[發明專利]一種多堆燃料電池氫氣供應系統的控制方法

有效

• 申請號: 202110418138.3
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113140755B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 殷園;焦杰然;張曙;候明濤;陳立華;張衛東
• 申請（專利權）人: 紹興學森能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04119;H01M8/0438;H01M8/04746;H01M8/04992
• 代理公司: 紹興越牛專利代理事務所(普通合伙) 33394
• 代理人: 王劍

本發明公開了一種多堆燃料電池氫氣供應系統的控制方法，多堆燃料電池氫氣供應系統包括氫氣儲存裝置、減壓閥組件、EJM氫氣供給模塊和燃料電池電堆；EJM氫氣供給模塊的數量和燃料電池電堆的數量相同且通過管路一一對應連接，EJM氫氣供給模塊通過管路與減壓閥組件連接，減壓閥組件通過管路連接氫氣儲存裝置，各EJM氫氣供給模塊通過控制器域網連接燃料電池控制器；燃料電池控制器通過控制器域網可與多個EJM氫氣供給模塊的控制器相連，進行數據交互。本發明的多堆燃料電池氫氣供應系統采用模塊化設計，減少了供氫系統零部件、管道、接頭連接，降低了氫氣泄露風險；模塊內置EJM控制器，通過燃料電池控制器可進行單、多堆氫氣供應，系統并聯協同運行。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其是涉及一種多堆燃料電池氫氣供應系統的控制方法。

背景技術

氫燃料電池堆利用氫氣和氧氣電化學反應產生電能的能量轉化裝置，最終產物為水，并且具有負排放、無污染、能量利用率高等特點，是未來新能源發展的方向。

為提高氫氣利用率、優化水管理能力和提升氫安全性能，氫氣循環組件是質子交換膜燃料電池氫氣供應系統中的重要組成部分，氫氣循環組件主要有氫氣循環泵和引射器。

引射器利用高速噴射工作流體造成的壓差將噴出的氣體不斷吸入并再噴出，相比氫氣循環泵，這種裝置無移動部件、結構簡單、運行可靠，而且無寄生功率，是實現燃料電池氫氣循環利用的理想裝置。

相比引射器，氫循環泵在主動可調節、快響應速度和寬工作區間等方面占有一定優勢，但設備對氫氣的密封性要求較高，設備可靠性較差。

中國專利CN108539222A公開了一種車載燃料電池多模塊并聯氫氣循環系統及其控制方法，包括依次串聯連接的儲氫單元、減壓組件、第一電磁閥、第一氣水分離器，第一氣水分離器的排氣端連接燃料電池電堆單元的氫氣入口，第一氣水分離器的排水端連接排水閥，燃料電池電堆單元由多個燃料電池電堆并聯組成，燃料電池電堆的氫氣出口依次連接第二電磁閥和第二氣水分離器，第二氣水分離器的排氣端連接氫氣循環泵，氫氣循環泵的出口連接第一氣水分離器的入口，第二氣水分離器的排水端連接排水閥。該專利多模塊并聯的氫氣循環系統，通過控制電磁閥，可實現有效的氫氣循環，提高氫氣利用率，同時循環系統可增強氫氣回路排水，使質子交換膜的含水量得以有效控制。

目前多堆燃料電池氫氣供應系統中氫氣循環多采用各個回路統一循環，隨著并聯電堆數目的增加，在所配置的氫氣循環泵的功率不增加的情況下，氫氣循環流量會越來越小；若需要保持循環流量不變，則所需配置的氫氣循環泵的功率需要不斷增高，導致系統寄生功率升高，系統整體效率降低，此外，采用各個回路統一循環，當氫氣循環泵出現故障后，整個系統將無法正常運行。

目前多堆燃料電池氫氣供應系統的采用各個回路串聯統一供氫，隨著并聯電堆數目的增加，電堆運行所需要氫氣流量也相應增加，供氫管路管徑也需要相應增加，系統的體積也會變得越來越大，此外，陽極壓力調節閥的數量會成倍增加，給電堆陽極入口壓力控制、調節帶來新的挑戰。

雖然，目前多堆燃料電池氫氣供應系統也有采用各個回路各自循環的方案，但是，其氫氣供應并非模塊化設計，供氫系統零部件、管道、接頭連接數量多，增加了接頭連接處氫氣泄露風險，且與不同電堆適配性較差；此外，氫氣供應系統中未加入控制模塊，導致客戶對其閥門的控制運行及調度極為困難，甚至在多堆運行的情況下，無法實現多個供氫系統運行調度及故障隔離。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的問題，提供一種多堆燃料電池氫氣供應系統的控制方法，各EJM氫氣供給模塊均通過控制器域網連接燃料電池控制器，實現多個供氫系統運行調度及故障隔離，EJM氫氣供給模塊采用模塊化設計，供氫系統零部件及控制器均集成在一個模塊中，減少供氫系統零部件、管道、接頭連接數量，降低了接頭連接處氫氣泄露風險。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：