[發(fā)明專利]燃料電池系統、控制方法、燃料電池單元、電堆以及車輛

在審

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• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN114497637A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 丁鐵新;方川
• 申請（專利權）人: 北京億華通科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/04746;H01M8/2457;H01M8/2483
• 代理公司: 北京一品慧誠知識產權代理有限公司 11762
• 代理人: 鄧樹山

本發(fā)明涉及新能源技術領域，具體涉及一種燃料電池系統、控制方法、燃料電池單元、電堆以及車輛，所述系統包括電堆和氣液分離裝置，所述電堆包括氫出口岐管，所述氣液分離裝置與氫出口歧管連通；所述電堆上還開設有輔助通道和尾端通道，所述氫出口歧管通過尾端通道與輔助通道連通；所述系統還包括輔助泵，所述氣液分離裝置通過輔助泵與輔助通道連通；本發(fā)明通過輔助泵將氣液分離裝置分離的氣體通過輔助通道送入，再通過尾端通道重新流入氫出口歧管；進而能夠提高燃料電池電堆陽極出口岐管內的氣流流速，從而增強燃料電池電堆陽極出口岐管排水能力；通過控制輔助泵轉速，使得系統的流量和電堆出口混合氣流中液態(tài)水含量可調。

技術領域

本發(fā)明涉及新能源技術領域，具體涉及一種燃料電池系統、控制方法、燃料電池單元、電堆以及車輛。

背景技術

質子交換膜燃料電池系統的水管理是影響燃料電池系統運行的關鍵因素之一。燃料電池氫氣側出堆混合物中主要含有氫、氮及水等成分。其出堆混合物中的水常以氣態(tài)水、液態(tài)水兩相混合的形式存在；并受溫度、壓力等參數的影響，水的存在形態(tài)在氣態(tài)水、液態(tài)水之間相互轉化。因水的氣相、液相間的密度差異巨大，液態(tài)水含量對流動狀態(tài)較敏感。

參照圖1現有燃料電池陽極側系統包括：儲氫裝置1、減壓閥2、安全閥3、氫氣控制閥4、氫回流匯集口5、電堆6、氣液分離裝置7、儲液腔體8、氫回流驅動裝置9、排水閥10和排氫閥11；

所述電堆6由前端板6a和后端板6d夾持多片的燃料電池單元6b形成的，所述電堆6上開設有氫入口岐管6c和氫出口岐管6e；

所述儲氫裝置1、減壓閥2、安全閥3、氫氣控制閥4、氫回流匯集口5、氫入口岐管6c依次連接，實現儲氫裝置1對電堆6的供氫(入堆)；所述氫出口岐管6e與氣液分離裝置7連接，實現對排出電堆6的出堆氫氣混合物實現氣液分離，分離出的氣體通過氫回流驅動裝置9(氫循環(huán)泵12或引射器)送回至氫回流匯集口5(回流系統)，并與新供給的氫氣混合，進入電堆6；所述排氫閥11也可以通過氣液分離裝置7直接排出氫氣；分離出的液體則送入儲液腔體8通過控制排水閥10進行排出。

現有陽極側回流系統含氫混合氣循環(huán)流動，有助于陽極混合氣濃度均勻分布，同時因回流增加陽極氣體流量，有助于在燃料電池單元6b產生的液態(tài)水順著氣流流通帶出單片電池流道。

現有陽極側回流系統，隨含氫混合氣循環(huán)流動，燃料電池單元6b產生的液態(tài)水隨氣流流通帶出單片電池氫氣流道后，進入由眾多燃料電池單片出口堆疊形成的出口岐管。燃料電池陽極出口岐管的氫混合氣流通面積較單片電池內氫氣流道大，氣流流速偏低。尤其是臨近燃料電池電堆6尾段區(qū)域，缺少上游出堆混合氣來流，局部氣流流速較低，攜帶液態(tài)水能力較差。

燃料電池系統在實車運行中，可能處于各種工作姿態(tài)。其中，一種為燃料電池電堆6出口端傾斜抬高，具體如圖2所示。在此狀態(tài)下，混合氣氣流逆重力排水，攜水能力變差，極易出現燃料電池出口岐管尾端堵水。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種解決現有技術中現有燃料電池電堆陽極出口岐管排水能力差、傾斜堵水問題，提高陽極出口岐管內的氣流流速，從而增強陽極出口岐管排水能力的燃料電池系統、控制方法、燃料電池單元、電堆以及車輛。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的第一種技術方案為：

一種燃料電池系統，具體為一種燃料電池陽極出口岐管回流系統，所述系統包括電堆和氣液分離裝置，所述電堆包括氫出口岐管，所述氣液分離裝置與氫出口歧管連通；

所述電堆上還開設有輔助通道和尾端通道，所述氫出口歧管通過尾端通道與輔助通道連通；

所述系統還包括輔助泵，所述氣液分離裝置通過輔助泵與輔助通道連通。

優(yōu)選的，所述系統還包括有入堆管路，所述入堆管路包括儲氫裝置、減壓閥、安全閥、氫氣控制閥、氫回流匯集口；