[發(fā)明專利]一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法

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• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112820912A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉小青;鄧佳;梁未棟
• 申請（專利權）人: 中山大洋電機股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04828
• 分類號: H01M8/04828;H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/22;H01M8/2457
• 代理公司: 中山市漢通知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 44255
• 代理人: 古冠開

本發(fā)明公開了一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法，包括電堆模塊和燃料電池系統(tǒng)控制器，氫氣路系統(tǒng)包括截止閥、第一比例閥、引射器、濕度傳感器和第二比例閥，外部高壓氫氣經(jīng)過截止閥、第一比例閥和引射器進入電堆模塊的氫氣入口，濕度傳感器檢測進入電堆模塊氫氣入口的氫氣濕度并將信號送到燃料電池系統(tǒng)控制器；電堆模塊氫氣出口通過第一支路連接到引射器的回氫引射口，第一支路安裝第二比例閥，第一比例閥、第二比例閥受燃料電池系統(tǒng)控制器控制，燃料電池系統(tǒng)控制器根據(jù)濕度傳感器發(fā)送過來的信號來控制第一比例閥和第二比例閥，達到控制進入電堆模塊氫氣入口的氫氣濕度結構和控制簡單，提高整個系統(tǒng)的效率和可靠性，節(jié)約能源，降低成本。

技術領域：

本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術：

氫燃料電池系統(tǒng)是一種能量轉換裝置，是將氫氣和氧氣的化學能通過催化劑的作用下轉化為電能，供給用電設備使用。氫燃料電池系統(tǒng)是一種高效率、高能量密度、低噪音、對環(huán)境無污染的新型能源，是一種非常具有發(fā)展前景的新能源發(fā)電動力裝置。

氫氣循環(huán)系統(tǒng)是燃料電池系統(tǒng)中的一個十分重要的子系統(tǒng)，氫氣循環(huán)系統(tǒng)負責將電堆氫氣出口排出的未反應的氫氣及水汽送回電堆氫氣入口，經(jīng)過與燃料電池堆入口處的純氫氣混合后再一并送入到燃料電池堆內部，保證燃料電池電堆中的電化學反應的正常進行，并且氫氣循環(huán)系統(tǒng)通過對大量氫氣及水汽的循環(huán)利用，保證了燃料電池內的濕度平衡，相應的也提高了氫氣的利用率及整個燃料電池系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

送入電堆中的氫氣濕度是一個重要技術指標。在燃料電池工作過程中，質子交換膜必須保持一定的濕度才能保持質子的高傳導性和良好的運行特性。進入電堆的氫氣濕度過低會導致膜過干，使質子交換膜失去傳導質子的能力，嚴重時導致膜脫水、皺縮甚至破裂；如果進入電堆的氫氣濕度過高，則會導致膜中含水量過高會造成水淹和低溫狀態(tài)下結冰的現(xiàn)象，堵塞氣體流道，導致電池性能大幅下降。因此，如何有效實現(xiàn)氫氣循環(huán)并精準的調節(jié)進入電堆的氫氣濕度，是保持燃料電池內部穩(wěn)定，提高燃料電池性能及壽命的一個關鍵問題。

在專利CN202010457857.1中公開了一種燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)及其控制方法，是通過控制氫氣循環(huán)系統(tǒng)中的氫氣循環(huán)泵轉速，來實現(xiàn)燃料電池電堆入口氫氣濕度的協(xié)調控制。但是氫氣循環(huán)泵體積大占用空間，并且需要電力驅動，增加燃料電池系統(tǒng)的額外功耗，浪費能源；另外，此方法對氫氣濕度控制不夠精確，燃料電池系統(tǒng)在高功率運行時，電堆模塊排出的未反應氫氣和水的量是很大的，氫氣循環(huán)泵必定要增大轉速才能未反應氫氣泵入電堆模塊氫氣入口，達到氫氣循環(huán)的平衡，此時有可能將過多過的水泵入了電堆模塊，帶來燃料電池系統(tǒng)風險。

發(fā)明內容：

本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術中氫氣循環(huán)泵實現(xiàn)氫氣循環(huán)，不僅占用空間增加額外功耗，并且不能有效的、精確的控制送入電堆中的氫氣濕度，可能給整體系統(tǒng)帶來運行系統(tǒng)風險的技術問題。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，它解決燃料電池系統(tǒng)對對氫氣濕度控制不夠精確和可靠性的技術問題。

本發(fā)明的目的是通過下述技術方案予以實現(xiàn)的。

本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)，包括電堆模塊、燃料電池系統(tǒng)控制器和氫氣路系統(tǒng)，其特征在于：所述的氫氣路系統(tǒng)包括截止閥、第一比例閥、引射器、濕度傳感器和第二比例閥，其中：

外部高壓氫氣經(jīng)過截止閥、第一比例閥和引射器進入電堆模塊的氫氣入口，濕度傳感器檢測進入電堆模塊的氫氣入口的氫氣濕度并將信號送到燃料電池系統(tǒng)控制器；電堆模塊的氫氣出口通過第一支路連接到引射器的回氫引射口，第一支路安裝第二比例閥，第一比例閥、第二比例閥受燃料電池系統(tǒng)控制器控制，燃料電池系統(tǒng)控制器根據(jù)濕度傳感器發(fā)送過來的信號來控制第一比例閥和第二比例閥，達到控制進入電堆模塊的氫氣入口的氫氣濕度。