燃料电池串并联多堆协同运行系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池串并联多堆协同运行系统及其控制方法。

背景技术

风、光等新能源发电具有不可控的缺点，通过电解水制氢的方式将新能源的电能储存起来是一种非常好的解决办法。因此，各国大力发展氢能应用场景。其中，燃料电池可通过电化学反应将氢气的化学能直接转换为电能，由于不经过燃烧，不受卡诺循环的限制，具有能量转换效率高的显著优点，将广泛运用于各种机械设备。

目前，质子交换膜燃料电池的单堆功率约在100kW，一般运用于乘用车和公交汽车等领域。当需求功率增大后，目前存在两种方案增加燃料电池输出功率，一种是继续增加燃料电池的单电池数目，在单堆的基础上提升燃料电池输出功率，但这会导致电堆装配难度加大，出现局部热点频繁发生等不利现象；另一种是增加燃料电池的电堆数目，采用多个燃料电池电堆共同工作的方式输出目标功率。

其中，燃料电池多堆系统运行存在两种运行方式：多堆串联运行和多堆并联运行。多堆串联运行具有结构简单、控制简单的显著优点，但是它的缺点也非常明显：系统中的一个燃料电池电堆损坏则整个系统便不能使用，并且即使负载功率需求低时，整个系统也需要同时开启，此时燃料电池电堆整体工作在高电势，不利于电池寿命。多堆并联运行具有运行灵活的优点，即使系统中的某些燃料电池电堆损坏整个系统也还能运行，但是现在的多堆并联运行系统为每个燃料电池电堆配备了一个DC/DC转换器，造成控制策略复杂、控制困难和投资成本高等问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的不足，本发明实施例提供了一种燃料电池串并联多堆协同运行系统及其控制方法，能够充分结合燃料电池多堆系统串联运行和并联运行的优点，不仅避免了燃料电池多堆系统在负载较小时导致的高电势的不利工况，提升燃料电池使用寿命，还避免了燃料电池多堆系统在负载较大时导致的控制策略复杂的情况，降低控制策略的复杂程度，并降低系统成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池串并联多堆协同运行系统，其包括：多个燃料电池电堆、气体供给模块、DC/DC转换器、串联气体供给回路、并联气体供给回路、电气串联回路、电气并联回路和控制器；所述气体供给模块通过所述串联气体供给回路将所述多个燃料电池电堆串联连接；所述气体供给模块还通过所述并联气体供给回路将所述多个燃料电池电堆串联连接；所述多个燃料电池电堆通过所述电气串联回路与所述DC/DC转换器串联连接；所述多个燃料电池电堆通过所述电气并联回路与所述DC/DC转换器并联连接；所述串联气体供给回路、所述并联气体供给回路、所述电气串联回路及所述电气并联回路均与所述控制器连接；其中，所述串联气体供给回路和所述电气串联回路在所述控制器选定串联工作模式下运行；所述并联气体供给回路和所述电气并联回路在所述控制器选定并联工作模式下运行。

进一步地，所述串联气体供给回路用于在所述控制器选定串联工作模式下将所述气体供给模块提供的反应气体传输至所有燃料电池电堆以及将所有燃料电池电堆产生的尾气排放至大气；所述并联气体供给回路用于在所述控制器选定并联工作模式下将所述气体供给模块提供的反应气体传输至预设个数的燃料电池电堆以及将所述预设个数的燃料电池电堆产生的尾气排放至大气；所述电气串联回路用于在所述控制器选定所述串联工作模式下将所有燃料电池电堆产生的能量串联传输至所述DC/DC转换器；所述电气并联回路用于在所述控制器选定所述并联工作模式下将所述预设个数的燃料电池电堆产生的能量并联传输至所述DC/DC转换器。

进一步地，所述串联气体供给回路上设置有气体串联回路开关阀和串联尾气排放阀；所述气体串联回路开关阀设置于所述气体供给模块与所述多个燃料电池电堆之间，所述串联尾气排放阀设置于所述多个燃料电池电堆与大气之间，所述气体串联回路开关阀和所述串联尾气排放阀均与所述控制器连接。

进一步地，所述并联气体供给回路上设置有多个气体并联回路开关阀和多个并联尾气排放阀；所述气体并联回路开关阀设置于所述气体供给模块与所述多个燃料电池电堆之间以及每两个相邻燃料电池电堆之间，所述并联尾气排放阀设置于每个燃料电池电堆与大气之间，每个气体并联回路开关阀和每个并联尾气排放阀均与所述控制器连接。

进一步地，所述电气串联回路上设置有电气串联回路开关；所述电气串联回路开关的一端与所述DC/DC转换器连接，所述电气串联回路开关的另一端与所述多个燃料电池电堆连接，所述电气串联回路开关还与所述控制器连接。

进一步地，所述电气并联回路上设置有多个电气并联回路开关；每个电气并联回路开关的一端与一个燃料电池电堆连接，每个电气并联回路开关的另一端均与所述DC/DC转换器连接，每个电气并联回路开关还与所述控制器连接。

进一步地，所述的燃料电池串并联多堆协同运行系统还包括电源模块，所述电源模块与所述DC/DC转换器连接，所述电源模块还与所述控制器连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法，所述方法应用于上述第一方面所述的燃料电池串并联多堆协同运行系统，所述方法包括：

获取负载需求功率；

将所述负载需求功率与至少一个预设输出功率区间进行匹配，得到所述负载需求功率所属的目标输出功率区间；

获取与所述目标输出功率区间对应的目标工作模式，并按所述目标工作模式控制多个燃料电池电堆产生能量；其中，所述目标工作模式为并联工作模式或串联工作模式。

本发明实施例提供了燃料电池串并联多堆协同运行系统及其控制方法，该系统包括多个燃料电池电堆、气体供给模块、DC/DC转换器、串联气体供给回路、并联气体供给回路、电气串联回路、电气并联回路和控制器。其中，串联气体供给回路和电气串联回路在控制器选定串联工作模式下运行；并联气体供给回路和电气并联回路在控制器选定并联工作模式下运行。本发明能充分结合燃料电池多堆系统串联运行和并联运行的优点，提升燃料电池使用寿命，降低控制策略的复杂程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的示意性框图；

图2为本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法的第一子流程示意图；

图4为本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法的第二子流程示意图；

图5为本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法的第三子流程示意图。

其中，附图标记说明：

GS1、气体串联回路开关阀；SValve1、串联尾气排放阀；ES1、电气串联回路开关；

GP1、GP2…GPn：气体并联回路开关阀，1…n表示序号；

PValve1、PValve2…PValven：并联尾气排放阀，1…n表示序号；

EP1、EP2…EPn：电气并联回路开关，1…n表示序号。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的示意性框图，其中，展示了燃料电池串并联多堆协同运行系统的气路连接架构和电气连接架构。

本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统，包括：多个燃料电池电堆(如图1中所示的燃料电池电堆1、燃料电池电堆2…燃料电池电堆n，1…n表示序号)、气体供给模块、DC/DC转换器、串联气体供给回路、并联气体供给回路、电气串联回路、电气并联回路和控制器(图中未示出)；所述气体供给模块通过所述串联气体供给回路将所述多个燃料电池电堆串联连接；所述气体供给模块还通过所述并联气体供给回路将所述多个燃料电池电堆串联连接；所述多个燃料电池电堆通过所述电气串联回路与所述DC/DC转换器串联连接；所述多个燃料电池电堆通过所述电气并联回路与所述DC/DC转换器并联连接；所述串联气体供给回路、所述并联气体供给回路、所述电气串联回路及所述电气并联回路均与所述控制器连接。

其中，所述串联气体供给回路和所述电气串联回路在所述控制器选定串联工作模式下运行；所述并联气体供给回路和所述电气并联回路在所述控制器选定并联工作模式下运行。

在本实施例中，参阅图1，本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统由多个燃料电池电堆、气体供给模块、DC/DC转换器、串联气体供给回路、并联气体供给回路、电气串联回路、电气并联回路和控制器组成，其中，气体供给模块用于向燃料电池电堆提供所需的反应气体，燃料电池电堆在输入反应气体后能够向外提供能量，DC/DC转换器用于将燃料电池电堆输出的能量(处于某一电压)转换为客户所需的能量(处于另一电压)。负载与DC/DC转换器连接，控制器根据负载的负载需求功率控制燃料电池串并联多堆协同运行系统进入并联工作模式或者串联工作模式，从而对负载提供所需的能量。在负载需求功率较小时，燃料电池串并联多堆协同运行系统进入并联工作模式，避免了多堆串联系统在高电势工作时对燃料电池使用寿命的不利影响，能够提升燃料电池使用寿命。在负载需求功率较大时，燃料电池串并联多堆协同运行系统进入串联工作模式，能够降低控制策略的复杂程度，并降低系统成本。

在更具体的实施例中，所述串联气体供给回路用于在所述控制器选定串联工作模式下将所述气体供给模块提供的反应气体传输至所有燃料电池电堆以及将所有燃料电池电堆产生的尾气排放至大气；所述并联气体供给回路用于在所述控制器选定并联工作模式下将所述气体供给模块提供的反应气体传输至预设个数的燃料电池电堆以及将所述预设个数的燃料电池电堆产生的尾气排放至大气；所述电气串联回路用于在所述控制器选定所述串联工作模式下将所有燃料电池电堆产生的能量串联传输至所述DC/DC转换器；所述电气并联回路用于在所述控制器选定所述并联工作模式下将所述预设个数的燃料电池电堆产生的能量并联传输至所述DC/DC转换器。

在本实施例中，参阅图1，在负载需求功率较小时，燃料电池串并联多堆协同运行系统进入并联工作模式，将并联气体供给回路打开和电气并联回路闭合，以及将串联气体供给回路关闭和电气串联回路打开，通过并联气体供给回路将气体供给模块提供的反应气体传输至预设个数的燃料电池电堆以及将预设个数的燃料电池电堆产生的尾气排放至大气，并且通过电气并联回路将预设个数的燃料电池电堆产生的能量并联传输至所述DC/DC转换器，不需要整个系统中的所有燃料电池电堆同时开启，避免了多堆串联系统在高电势工作时对燃料电池使用寿命的不利影响，能够提升燃料电池使用寿命。在负载需求功率较大时，燃料电池串并联多堆协同运行系统进入串联工作模式，将串联气体供给回路打开和电气串联回路闭合，以及将并联气体供给回路关闭和电气并联回路打开，通过串联气体供给回路将气体供给模块提供的反应气体传输至所有燃料电池电堆以及将所有燃料电池电堆产生的尾气排放至大气，并通过电气串联回路将所有燃料电池电堆产生的能量串联传输至DC/DC转换器，能够降低控制策略的复杂程度，并降低系统成本。

具体的，记单个燃料电池电堆在平均工作电压为预设电压时的输出功率为PS1，则PSn为n个燃料电池电堆在平均工作电压为预设电压时的输出功率，n为所述燃料电池串并联多堆协同运行系统中多个燃料电池电堆的总数量，优选地，预设电压为0.8V，并记负载需求功率为P1。当P1≤PS1时，系统进入并联工作模式，由单个燃料电池电堆提供能量，即通过并联气体供给回路将气体供给模块提供的反应气体传输至燃料电池电堆1以及将燃料电池电堆1产生的尾气排放至大气，并通过电气并联回路将燃料电池电堆1产生的能量传输至DC/DC转换器。当PS1＜P1＜PSn时，系统仍然进入并联工作模式，并将P1除以PS1得到的商向下取整为a，则表明此时需要a个燃料电池电堆(即燃料电池电堆1至燃料电池电堆a)投入运行，通过并联气体供给回路将气体供给模块提供的反应气体传输到燃料电池电堆1至燃料电池电堆a，以及通过并联气体供给回路将燃料电池电堆1至燃料电池电堆a产生的尾气排放至大气，并通过电气并联回路将燃料电池电堆1至燃料电池电堆a产生的能量并联传输至DC/DC转换器。当P1≥PSn时，系统进入串联工作模式，通过串联气体供给回路将气体供给模块提供的反应气体传输至所有燃料电池电堆(即燃料电池电堆1至燃料电池电堆n)以及将所有燃料电池电堆产生的尾气排放至大气，并通过电气串联回路将所有燃料电池电堆产生的能量串联传输至DC/DC转换器。

在更具体的实施例中，所述串联气体供给回路上设置有气体串联回路开关阀GS1和串联尾气排放阀SValve1；所述气体串联回路开关阀GS1设置于所述气体供给模块与所述多个燃料电池电堆之间，所述串联尾气排放阀SValve1设置于所述多个燃料电池电堆与大气之间，所述气体串联回路开关阀GS1和所述串联尾气排放阀SValve1均与所述控制器连接。

在本实施例中，参阅图1，串联气体供给回路上设置有气体串联回路开关阀GS1和串联尾气排放阀SValve1，具体的，气体串联回路开关阀GS1的一端与气体供给模块连接，气体串联回路开关阀GS1的另一端与第一个燃料电池电堆1连接，每两个相邻的燃料电池电堆之间直接通过气体供给管路连接，最后一个燃料电池电堆n通过串联尾气排放阀SValve1与大气连接。当燃料电池串并联多堆协同运行系统进入串联工作模式时，控制器控制气体串联回路开关阀GS1打开，并控制串联尾气排放阀SValve1按预设的排气控制策略进行尾气排放，反应气体由气体供给模块流出后的流经路径为气体串联回路开关阀GS1-燃料电池电堆1-燃料电池电堆2…燃料电池电堆n，最后气体经串联尾气排放阀SValve1排出至大气中。

在更具体的实施例中，所述并联气体供给回路上设置有多个气体并联回路开关阀(如图1中所示的GP1、GP2…GPn，1…n表示序号)和多个并联尾气排放阀(如图1中所示的PValve1、PValve2…PValven，1…n表示序号)；所述气体并联回路开关阀设置于所述气体供给模块与所述多个燃料电池电堆之间以及每两个相邻燃料电池电堆之间，所述并联尾气排放阀设置于每个燃料电池电堆与大气之间，每个气体并联回路开关阀和每个并联尾气排放阀均与所述控制器连接。

在本实施例中，参阅图1，并联气体供给回路上设置有多个气体并联回路开关阀和多个并联尾气排放阀，气体并联回路开关阀和并联尾气排放阀的数量均与燃料电池串并联多堆协同运行系统中多个燃料电池电堆的总数量相同，即当存在n个燃料电池电堆，则并联气体供给回路上设置有n个气体并联回路开关阀和n个并联尾气排放阀。具体的，气体并联回路开关阀GP1的一端与气体供给模块连接，气体并联回路开关阀GP1的另一端与燃料电池电堆1连接，即气体并联回路开关阀GP1设置于气体供给模块与燃料电池电堆1之间。气体并联回路开关阀GP2设置于燃料电池电堆1与燃料电池电堆2之间，以此类推，气体并联回路开关阀GPn设置于燃料电池电堆n-1与燃料电池电堆n之间，即每两个相邻的燃料电池电堆之间设置有一个气体并联回路开关阀。其中，当燃料电池串并联多堆协同运行系统进入并联工作模式时，控制器通过控制预设个数的气体并联回路开关阀打开，从而控制预设个数的燃料电池电堆并联提供能量，并控制预设个数的燃料电池电堆中的最后一个燃料电池电堆连接的并联尾气排放阀按预设的排气控制策略进行尾气排放。例如，当需要两个燃料电池电堆并联提供能量时，控制器控制气体并联回路开关阀GP1和气体并联回路开关阀GP2打开，并控制并联尾气排放阀PValve2按预设的排气控制策略进行尾气排放，反应气体由气体供给模块流出后的流经路径为气体并联回路开关阀GP1-燃料电池电堆1-气体并联回路开关阀GP2-燃料电池电堆2，最后气体经并联尾气排放阀PValve2排出至大气中。

在更具体的实施例中，所述电气串联回路上设置有电气串联回路开关ES1；所述电气串联回路开关ES1的一端与所述DC/DC转换器连接，所述电气串联回路开关ES1的另一端与所述多个燃料电池电堆连接，所述电气串联回路开关ES1还与所述控制器连接。

在本实施例中，参阅图1，电气串联回路上设置有电气串联回路开关ES1，具体的，电气串联回路开关ES1的一端与DC/DC转换器一端连接，电气串联回路开关ES1的另一端与第一个燃料电池电堆1连接，每两个相邻的燃料电池电堆之间直接电连接，且最后一个燃料电池电堆n与DC/DC转换器另一端连接，从而实现n个燃料电池电堆通过电气串联回路与DC/DC转换器串联连接。其中，当燃料电池串并联多堆协同运行系统进入串联工作模式时，控制器控制电气串联回路开关ES1闭合，使得n个燃料电池电堆串联提供能量。

在更具体的实施例中，所述电气并联回路上设置有多个电气并联回路开关(如图1中所示的EP1、EP2…EPn，1…n表示序号)；每个电气并联回路开关的一端与一个燃料电池电堆连接，每个电气并联回路开关的另一端均与所述DC/DC转换器连接，每个电气并联回路开关还与所述控制器连接。

在本实施例中，参阅图1，电气并联回路上设置有多个电气并联回路开关，电气并联回路开关的数量与燃料电池串并联多堆协同运行系统中多个燃料电池电堆的总数量相同，即当存在n个燃料电池电堆，则电气并联回路上设置有n个电气并联回路开关。具体的，燃料电池电堆1的一端与DC/DC转换器一端连接，燃料电池电堆1的另一端通过电气并联回路开关EP1与DC/DC转换器另一端连接；燃料电池电堆2的一端与DC/DC转换器一端连接，燃料电池电堆2的另一端通过电气并联回路开关EP2与DC/DC转换器另一端连接，以此类推，燃料电池电堆n的一端与DC/DC转换器一端连接，燃料电池电堆n的另一端通过电气并联回路开关EPn与DC/DC转换器另一端连接，即每一燃料电池电堆通过一个电气并联回路开关与DC/DC转换器并联。其中，当燃料电池串并联多堆协同运行系统进入并联工作模式时，控制器通过控制预设个数的电气并联回路开关闭合，从而控制预设个数的燃料电池电堆并联提供能量。例如，当需要两个燃料电池电堆并联提供能量时，控制器控制电气并联回路开关EP1和电气并联回路开关EP2闭合，由燃料电池电堆1和燃料电池电堆2并联提供能量。

在更具体的实施例中，所述的燃料电池串并联多堆协同运行系统还包括电源模块(图中未示出)，所述电源模块与所述DC/DC转换器连接，所述电源模块还与所述控制器连接。

在本实施例中，燃料电池串并联多堆协同运行系统还包括电源模块，当负载需求功率P1小于单个燃料电池电堆在平均工作电压为预设电压时的输出功率PS1时，优选地，预设电压为0.8V，采用电源模块接收系统多出的功率，其中，电源模块可为锂电池。之所以采用对电源模块充电的形式使燃料电池电堆增加部分输出功率直至其输出功率大于PS1，是因为系统在低于功率PS1下运行不利于燃料电池电堆的使用寿命。

本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统包括多个燃料电池电堆、气体供给模块、DC/DC转换器、串联气体供给回路、并联气体供给回路、电气串联回路、电气并联回路和控制器。其中，串联气体供给回路和电气串联回路在控制器选定串联工作模式下运行；并联气体供给回路和电气并联回路在控制器选定并联工作模式下运行。本发明能充分结合燃料电池多堆系统串联运行和并联运行的优点，提升燃料电池使用寿命，降低控制策略的复杂程度。

如图2所示，图2为本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法的流程示意图。本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法应用于前述的燃料电池串并联多堆协同运行系统的任一实施例，该方法包括步骤S11～S13。

S11、获取负载需求功率。

在本实施例中，负载与DC/DC转换器连接，控制器获取负载的负载需求功率，控制器根据获取到的负载需求功率控制燃料电池串并联多堆协同运行系统对负载提供所需的能量，以满足负载所需即可。

S12、将所述负载需求功率与至少一个预设输出功率区间进行匹配，得到所述负载需求功率所属的目标输出功率区间。

在本实施例中，控制器将负载需求功率与至少一个预设输出功率区间进行匹配，以得到负载需求功率所属的目标输出功率区间，从而判定出需要多少个燃料电池电堆投入运行就可满足负载所需，进而控制燃料电池串并联多堆协同运行系统进入不同的目标工作模式。具体的，记单个燃料电池电堆在平均工作电压为预设电压时的输出功率为PS1，则PSn为n个燃料电池电堆在平均工作电压为预设电压时的输出功率，n为所述燃料电池串并联多堆协同运行系统中多个燃料电池电堆的总数量，优选地，预设电压为0.8V，通过PS1和PSn可划分出三个预设输出功率区间，即第一预设输出功率区间为(0，PS1]，第二预设输出功率区间为(PS1，PSn)，第三预设输出功率区间为[PSn，﹢∞)。

S13、获取与所述目标输出功率区间对应的目标工作模式，并按所述目标工作模式控制多个燃料电池电堆产生能量；其中，所述目标工作模式为并联工作模式或串联工作模式。

在本实施例中，不同的预设输出功率区间对应不同的目标工作模式，由负载需求功率与至少一个预设输出功率区间进行匹配，得到负载需求功率所属的目标输出功率区间，进而获取与目标输出功率区间对应的目标工作模式，并按该目标工作模式控制多个燃料电池电堆产生能量，从而满足负载所需。具体的，目标工作模式为并联工作模式或串联工作模式，在负载需求功率较小时，燃料电池串并联多堆协同运行系统进入并联工作模式，将并联气体供给回路打开和电气并联回路闭合，以及将串联气体供给回路关闭和电气串联回路打开，通过并联气体供给回路将气体供给模块提供的反应气体传输至预设个数的燃料电池电堆以及将预设个数的燃料电池电堆产生的尾气排放至大气，并且通过电气并联回路将预设个数的燃料电池电堆产生的能量并联传输至所述DC/DC转换器，不需要整个系统中的所有燃料电池电堆同时开启，避免了多堆串联系统在高电势工作时对燃料电池使用寿命的不利影响，能够提升燃料电池使用寿命。在负载需求功率较大时，燃料电池串并联多堆协同运行系统进入串联工作模式，将串联气体供给回路打开和电气串联回路闭合，以及将并联气体供给回路关闭和电气并联回路打开，通过串联气体供给回路将气体供给模块提供的反应气体传输至所有燃料电池电堆以及将所有燃料电池电堆产生的尾气排放至大气，并通过电气串联回路将所有燃料电池电堆产生的能量串联传输至DC/DC转换器，能够降低控制策略的复杂程度，并降低系统成本。

在一实施例中，如图3所示，所述并联工作模式包括第一并联工作模式，步骤S13包括：

S1311、若所述目标输出功率区间为第一预设输出功率区间，则确定所述目标工作模式为所述并联工作模式中的所述第一并联工作模式；其中，所述第一预设输出功率区间为(0，PS1]，PS1为单个燃料电池电堆在平均工作电压为预设电压时的输出功率；

S1312、按所述第一并联工作模式控制单个燃料电池电堆产生能量；其中，在所述第一并联工作模式通过所述并联气体供给回路将所述气体供给模块提供的反应气体传输至单个燃料电池电堆以及将单个燃料电池电堆产生的尾气排放至大气，并通过所述电气并联回路将单个燃料电池电堆产生的能量传输至所述DC/DC转换器。

在本实施例中，记P1为负载需求功率，PS1为单个燃料电池电堆在平均工作电压为预设电压时的输出功率，优选地，预设电压为0.8V。当P1≤PS1时，则得到负载需求功率P1所属的目标输出功率区间为第一预设输出功率区间，其中，第一预设输出功率区间为(0，PS1]，从而获取到第一并联工作模式，并控制燃料电池串并联多堆协同运行系统按第一并联工作模式控制单个燃料电池电堆产生能量。具体的，参阅图1，燃料电池串并联多堆协同运行系统执行第一并联工作模式需要进行的操作为：控制并联气体供给回路上的气体并联回路开关阀GP1打开，控制电气并联回路上的电气并联回路开关EP1闭合，控制串联气体供给回路上的气体串联回路开关阀GS1关闭，并控制电气串联回路上的电气串联回路开关ES1打开，以及控制并联气体供给回路上的并联尾气排放阀PValve1按预设的排气控制策略进行尾气排放。由此，控制单个燃料电池电堆产生能量时，反应气体由气体供给模块流出后的流经路径为气体并联回路开关阀GP1-燃料电池电堆1，最后气体经并联尾气排放阀PValve1排出至大气中，燃料电池电堆1产生的能量通过电气并联回路上的电气并联回路开关EP1传输至DC/DC转换器。在另一实施例中，当P1＜PS1时，由于此时负载需求功率P1小于燃料电池单堆在平均工作电压为预设电压时的输出功率PS1，可以采用电源模块接收系统多出的功率，其中，电源模块可为锂电池，之所以采用对电源模块充电的形式使燃料电池电堆增加部分输出功率直至其输出功率大于PS1，是因为系统在低于功率PS1下运行不利于燃料电池电堆的使用寿命。

在一实施例中，如图4所示，所述并联工作模式还包括第二并联工作模式，步骤S13还包括：

S1321、若所述目标输出功率区间为第二预设输出功率区间，则确定所述目标工作模式为所述并联工作模式中的所述第二并联工作模式；其中，所述第二预设输出功率区间为(PS1，PSn)，PSn为n个燃料电池电堆在平均工作电压为所述预设电压时的输出功率，n为所述燃料电池串并联多堆协同运行系统中多个燃料电池电堆的总数量；

S1322、按所述第二并联工作模式控制预设个数的燃料电池电堆产生能量；其中，在第二预设并联工作模式通过所述并联气体供给回路将气体供给模块提供的反应气体传输至所述预设个数燃料电池电堆以及将所述预设个数燃料电池电堆产生的尾气排放至大气，并通过电气并联回路将所述预设个数的燃料电池电堆产生的能量传输并联至所述DC/DC转换器。

在本实施例中，PSn为n个燃料电池电堆在平均工作电压为预设电压时的输出功率，n为燃料电池串并联多堆协同运行系统中多个燃料电池电堆的总数量，优选地，预设电压为0.8V。当PS1＜P1＜PSn时，则得到负载需求功率P1所属的目标输出功率区间为第二预设输出功率区间，其中，第二预设输出功率区间为(PS1，PSn)，从而获取到第二并联工作模式，并控制燃料电池串并联多堆协同运行系统按第二并联工作模式控制预设个数的燃料电池电堆产生能量。并且，当PS1＜P1＜PSn时，通过将P1除以PS1得到的商向下取整为a，则表明此时需要a个燃料电池电堆(即燃料电池电堆1至燃料电池电堆a)投入运行，即预设个数为a个，燃料电池串并联多堆协同运行系统按第二并联工作模式控制a个燃料电池电堆产生能量。具体的，参阅图1，燃料电池串并联多堆协同运行系统执行第二并联工作模式需要进行的操作为：控制并联气体供给回路上的气体并联回路开关阀GP1至GPa均打开，并联气体供给回路上的其余气体并联回路开关阀均关闭；控制电气并联回路上的电气并联回路开关EP1至EPa均闭合；控制串联气体供给回路上的气体串联回路开关阀GS1关闭，并控制电气串联回路上的电气串联回路开关ES1打开；以及控制a个燃料电池电堆中的最后一个燃料电池电堆连接的并联尾气排放阀PValvea按预设的排气控制策略进行尾气排放。由此，控制a个燃料电池电堆产生能量时，反应气体由气体供给模块流出后的流经路径为气体并联回路开关阀GP1-燃料电池电堆1…气体并联回路开关阀GPa-燃料电池电堆a，最后气体经并联尾气排放阀PValvea排出至大气中，燃料电池电堆1至燃料电池电堆a产生的能量通过电气并联回路上的电气并联回路开关EP1至EPa并联传输至DC/DC转换器。使得在负载需求功率较小时，不需要整个系统中的所有燃料电池电堆同时开启，避免了多堆串联系统在高电势工作时对燃料电池使用寿命的不利影响，能够提升燃料电池使用寿命。

在一实施例中，如图5所示，步骤S13还包括：

S1331、若所述目标输出功率区间为第三预设输出功率区间，则确定所述目标工作模式为所述串联工作模式；其中，所述第三预设输出功率区间为[PSn，﹢∞)；

S1332、按所述串联工作模式控制所有燃料电池电堆产生能量；其中，在所述串联工作模式下通过串联气体供给回路将气体供给模块提供的反应气体传输至所有燃料电池电堆以及将所有燃料电池电堆产生的尾气排放至大气，并通过电气并联回路将所有燃料电池电堆产生的能量串联传输至DC/DC转换器。

在本实施例中，当P1≥PSn时，则得到负载需求功率P1所属的目标输出功率区间为第三预设输出功率区间，其中，第三预设输出功率区间为[PSn，﹢∞)，从而获取到串联工作模式，并控制燃料电池串并联多堆协同运行系统按串联工作模式控制所有燃料电池电堆产生能量，即此时需要全部燃料电池电堆(即燃料电池电堆1至燃料电池电堆n)投入运行。具体的，参阅图1，燃料电池串并联多堆协同运行系统执行串联工作模式需要进行的操作为：控制并联气体供给回路上的气体并联回路开关阀GP1至GPn均关闭，控制电气并联回路上的电气并联回路开关EP1至EPn均打开，控制串联气体供给回路上的气体串联回路开关阀GS1打开，并控制电气串联回路上的电气串联回路开关ES1闭合，以及控制串联气体供给回路上的串联尾气排放阀SValve1按预设的排气控制策略进行尾气排放。由此，控制燃料电池串并联多堆协同运行系统按串联工作模式控制所有燃料电池电堆产生能量时，反应气体由气体供给模块流出后的流经路径为气体串联回路开关阀GS1-燃料电池电堆1-燃料电池电堆2…燃料电池电堆n，最后气体经串联尾气排放阀SValve1排出至大气中，燃料电池电堆1至燃料电池电堆n产生的能量通过电气串联回路串联传输至DC/DC转换器。使得在负载需求功率较大时，燃料电池串并联多堆协同运行系统进入串联工作模式控制每个燃料电池电堆的输出，控制策略简单，且每个电堆的工作区间和工作时间一致，降低电堆性能衰减的不一致性，能够降低控制策略的复杂程度，并降低系统成本。

本发明实施例提供的燃料电池串并联多堆协同运行系统的控制方法，应用于前述的燃料电池串并联多堆协同运行系统的任一实施例，包括：获取负载需求功率；将所述负载需求功率与至少一个预设输出功率区间进行匹配，得到所述负载需求功率所属的目标输出功率区间；获取与所述目标输出功率区间对应的目标工作模式，并按所述目标工作模式控制多个燃料电池电堆产生能量；其中，所述目标工作模式为并联工作模式或串联工作模式。本发明通过在负载需求功率较小时，控制燃料电池串并联多堆协同运行系统进入并联工作模式，避免了多堆串联系统在高电势工作时对燃料电池使用寿命的不利影响，能够提升燃料电池使用寿命。通过在负载需求功率较大时，控制燃料电池串并联多堆协同运行系统进入串联工作模式，能够降低控制策略的复杂程度，并降低系统成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。