[發明專利]水冷型燃料電池控制系統

有效

• 申請號: 202010911447.X
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112002927B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 張寶;武英;原建光;閻有花;周少雄
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃安泰創明先進能源材料研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/04746;H01M8/0432
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成

本發明提供了一種水冷型燃料電池控制系統，包括：燃料電池電堆，燃料電池電堆內設有還原腔和氧化腔；分別與還原腔的進氣口、出氣口連通的氫氣輸氣管道、氫氣出氣管道，氫氣出氣管道上設有出氣電磁閥；分別與氧化腔的進風口、出風口連通的空氣輸氣管道、空氣出氣管道，空氣輸氣管道上設有空壓機；燃料電池控制器，出氣電磁閥；燃料電池控制器根據獲取的負載功率的信息控制出氣電磁閥每關閉第二時間段后控制出氣電磁閥開啟第三時間段。在出氣電磁閥每關閉第二時間段內提高燃料電池電堆內單位體積內氫氣的反應時間，提高氫氣的利用率。

技術領域

本發明屬于氫燃料電池技術領域，特別涉及一種水冷型燃料電池控制系統。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)是在一個步驟中直接從燃料(氫氣)和氧化劑(主要是O₂)產生電力的電化學裝置，具有工作溫度低、能量轉換效率高、清潔無污染等優點，因此，被認為是取代目前汽車動力的最具可選性、最有競爭力的動力源之一。

燃料電池運行時，氫氣和氧氣的供給是比較重要的環節，具體地，氫氣的供給是通過儲氫的載體向燃料電池提供的，而氧氣是通過向燃料電池中輸送空氣，利用空氣中的氧氣，在燃料電池運行時，氫氣與氧氣發生氧化還原反應并輸出電能，剩余的氣體通過出氣口排出，現有技術中，為提高氫氣的利用率，通過增設氫氣回收裝置，將反應后的剩余氫氣回收利用，但是在低功率燃料電池系統內設置氫氣回收裝置，氫氣的回收利用效果不明顯，反而大大增加了設備的成本。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術或相關技術中存在的技術問題之一。

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種水冷型燃料電池控制系統。

本發明的技術方案提出了一種水冷型燃料電池控制系統，包括：燃料電池電堆，燃料電池電堆內設有還原腔和氧化腔；分別與還原腔的進氣口、出氣口連通的氫氣輸氣管道、氫氣出氣管道，氫氣輸氣管道上設有壓力傳感器、進氣電磁閥，氫氣出氣管道上設有出氣電磁閥；分別與氧化腔的進風口、出風口連通的空氣輸氣管道、空氣出氣管道連接；燃料電池控制器，與壓力傳感器、進氣電磁閥、出氣電磁閥電性連接；燃料電池控制器獲取開機信號，控制出氣電磁閥開啟第一時間段后，根據獲取的負載功率的信息控制出氣電磁閥每關閉第二時間段后控制出氣電磁閥開啟第三時間段。

根據本發明提出的水冷型燃料電池控制系統，通過在燃料電池電堆內設有還原腔和氧化腔使得氫氣進入還原腔內、空氣進入氧化腔內，并通過氫氣和氧氣的氧化還原反應，進而使燃料電池電堆產生電力，還原腔中的氫氣和氧化腔中的氧氣分別在負極和正極上的催化劑作用下反應生成水并釋放電能，具體地，工作時向負極供給燃料(氫)，向正極供給氧化劑(空氣，起作用的成分為氧氣)；氫在負極分解成正離子H+和電子e-，當氫離子進入負極與正極之間的電解液中，而電子就沿外部電路移向正極，用電的負載就接在外部電路中；在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水；氫氣輸氣管道與還原腔的進氣口連通，氫氣通過氫氣輸氣管道進入到還原腔內，參與反應后剩余的氫氣從還原腔的出氣口，流入氫氣出氣管道后排出；空氣從與氧化腔的進風口連通的空氣輸氣管道進入氧化腔內，參與反應后剩余的氧氣從與氧化腔的出風口連通的空氣出氣管道排出，進一步地，在氫氣出氣管道上設置有出氣電磁閥，燃料電池控制器與出氣電磁閥電性連接，使得燃料電池控制器獲取開機信號時，控制出氣電磁閥開啟第一時間段(即預排氣時間)，燃料電池電堆的還原腔與氧化腔內的氣體分別通過氫氣出氣管道和空氣出氣管道排出，使還原腔和氧化腔內的氣體處于常壓狀態，出氣電磁閥開啟第一時間段之后，燃料電池控制器根據獲取的負載功率的信息控制出氣電磁閥每關閉第二時間段(即排氣間隔時間)后控制出氣電磁閥開啟第三時間段(即排氣時間)，使得在出氣電磁閥關閉的第二時間段內，還原腔和氧化腔內的氣體壓力處于工作壓力狀態，具體地，在第二時間段內，氫氣輸氣管道和空氣輸氣管道分別持續地向還原腔和氧化腔內供給氫氣和空氣，提高氫氣參與反應的時間，提高氫氣的利用率；在出氣電磁閥關閉第二時間段后，燃料電池控制器控制出氣電磁閥開啟第三時間段，排出還原腔的剩余氣體和反應產物水，以避免還原腔的反應產物水的堆積，對燃料電池電堆造成損壞。