合的系统即为燃料电池热电联供系统。

燃料电池对运行温度要求较高，燃料电池的控制方式、换热方式及两者的联控方式均影响燃料电池的运行温度的精准度和稳定性。现有技术中，通过设置储热装置和换热器的方式回收热能，使储热装置和燃料电池在换热器处与燃料电池的介质进行热交换，并通过调节储热装置中储热水的流量和流速来调控燃料电池的入堆温度，但是，储热水换热前后的温度受流量影响较大，入堆温度的控制的精准性和稳定性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种燃料电池热电联供系统及其控制方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种燃料电池热电联供系统，其特点在于，包括控制模块、电堆、第一动力装置、换向装置、换热装置、散热装置、储热装置及第二动力装置；所述电堆包括入堆口和出堆口；

所述出堆口、所述第一动力装置、所述换向装置、所述换热装置及所述入堆口顺次连通形成供冷却液换热的换热液路；

所述出堆口、所述第一动力装置、所述换向装置、所述散热装置及所述入堆口顺次连通形成对冷却液散热的散热液路；

所述储热装置的冷端、所述第二动力装置、所述换热装置及所述储热装置的热端顺次连通形成供储热水与所述换热液路进行换热的储热液路；

所述控制模块用于通过所述换向装置调节所述换热液路和所述散热液路中冷却水的混合比例闭环控制冷却液进入所述入堆口时的入堆温度。

本方案中，对燃料电池部分设置了换热液路和散热液路两条供冷却液循环以对其温控的回路，该两条液路均可实现对冷却液的温控，通过换向装置闭环调节换热液路和散热液路的流量，实现对冷却液的入堆温度的精细控制，从而提高了入堆温度的控制的精准性和稳定性。

优选地，所述换向装置包括三通调节阀，所述控制模块具体用于通过调节所述三通调节阀的开度控制所述散热液路和所述换热液路同时运转时两个液路中的冷却液的混合比例；所述三通调节阀开度为0％时，换热液路完全打开，散热液路关闭；所述三通调节阀开度为100％时，换热液路关闭，散热液路完全打开。

优选地，所述散热装置包括用于对冷却液散热的散热风扇；所述控制模块还用于通过调节所述散热风扇的转速控制所述散热液路中冷却液的温度。

优选地，所述燃料电池热电联供系统还包括氢气装置、空气装置及逆变器；所述控制模块还用于控制所述氢气装置向所述电堆供应氢气、控制所述空气装置向所述电堆供应空气，及控制所述逆变器将所述电堆产生的电量反馈电网。

一种燃料电池热电联供系统的控制方法，其特点在于，所述控制方法用于控制如上所述的燃料电池热电联供系统；

所述控制方法包括如下步骤：

S10、控制所述换热液路、所述散热液路及所述储热液路运转；

S20、通过闭环调节所述换热液路和所述散热液路中冷却液的混合比例控制所述入堆温度在目标温度范围内。

优选地，所述换向装置包括三通调节阀，所述控制模块具体用于通过调节所述三通调节阀的开度控制所述散热液路和所述换热液路同时运转时两个液路中的冷却液的混合比例；所述三通调节阀开度为0％时，换热液路完全打开，散热液路关闭；所述三通调节阀开度为100％时，换热液路关闭，散热液路完全打开；

步骤S20具体包括如下步骤：

S21、通过PID调节所述三通调节阀的开度控制所述入堆温度在所述目标温度范围内。

优选地，步骤S21中，还控制所述电堆以第一功率运行。

优选地，所述散热装置包括用于对冷却液散热的散热风扇；所述控制模块还用于通过调节所述散热风扇的转速控制所述散热液路中冷却液的温度；

所述控制方法还包括在步骤S20之后的如下步骤：

S30、通过PID调节所述散热风扇的转速控制所述入堆温度在所述目标温度范围内。

优选地，步骤S30中，还控制电堆以所述第一功率运行。

优选地，步骤S21和步骤S30之间还包括如下步骤：

S22、判断所述入堆温度是否大于第一温度阈值，且所述三通调节阀的开度是否大于第一开度阈值，若是，则执行步骤S30，否则重复步骤S22。

优选地，所述控制方法还包括在步骤S10之前的如下步骤：

S09、控制换热液路和储热液路运转、散热液路断开，通过调节储热液路的流量控制所述入堆温度在所述目标温度范围内。

优选地，步骤S09具体包括：

S091、控制所述三通调节阀开度为0％，控制所述第一动力装置运转；

S092、控制所述第二动力装置运转，并通过PID调节所述第二动力装置的转速控制所述入堆温度在所述目标温度范围内。

优选地，步骤S091和步骤S092之间还包括如下步骤：

S0911、控制所述第一动力装置以第一转速运行，控制电堆以第二功率运行，其中，所述第二功率大于所述第一功率。

优选地，步骤S09还包括在步骤S092之后的如下步骤：

S093、判断冷却液的所述入堆温度是否大于所述第一温度阈值，且所述储热水的水温是否大于第二温度阈值，若是，则执行步骤S10，否则返回步骤S092；其中，所述第一温度阈值大于所述第二温度阈值。

优选地，所述控制方法还包括在步骤S30之后的如下步骤：

S40、判断储热水的水温是否小于第三温度阈值，若是则返回步骤S092，否则执行步骤S50；其中，所述第三温度阈值小于所述第二温度阈值；

S50、判断是否具有关机指令，若有，则关闭电堆，否则返回步骤S30。

优选地，所述控制方法还包括在步骤S09之前的如下步骤：

S081、判断冷却水的入堆温度是否小于所述目标温度范围的最低温度，若是，则执行步骤S082，否则执行步骤S091；

S082、控制所述三通调节阀开度为0％，控制储热液路关闭；

S083、控制所述第一动力装置以第二转速运行，电堆以第三功率运行，然后返回步骤S081；其中，所述第二转速小于所述第一转速，所述第三功率小于所述第一功率。

优选地，所述控制方法还包括在步骤S08之前的如下步骤：

S071、接收开机指令；

S072、判断储热水的温度是否低于所述第三温度阈值，若是，则启动电堆后执行步骤S081，否则返回步骤S071。

优选地，所述燃料电池热电联供系统还包括氢气装置、空气装置及逆变器；所述控制模块还用于控制所述氢气装置向所述电堆供应氢气、控制所述空气装置向所述电堆供应空气，及控制所述逆变器将所述电堆产生的电量反馈电网；

所述启动电堆包括如下步骤：

S073、控制所述氢气装置向电堆供应氢气，控制所述空气装置向电堆供应空气；

S074、判断电堆的电压是否建立，若是，则控制所述逆变器将电量反馈电网，否则返回步骤S073。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明中，燃料电池热电联供系统设置了换热液路、散热液路及储热液路三条液路，并通过换向装置闭环调节换热液路和散热液路的流量，实现对冷却液的入堆温度的精细控制，从而提高了入堆温度的控制的精准性和稳定性。

燃料电池热电联供控制系统的控制方法通过闭环调节换热液路和散热液路中冷却液的流量实现对入堆温度的准确控制，从而提高了入堆温度的控制的精准性和稳定性。

附图说明

图1为本发明一实施例的燃料电池热电联供系统的液路图；

图2为本发明一实施例的氢气装置的气路图；

图3为本发明一实施例的空气装置的气路图；

图4为本发明一实施例的燃料电池热电联供系统的原理框图；

图5为本发明一实施例的燃料电池热电联供系统的控制方法的流程图。

附图标记说明：

电堆10

入堆口101

出堆口102

第一动力装置20

换向装置30

第一进水口301

第一出水口302

第二出水口303

换热装置40

散热装置50

第二动力装置60

储热装置70

控制模块80

氢气装置90

储氢罐901

减压比例阀902

氢气循环泵903

氢气尾排阀904

空气装置100

空压机1001

增湿器1002

逆变器110

温度传感器120

储热模块130

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在下述的实施例范围之中。

请参阅图1-4，本发明实施例提供一种燃料电池热电联供系统，回收燃料电池发电过程中产生的热量实现热电联供。

燃料电池热电联供系统包括控制模块80、电堆10、第一动力装置20、换向装置30、换热装置40、散热装置50、第二动力装置60及储热装置70，电堆10包括入堆口101和出堆口102。

其中，电堆10中具有冷却液，用以吸收并带出电堆10工作产生的热量，冷却液在电堆10外部进行自然散热、换热和/或散热后回流入电堆10，电堆10的入堆口101即供冷却液流入，电堆10的出堆口102即供冷却液流出。控制冷却液进入入堆口101时的入堆温度在合适的范围内，能够确保电堆10在较佳的环境温度中工作，其中入堆温度可经由温度传感器120测量后反馈给控制模块80。

第一动力装置20提供冷却液循环的动力，优选设置在靠近电堆10的入堆口101的位置，以便将冷却液从电堆10中抽出；第一动力装置20的启停经由控制模块80进行控制。

换向装置30用于切换液路和调控液路中的流量，换向装置30的动作经由控制模块80进行控制。

换热装置40供冷却液和储热模块130中的储热水进行换热，以实现对冷却液和/或储热水的温控；诚然，当冷却液和储热水中只有一个参与循环并流经换热装置40时，换热装置40仅作为流通通道；换热装置40的启停通过控制模块80进行控制。

散热装置50用于将冷却液的热量扩散到外部以使其降温；散热装置50的启停经由控制模块80进行控制。散热装置50和换热装置40并联设置；控制模块80通过换向装置30控制散热装置50和换热装置40中的至少一个运转。

储热装置70用于容置储热水。储热水从储热装置70流出，于换热装置40处与冷却液换热后流入储热装置70。储热装置70连接用户端以便为用户补水、连接市政供水系统以便时时补水。

第二动力装置60用于提供储热水循环的动力，优选第二动力装置60设置在靠近储热装置70的出水一端的位置；第二动力装置60的启停经由控制模块80进行控制。

控制模块80例如采用ECU(电子控制单元)。

本实施例中，燃料电池热电联供系统经由电堆10、第一动力装置20、换向装置30、换热装置40、散热装置50、储热装置70及第二动力装置60形成三条液路，分别是：

由出堆口102、第一动力装置20、换向装置30、换热装置40及入堆口101顺次连通形成的供冷却液换热的换热液路；

由出堆口102、第一动力装置20、换向装置30、散热装置50及入堆口101顺次连通形成的对冷却液散热的散热液路；以及，

由储热装置70的冷端、第二动力装置60、换热装置40及储热装置70的热端顺次连通形成的供储热水与换热液路进行换热的储热液路。

其中，换热液路和散热液路均可对冷却液进行降温；当换热液路用于对冷却液降温时，其基于与储热水换热，并在同时实现对储热水进行加热的效果而实现对冷却液降温，对冷却液的降温幅度相对较小；散热液路用于将冷却液的热能扩散到外部，其对冷却液的降温幅度相对较大。换言之，当换热液路用于对冷却液降温时，其和散热液路基于不同的工作方式，对同样的冷却液的降温效果不同。

换热液路和散热液路均可单独运转，也可同时运转。当两个液路同时运转时，控制模块80通过换向装置30调节两个液路中冷却水的混合比例来对冷却液的入堆温度闭环控制。

经由上述可知，本发明实施例的燃料电池热电联供系统设置了换热液路、散热液路及储热液三两条液路，并通过换向装置30闭环调节换热液路和散热液路的流量，实现对冷却液的入堆温度的精细控制，从而提高了入堆温度的控制的精准性和稳定性。

请继续参阅图1，本发明的示例中，换向装置30包括三通调节阀，控制模块80具体用于通过调节该三通调节阀的开度控制散热液路和换热液路同时运转时两个液路中冷却液的混合比例；三通调节阀开度为0％时，换热液路完全打开，散热液路完全关闭；三通调节阀开度为100％时，换热液路关闭，散热液路完全打开。

其中，三通调节阀包括第一进水口、第一出水口302及第二出水口303，第一进水口连通第一动力装置20，第一出水口302连通换热装置40，第二出水口303连通散热装置50；三通调节阀开度为0％时，第一出水口302完全与第一进水口连通，三通调节阀开度为100％时，第二出水口303完全与第一进水口连通；三通调节阀开度在0％-100％之间(不包括端点值)时，第一出水口302部分与第一进水口连通，且第二出水口303部分与第一进水口连通；三通调节阀的开度与流向换热装置40的冷却液的流量成反比，与流向散热装置50的冷却液的流量成正比。

请继续参阅图1，本发明的示例中，散热装置50包括用于对冷却液散热的散热风扇；控制模块80还用于通过调节散热风扇的转速控制散热液路中冷却液的温度。

其中，优选控制模块80通过闭环控制散热风扇的转速实现对冷却液的温度的调控。

请继续参阅图2-4，本发明的示例中，燃料电池热电联供系统还包括氢气装置90、空气装置100及逆变器110；控制模块80还用于控制氢气装置90向电堆10供应氢气、控制空气装置100向电堆10供应空气，及控制逆变器110将电堆10产生的电量反馈电网。

其中，如图2所示，氢气装置90包括储氢罐901、减压比例阀902、氢气循环泵903以及氢气尾排阀904。储氢罐901中存储有氢气；控制模块80通过减压比例阀902调控进入电堆10的氢气的供应量；电堆10中反应过剩的氢气被排出电堆10后通过氢气尾排阀904被排出燃料电池热电联供系统，或者通过氢气循环泵903重新泵入到电堆10中重复利用。

如图3所示，空气装置100包括空压机1001和增湿器1002，空气经空压机1001压缩后进入增湿器1002调节到适合电堆10工作的湿度，然后进入电堆10。电堆10中反应过剩的空气还可以重新回流入增湿器1002中调节湿度后再利用，除此之外，增湿器1002还可以有其他的接口连接外部结构。

如图4所示，氢气装置90、空气装置100、DC/AC(逆变器110)及储热模块130的控制均由电堆10模块实现，其中，储热模块130理解为对储热部分的零部件的总称，储热模块130在不同的标准下可具有不同的划分，例如，在图4所示的示例中，储热模块130包括上述的储热装置70和第二动力装置60。

本发明实施例还提供了一种燃料电池热电联供系统的控制方法，该控制方法用于控制如上任一示例中涉及的燃料电池热电联供控制系统。

请参阅图1-5，该控制方法包括如下步骤：

S071、接收开机指令；其中，该开机指令经由用户端发出，例如，用户打开热水器的动作触发开机指令；

S072、判断储热水的温度是否低于第三温度阈值，若是，则启动电堆10后执行步骤S081，否则返回步骤S071；第三温度阈值预先设定于控制模块80中，第三温度阈值时的储热水在一定程度上满足用户的用热需求，例如，第三温度阈值例如采用45℃；

其中，启动电堆10包括如下步骤：

S073、控制氢气装置90向电堆10供应氢气，控制空气装置100向电堆10供应空气；

S074、判断电堆10的电压是否建立，若是，则控制逆变器110将电量反馈电网，否则返回步骤S073，换言之，直至电堆10电压建立时控制氢气装置90和空气装置100停止向电堆10供应对应的气体。

请继续参阅图5，逆变器110发电馈网后，继续如下步骤：

S081、判断冷却水的入堆温度是否小于目标温度范围的最低温度，若是，则执行步骤S082，否则执行步骤S091；其中，目标温度范围根据电堆10对运行温度的需求进行设定，电堆10在某一温度范围内运行效率相对较高，该某一温度范围即为目标温度范围；需要说明的是，目标温度范围根据电堆10的不同而有所区别，例如在一示例中，目标温度范围为59℃-61℃，而在另一示例中，目标温度范围55℃-60℃，两个示例均是可以实现的；另，优选上述的第三温度阈值小于目标温度范围的最低温度；

S082、控制三通调节阀开度为0％，控制储热液路关闭；

S083、控制第一循环泵以第二转速运行，电堆10以第三功率运行，然后返回步骤S081；其中，优选第二转速为第一循环泵的额定转速以下的某一转速，例如额定转速为4000r/min，第二转速为2000r/min；优选第三功率为电堆10的怠速功率以下的某一功率。

该处对步骤S082和步骤S083进一步说明：当步骤S081中入堆温度小于目标温度时，首先执行步骤S082和步骤S083对冷却液加热，冷却液的温度到目标温度范围后，电堆10能够以较佳的运行状态对储热水进行加热，从而实现对燃料电池热电联供系统的精细控制并提高了其工作效率。另，在步骤S082和步骤S083中，控制第一循环泵以第一转速运行，一方面降低了冷却液在循环的过程中自然散热的损耗，另一方面循环的冷却液保证了电堆10中各部分的温度的均匀性；控制电堆10以第三功率运行，避免了电堆10在较低温度下直接大功率运行造成损伤的问题，从而有保证了电堆10运行的稳定性和可靠性。

请继续参阅图5，步骤S081判断为否时，继续如下步骤：

S09、控制换热液路和储热液路运转、散热液路断开，通过调节储热液路的流量控制入堆温度在目标温度范围内；其中，该阶段开始对储热水进行加热，换热液路和储热液路在换热装置40处进行换热，具体来说，冷却液对储热水加热，储热水作用于冷却液并使其被控制在目标温度范围内。

其中，由于步骤S09具体通过下述步骤实现，因此图5中为对步骤S09进行标识：

S091、控制三通调节阀开度为0％，并控制第一循环泵运转，使得冷却液在换热液路中循环；诚然，若进入该步骤时换热液路已经运转，则该步骤中控制换热液路上的各零部件保持状态即可；

S0911、控制第一循环泵以第一转速运行，控制电堆10以第二功率运行，其中，第一转速大于上述的第二转速，优选第一转速为第一循环泵的额定转速；第二功率大于上述的第三功率，优选第二功率为电堆10的额定功率。

S092、控制第二循环泵运转，使得储热液路运转，并通过PID调节第二循环泵的转速控制水温在目标温度范围内。

S093、判断冷却液的入堆温度是否大于第一温度阈值，且储热水的水温是否大于第二温度阈值，若是，则执行步骤S10后进一步执行步骤S20，否则返回步骤S092；其中，优选第一温度阈值大于目标温度范围的上限；优选第二温度阈值小于目标温度的下限，并大于上述的第三温度阈值，例如当目标温度范围为59℃-61℃时，第一温度阈值为62℃，第二温度阈值为55℃，第三温度阈值为45℃。

以上对步骤S09的具体步骤进行了说明。冷却液在达到目标温度范围时进行步骤S09，在该阶段中，储热水使得冷却液的入堆温度保持在目标温度范围内，与此同时储热水的水温得以提升。

S10、控制换热液路、散热液路及储热液路运转；其中，换热液路和储热液路于换热装置40处进行换热，散热液路通过散热装置50对冷却液散热，换热液路和散热液路中的冷却水汇合后会流入电堆10；考虑到本示例的步骤S093中换热液路、散热液路及储热液路实质已经为运转状态，因此在本步骤中，三通调节阀、第一循环泵、第二循环泵及电堆只要保持状态即可，故图5示意的流程图上未体现步骤S10。

S20、通过闭环调节换热液路和散热液路中冷却液的混合比例控制入堆温度在目标温度范围内，其中，步骤S20具体通过如下步骤实现，相应的，图5中未单独列出步骤S20：

S21、通过PID调节三通调节阀的开度控制入堆温度在目标温度范围内；其中，入堆温度超出目标温度范围或者接近目标温度范围的上限时，调高三通调节阀的开度，使散热液路中的冷却液的占比大一些；当入堆温度低于目标温度范围或者接近目标温度范围的下限时，调低三通调节阀的开度，使换热液路中冷却液的占比大一些。

另外，步骤S21中还控制电堆10以第一功率运行，其中，第一功率大于上述的第三功率，并小于上述的第二功率，优选第一功率为设计电堆10时对电堆10设定的怠速功率。

S22、判断入堆温度是否大于第一温度阈值，且三通调节阀的开度是否大于第一开度阈值，若是，则控制三通调节阀的开度不变并执行步骤S30，否则重复步骤S22；其中，第一温度阈值为预先设定的温度，优选第一温度阈值大于目标温度范围的上限，第一温度阈值大于上述的第二温度阈值；第一开度阈值优选为90％。

S30、通过PID调节散热风扇的转速控制入堆温度；其中，入堆温度超出或者接近目标温度范围的上限时，调高散热风扇的转速；入堆温度低于或者接近目标温度范围的下限时，调低散热风扇的转速。

优选步骤S30中控制电堆10以第一功率运行。

S40、判断储热水的水温是否小于第三温度阈值，若是则返回步骤S092，否则执行步骤S50。

S50、判断是否具有关机指令，若有，则关闭电堆10，否则返回步骤S30；其中关闭电堆10理解为控制氢气装置90不再供应氢气、空气装置100不再供应空气，逆变器110停止运转。

由上述可知，本发明实施例的控制方法至少具有以下技术效果：

第一、通过换向装置30闭环调节换热液路和散热液路的流量，实现对冷却液的入堆温度的精细控制，从而提高了入堆温度的控制的精准性和稳定性；

第二、控制方法设置了多个温控阶段：通过步骤S082和步骤S083对冷却液加热的阶段、通过步骤S09对储热水快速加热的阶段、通过步骤S20对储热水缓慢加热的同时对冷却液散热的阶段，及通过S30对冷却液的散热阶段；通过设置该些阶段对燃料电池热电联供系统进行详细地控制，通过精细化控制提高了系生产效率；

第三、对电堆10的运行功率设置了三档，控制电堆10在不同的阶段匹配相适合的功率，提高了对入堆温度的控制的精准性和稳定性。

下述举一具体应用工况对本发明的控制方法进一步阐述：

燃料电池热电联供系统给家用建筑使用(小栋4-8户)，电堆10的额定功率是5kw，储热装置70为水箱，选用2000L的容量大小的型号；DC/AC并网给家用电器供电，水箱给家用热水供热，预设目标温度范围为59℃-61℃、第一温度阈值为62℃、第二温度阈值为55℃、第三温度阈值为45℃、第一转速为4000r/min，第二转速为2000r/min；设定收到开机指令时储热水温度小于45℃，则开关一打开，燃料电池热电联供系统开始运行：

控制模块80控制空气装置100的空压机1001运行向电堆10供应空气、控制氢气装置90运行向电堆10供应氢气；

电堆10电压建立后控制模块80开始控制DC/AC输出电功率，当电堆10内循环水温低于目标温度范围时，燃料电池工作在第三功率2kw，第一循环泵转速设置在低转速2000r/min；

当入堆水温到目标温度范围后，打开第二循环泵，提高电堆10功率到额定功率，第二循环泵的转速根据入堆温度实时闭环调节使得入堆温度控制在59℃-61℃。

当储热水温到达第二温度阈值55℃，且入堆温度高于62℃时，控制换热液路和散热液路均运转，PID调节三通调节阀的开度控制入堆温度在目标温度范围内，降低燃料电池功率到第一运行功率3kw怠速功率；

当入堆温度大于第一温度阈值62℃，且三通调节阀的开度大于90％时，PID调节风扇的转速控制入堆温度保持目标温度范围，控制电堆10以第一功率运行；

当用户用水，使得储热水温度下降到45℃以下，则返回PID调节第二循环泵转速控制入堆温度的步骤后继续循环；

当收到关机指令时，控制模块80控制DC/AC停止工作，空气装置100、氢气装置90停止工作；降低冷却水路温度到室温。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围内。

Claims (18)

1.一种燃料电池热电联供系统，其特征在于，包括控制模块、电堆、第一动力装置、换向装置、换热装置、散热装置、储热装置及第二动力装置；所述电堆包括入堆口和出堆口；

所述出堆口、所述第一动力装置、所述换向装置、所述换热装置及所述入堆口顺次连通形成供冷却液换热的换热液路；

所述出堆口、所述第一动力装置、所述换向装置、所述散热装置及所述入堆口顺次连通形成对冷却液散热的散热液路；

所述储热装置的冷端、所述第二动力装置、所述换热装置及所述储热装置的热端顺次连通形成供储热水与所述换热液路进行换热的储热液路；

所述控制模块用于通过所述换向装置调节所述换热液路和所述散热液路中冷却水的混合比例闭环控制冷却液进入所述入堆口时的入堆温度。

2.如权利要求1所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述换向装置包括三通调节阀，所述控制模块具体用于通过调节所述三通调节阀的开度控制所述散热液路和所述换热液路同时运转时两个液路中的冷却液的混合比例；所述三通调节阀开度为0％时，换热液路完全打开，散热液路关闭；所述三通调节阀开度为100％时，换热液路关闭，散热液路完全打开。

3.如权利要求2所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述散热装置包括用于对冷却液散热的散热风扇；所述控制模块还用于通过调节所述散热风扇的转速控制所述散热液路中冷却液的温度。

4.如权利要求3所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述燃料电池热电联供系统还包括氢气装置、空气装置及逆变器；所述控制模块还用于控制所述氢气装置向所述电堆供应氢气、控制所述空气装置向所述电堆供应空气，及控制所述逆变器将所述电堆产生的电量反馈电网。

5.一种燃料电池热电联供系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法用于控制如权利要求1所述的燃料电池热电联供系统；

所述控制方法包括如下步骤：

S10、控制所述换热液路、所述散热液路及所述储热液路运转；

S20、通过闭环调节所述换热液路和所述散热液路中冷却液的混合比例控制所述入堆温度在目标温度范围内。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述换向装置包括三通调节阀，所述控制模块具体用于通过调节所述三通调节阀的开度控制所述散热液路和所述换热液路同时运转时两个液路中的冷却液的混合比例；所述三通调节阀开度为0％时，换热液路完全打开，散热液路关闭；所述三通调节阀开度为100％时，换热液路关闭，散热液路完全打开；

步骤S20具体包括如下步骤：

S21、通过PID调节所述三通调节阀的开度控制所述入堆温度在所述目标温度范围内。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，步骤S21中，还控制所述电堆以第一功率运行。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述散热装置包括用于对冷却液散热的散热风扇；所述控制模块还用于通过调节所述散热风扇的转速控制所述散热液路中冷却液的温度；

所述控制方法还包括在步骤S20之后的如下步骤：

S30、通过PID调节所述散热风扇的转速控制所述入堆温度在所述目标温度范围内。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，步骤S30中，还控制电堆以所述第一功率运行。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，步骤S21和步骤S30之间还包括如下步骤：

S22、判断所述入堆温度是否大于第一温度阈值，且所述三通调节阀的开度是否大于第一开度阈值，若是，则执行步骤S30，否则重复步骤S22。

11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括在步骤S10之前的如下步骤：

S09、控制换热液路和储热液路运转、散热液路断开，通过调节储热液路的流量控制所述入堆温度在所述目标温度范围内。

12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，步骤S09具体包括：

S091、控制所述三通调节阀开度为0％，控制所述第一动力装置运转；

S092、控制所述第二动力装置运转，并通过PID调节所述第二动力装置的转速控制所述入堆温度在所述目标温度范围内。

13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，步骤S091和步骤S092之间还包括如下步骤：

S0911、控制所述第一动力装置以第一转速运行，控制电堆以第二功率运行，其中，所述第二功率大于所述第一功率。

14.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，步骤S09还包括在步骤S092之后的如下步骤：

S093、判断冷却液的所述入堆温度是否大于所述第一温度阈值，且所述储热水的水温是否大于第二温度阈值，若是，则执行步骤S10，否则返回步骤S092；其中，所述第一温度阈值大于所述第二温度阈值。

15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括在步骤S30之后的如下步骤：

S40、判断储热水的水温是否小于第三温度阈值，若是则返回步骤S092，否则执行步骤S50；其中，所述第三温度阈值小于所述第二温度阈值；

S50、判断是否具有关机指令，若有，则关闭电堆，否则返回步骤S30。

16.如权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括在步骤S09之前的如下步骤：

S081、判断冷却水的入堆温度是否小于所述目标温度范围的最低温度，若是，则执行步骤S082，否则执行步骤S091；

S082、控制所述三通调节阀开度为0％，控制储热液路关闭；

S083、控制所述第一动力装置以第二转速运行，电堆以第三功率运行，然后返回步骤S081；其中，所述第二转速小于所述第一转速，所述第三功率小于所述第一功率。

17.如权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括在步骤S08之前的如下步骤：

S071、接收开机指令；

S072、判断储热水的温度是否低于所述第三温度阈值，若是，则启动电堆后执行步骤S081，否则返回步骤S071。

18.如权利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述燃料电池热电联供系统还包括氢气装置、空气装置及逆变器；所述控制模块还用于控制所述氢气装置向所述电堆供应氢气、控制所述空气装置向所述电堆供应空气，及控制所述逆变器将所述电堆产生的电量反馈电网；

所述启动电堆包括如下步骤：

S073、控制所述氢气装置向电堆供应氢气，控制所述空气装置向电堆供应空气；

S074、判断电堆的电压是否建立，若是，则控制所述逆变器将电量反馈电网，否则返回步骤S073。

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