[發(fā)明專利]一種燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的陽(yáng)極氣體供應(yīng)裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010187552.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111370734A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李凱;殷聰;堯松;王仁康;鄭宏;鄒見(jiàn)效
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/04089
• 分類號(hào): H01M8/04089;H01M8/04119;H01M8/04225;H01M8/04228;H01M8/04302;H01M8/04303;H01M8/0432;H01M8/0438;H01M8/04746
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的陽(yáng)極氣體供應(yīng)裝置，其特征在于，包括：氫氣入口調(diào)壓支路、氣體入堆支路、空氣吹掃支路、氣體循環(huán)支路、氣體出堆支路和氣體尾排支路；

所述氫氣入口調(diào)壓支路包括第一電磁閥和調(diào)壓裝置；第一電磁閥的輸入端連接氫氣供應(yīng)管道，輸出端連接調(diào)壓裝置，氫氣通過(guò)氫氣供應(yīng)管道輸入至第一電磁閥；調(diào)壓裝置由比例閥構(gòu)成，通過(guò)控制比例閥的閥門(mén)開(kāi)度來(lái)限制進(jìn)氣端壓力和流量，調(diào)壓裝置輸出端連接氣體入堆支路，同時(shí)連接空氣吹掃支路輸出端和氣體循環(huán)支路輸出端

所述氣體入堆支路上安裝有氣體溫度和壓力采集傳感器，主要為流進(jìn)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)電堆的氫氣提供通道，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)堆氣體的壓力和溫度，作為反饋值來(lái)控制氫氣入口調(diào)壓支路的電磁閥和調(diào)壓裝置；所述氣體入堆支路輸入端和氫氣入口調(diào)壓支路輸出端、空氣吹掃支路輸出端和氣體循環(huán)支路輸出端連接，輸出端和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料電池堆氫氣進(jìn)氣口直接連接；

所述空氣吹掃支路由第四電磁閥構(gòu)成，負(fù)責(zé)空氣吹掃支路的氣流通斷，其輸入端直接和空氣供應(yīng)管道相連接，輸出端和氫氣入口調(diào)壓支路的輸出端、氣體循環(huán)支路輸出端和氣體入堆支路的輸入端連接；

所述氣體循環(huán)支路由第二電磁閥構(gòu)成，連接氣體出堆支路和氣體入堆支路，將出堆尾氣導(dǎo)流至入堆口，實(shí)現(xiàn)氫氣的循環(huán)利用；其輸入端和氣體出堆支路輸出端及氣體尾排支路輸入端相連接，輸出端和氫氣入口調(diào)壓支路的輸出端、空氣吹掃支路輸出端和氣體入堆支路的輸入端連接；

所述氣體出堆支路由氣體循環(huán)泵組成，其輸出端連接氣體循環(huán)支路輸入端和氣體尾排支路輸入端，其輸入端直接和發(fā)動(dòng)機(jī)電堆陽(yáng)極出氣口相接；正常工作模式下，利用循環(huán)泵將出口未反應(yīng)完全的氫氣泵回入口，同時(shí)利用滲透到陽(yáng)極的水為氫氣來(lái)加濕，增加電堆陽(yáng)極側(cè)的壓力梯度，促進(jìn)陽(yáng)極側(cè)液態(tài)水的排出；

所述氣體尾排支路由第三電磁閥組成，負(fù)責(zé)尾氣排放周期的控制，正常運(yùn)行時(shí)該電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，尾氣排放時(shí)該電磁閥打開(kāi)，其輸入端連接氣體循環(huán)支路輸入端和氣體出堆支路輸出端，其輸出端連接發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放管道。

2.一種燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的陽(yáng)極氣體供應(yīng)方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、開(kāi)機(jī)吹掃

當(dāng)燃料電池開(kāi)機(jī)時(shí)，將氫氣入口調(diào)壓支路上的第一電磁閥和氣體尾排支路上的第三電磁閥打開(kāi)，將氣體循環(huán)支路上的第二電磁閥和空氣吹掃支路上的第四電磁閥關(guān)閉，利用氫氣同時(shí)吹掃管路、循環(huán)泵和電堆陽(yáng)極側(cè)，使燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的陽(yáng)極側(cè)填充的空氣置換為氫氣，當(dāng)開(kāi)機(jī)吹掃完成后，關(guān)閉氣體尾排支路上的第三電磁閥，啟動(dòng)燃料電池發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)；

(2)、氫氣循環(huán)

利用氫氣入口調(diào)壓支路的調(diào)壓裝置調(diào)節(jié)陽(yáng)極的入堆壓力，調(diào)壓裝置中的比例閥以入堆壓力作為控制目標(biāo)，調(diào)節(jié)比例閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)入堆壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)；將氣體循環(huán)支路上的第二電磁閥打開(kāi)，利用循環(huán)泵將出口未反應(yīng)完全的氫氣泵回入口，同時(shí)利用滲透到陽(yáng)極的水為氫氣來(lái)加濕，增加電堆陽(yáng)極側(cè)的壓力梯度，促進(jìn)陽(yáng)極側(cè)液態(tài)水的排出；

(3)、尾氣排放

間斷性地打開(kāi)或關(guān)閉氣體循環(huán)支路上的第二電磁閥和氣體尾排支路上的第三電磁閥，第二電磁閥和第三電磁閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為互補(bǔ)關(guān)系，用于排空氮?dú)夂退魵猓瑫r(shí)利用循環(huán)泵增強(qiáng)氮?dú)夂退魵馀欧牛?/p>

(4)、關(guān)機(jī)吹掃

將氫氣入口調(diào)壓支路上的第一電磁閥和氣體循環(huán)支路上的第二電磁閥關(guān)閉關(guān)閉，打開(kāi)空氣吹掃支路上的第四電磁閥和氣體尾排支路上的第三電磁閥，利用空氣對(duì)氣體入堆支路、電堆陽(yáng)極以及氣體出堆支路進(jìn)行吹掃，當(dāng)觀測(cè)到電堆的開(kāi)路電壓降低到設(shè)定閾值時(shí)，吹掃完成。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的陽(yáng)極氣體供應(yīng)方法，其特征在于，所述尾氣排放時(shí)，間斷性地打開(kāi)或關(guān)閉氣體循環(huán)支路上的第二電磁閥和氣體尾排支路上的第三電磁閥的時(shí)間點(diǎn)為：在發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)電堆的總電壓下降幅值、電壓下降的變化率和單節(jié)電壓的跌落率中任意一參數(shù)高于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則打開(kāi)第三電磁閥，同時(shí)關(guān)閉第二電磁閥；相反，當(dāng)?shù)陀陬A(yù)設(shè)閾值時(shí)，則打開(kāi)第二電磁閥，同時(shí)關(guān)閉第三電磁閥。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的陽(yáng)極氣體供應(yīng)方法，其特征在于，所述關(guān)機(jī)吹掃時(shí)，如果需要長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存電堆，則將入口空氣置換為氮?dú)猓⑼瑫r(shí)對(duì)電堆進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間吹掃，使電堆上的膜處于干燥的狀態(tài)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的陽(yáng)極氣體供應(yīng)方法，其特征在于，所述第二電磁閥和第四電磁閥均選用能夠承受負(fù)高壓的電磁閥。