[發明專利]一種帶有恒壓均質供給分配器的多堆組結構燃料電池系統

有效

• 申請號: 202110147579.4
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112909309B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 李駿;黃朝勝;黃毅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M8/04746
• 分類號: H01M8/04746;H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/249
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 李曉紅

本發明公開了一種帶有恒壓均質供給分配器的多堆組結構燃料電池系統，包括燃料電池電堆組、恒壓均質氫氣供給分配器系統、恒壓均質空氣供給分配器系統、熱管理系統和電子控制系統；燃料電池電堆組包括燃料電池子堆；恒壓均質氫氣供給分配器系統包括氫氣存儲器、氫氣調壓閥、氫氣減壓閥、氫氣恒壓器、氫回路單向閥、氫氣噴射閥和氫氣水分離器；恒壓均質空氣供給分配器系統包括空氣濾清器、第一空氣壓縮機、空氣中冷器、空氣恒壓器、空氣進氣閥和空氣水分離器；熱管理系統連接燃料電池電堆組的冷卻輸入端和冷卻輸出端之間；電子控制系統控制恒壓均質氫氣供給分配器系統和恒壓均質空氣供給分配器系統分別向各個燃料電池子堆均勻分流提供氫氣和空氣。

技術領域

本發明涉及一種帶有恒壓均質供給分配器的多堆組結構燃料電池系統，特別涉及多堆結構燃料電池系統的燃料電池電堆組、供氫系統和供氣系統，屬于節能與新能源汽車領域。

背景技術

隨著國家節能、減排政策的逐步加嚴，發展節能與新能源汽車已經成為必然的發展趨勢。燃料電池汽車是一種用車載燃料電池產生的電力作為動力的汽車。目前被廣泛采用的質子交換膜燃料電池具有高效率、零排放和低噪音的特點，其通常采用高純度壓縮氫氣作為燃料，在燃料電池電堆中與空氣中的氧氣發生化學反應產生電能，提供給電驅動系統驅動車輛行駛。

目前車用燃料電池系統設計通常采用單個燃料電池電堆模塊或者簡單的多個子堆并聯的方式，氫氣和氧氣以自然壓力和流量控制狀態供給，由于電堆公共流道長、供氣不均勻而導致電堆內部空氣和氫氣分配不均勻，從而降低了燃料電池電化學反應效率，進而降低燃料電池系統的功率密度，實現150kW甚至更大功率的燃料電池系統開發成為難以突破的難題；另外燃料電池陽極和陰極的壓力波動也容易造成動態響應問題并且降低燃料電池使用壽命。中國專利申請CN109713336A公開了一種燃料電池的控制系統，該燃料電池的控制系統能夠有效去除燃料電池內過多的液態水，延長電堆壽命，但其并未解決燃料電池電堆內部氣體壓力分布的均勻性與穩定性問題。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種帶有恒壓均質供給分配器的多堆組結構燃料電池系統，利用該系統能夠實現電堆內部空氣和氫氣均勻分配，穩定燃料電池陽極和陰極的壓力，提高燃料電池電化學反應效率，提高燃料電池系統的功率密度，延長燃料電池使用壽命，解決研發用于重型運輸裝備的高輸出功率、高功率密度、高工作效率、高功率響應速率、長使用壽命和低成本燃料電池系統技術和產品所面臨的難題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種帶有恒壓均質供給分配器的多堆組結構燃料電池系統，包括燃料電池電堆組、恒壓均質氫氣供給分配器系統、恒壓均質空氣供給分配器系統、熱管理系統和電子控制系統；

所述燃料電池電堆組包括至少兩個燃料電池子堆；

所述恒壓均質氫氣供給分配器系統包括氫氣存儲器、氫氣調壓閥、氫氣減壓閥、氫氣恒壓器、氫回路單向閥、氫氣噴射閥、氫氣水分離器和廢氫排氣閥；所述氫氣調壓閥安裝于所述氫氣存儲器的輸出端，并通過供氫管路與所述氫氣減壓閥的輸入端連接；所述氫氣減壓閥的輸出端通過供氫管路與所述氫氣恒壓器的輸入端連接；所述氫氣恒壓器具有與所述燃料電池子堆數量相等的輸出端，且各個輸出端分別通過所述氫氣噴射閥與各個所述燃料電池子堆的氫氣輸入端連接；所述燃料電池子堆的氫氣輸出端連接于所述氫氣水分離器的輸入端；所述氫氣水分離器的排氫端通過氫氣管路分別與各個所述氫氣噴射閥的負壓端口連接，在各個所述氫氣噴射閥的負壓端口的前端均設置有氫回路單向閥；所述氫氣水分離器的排氫端還通過氫氣管路連接廢氫排氣閥的輸入端；所述廢氫排氣閥的輸出端通過管路連接消聲器；所述氫氣水分離器的廢水輸出端通過管路連接消聲器；