[發(fā)明專利]一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011147117.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112234231A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周鴻波;郭志陽(yáng);陸建山;劉志洋;劉小婭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 金華氫途科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04119
• 分類號(hào): H01M8/04119;H01M8/04029;H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04701;H01M8/04746
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務(wù)所有限公司 33214
• 代理人: 徐金杰

本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)包括電堆，氫氣回路、空氣回路、冷卻回路、控制模塊和環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊，氫氣回路、空氣回路、冷卻回路均與電堆相連，控制模塊接收各回路以及環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊的信息，并且通過(guò)計(jì)算對(duì)各回路進(jìn)行調(diào)控；空氣回路包括進(jìn)氣管路、空壓機(jī)、陰極流量控制模塊、增濕器、節(jié)氣門與排氣管路，進(jìn)氣管路、空壓機(jī)、增濕器以及電堆入口端依次通過(guò)管路連接，電堆的出口端依次與增濕器、節(jié)氣門以及排氣管路連通，冷卻回路包括第二壓力控制器、加熱器、多模組散熱模塊和流量控制模塊，本發(fā)明解決了一般燃料電池中不足之處，并且提升了系統(tǒng)的針對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種燃料電池系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

燃料電池系統(tǒng)是以燃料電池電堆為核心，以氫氣為燃料，空氣為氧化劑，進(jìn)行氣體供給、排放與發(fā)電的裝置。系統(tǒng)內(nèi)主要可分為三個(gè)回路：氫氣回路、空氣回路、冷卻回路。氫氣回路為燃料輸入通道，從外界氣源（如儲(chǔ)氫瓶或制氫裝置等）中通入高純氫氣，氫氣通路起到燃料的壓力流量控制、反應(yīng)氣體循環(huán)利用以及水汽分離等功能；空氣回路負(fù)責(zé)對(duì)燃料電池反應(yīng)所需氧化劑（即空氣）進(jìn)行運(yùn)輸、增壓、增濕等功能；冷卻回路主要作用為熱量管理與運(yùn)輸，保證電堆能較快的提升至最優(yōu)溫度以及迅速帶出電堆較大的產(chǎn)熱。

然而，在一般燃料電池系統(tǒng)中，會(huì)有以下缺點(diǎn)：1、長(zhǎng)距離跨海拔行駛車輛因環(huán)境改變而性能降低；2、車輛在早晚、夏冬溫度變化范圍較大的地區(qū)適應(yīng)性較低，性能偏低；3、無(wú)針對(duì)車輛陰極氣體濕度增濕程度的調(diào)節(jié)功能，可能導(dǎo)致進(jìn)入電堆氣體含水量過(guò)多，造成電堆水淹，影響性能與損壞電堆；4、燃料電池系統(tǒng)關(guān)機(jī)后，空氣可從空壓機(jī)進(jìn)入電堆，造成電堆內(nèi)含氧量較高；5、燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)、關(guān)機(jī)氫氣吹掃過(guò)程中，空壓機(jī)未運(yùn)行，節(jié)氣門未開(kāi)啟，尾排氫濃度較大，會(huì)產(chǎn)生起火危險(xiǎn)；6、低溫啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)高壓空氣使電堆內(nèi)的水排出，電堆進(jìn)出口氣體均經(jīng)過(guò)增濕器進(jìn)行濕熱交換，排出的水汽會(huì)經(jīng)增濕器交換后再次進(jìn)入電堆，無(wú)法有效除水。

由于不同電堆具有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行工況等系統(tǒng)集成差異，傳統(tǒng)燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中主要圍繞當(dāng)前電堆的工況條件以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，對(duì)其他電堆適應(yīng)性較低，故需要設(shè)計(jì)一款可解決以上技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)兼容多數(shù)不同需求電堆的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，使系統(tǒng)產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力與適應(yīng)性，具有可自我調(diào)控的自由度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種可匹配各階段功率電堆的可控自由度較大的燃料電池系統(tǒng)，本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供上述燃料電池系統(tǒng)的控制方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述第一個(gè)發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種燃料電池系統(tǒng)，包括電堆，氫氣回路、空氣回路、冷卻回路、控制模塊和環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊，所述氫氣回路、空氣回路、冷卻回路均與電堆相連，所述控制模塊接收各回路以及環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊的信息，并且通過(guò)計(jì)算對(duì)各回路進(jìn)行調(diào)控；

所述氫氣回路包括進(jìn)氣管、第一壓力控制器、水氣分離器、循環(huán)泵、壓力開(kāi)關(guān)以及排氣管，所述第一壓力控制器和壓力開(kāi)關(guān)均設(shè)置在進(jìn)氣管上，所述進(jìn)氣管、電堆、排氣管依次連通，所述循環(huán)泵設(shè)置在進(jìn)氣管與排氣管之間，兩個(gè)水氣分離器分別設(shè)置在循環(huán)泵入口端和出口端的管路上，且兩個(gè)水氣分離器均通過(guò)電磁閥連接至排氣管，所述循環(huán)泵入口端的管路上還設(shè)有與排氣管連接的電磁閥；

所述空氣回路包括進(jìn)氣管路、空壓機(jī)、陰極流量控制模塊、增濕器、節(jié)氣門與排氣管路，所述進(jìn)氣管路、空壓機(jī)、增濕器以及電堆入口端依次通過(guò)管路連接，所述電堆的出口端依次與增濕器、節(jié)氣門以及排氣管路連通，且陰極流量控制模塊與電堆相連的管路為常閉，與空壓機(jī)和排氣管路相連的管路以及空壓機(jī)本身為常通，陰極流量控制模塊與電堆、增濕器、排氣管路之間通過(guò)控制模塊進(jìn)行開(kāi)度控制；