[發(fā)明專利]一種燃料電池系統(tǒng)及控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210429071.8
• 申請(qǐng)日: 2022-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN114744238A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉小青;鄧佳;梁未棟;邴黎明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大洋電機(jī)燃料電池科技（中山）有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04014
• 分類號(hào): H01M8/04014;H01M8/04029;H01M8/04089;H01M8/0662;H01M8/04007;F16K17/00
• 代理公司: 中山市漢通知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)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)及控制方法，包括電堆模塊、供氫系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，從電堆模塊的空氣出口排出的尾排氣經(jīng)過(guò)一個(gè)背壓閥組件后排出，外部空氣依次經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器、流量計(jì)、空壓機(jī)、中冷器和增濕器，然后送到電堆模塊的空氣入口，冷卻系統(tǒng)為電堆模塊提供冷卻液，也為中冷器提供冷卻液以便對(duì)外部輸入空氣進(jìn)行一次冷卻，電堆模塊的空氣出口排出尾排氣經(jīng)過(guò)增濕器后進(jìn)入背壓閥組件，利用電堆模塊的空氣出口排出的尾排氣對(duì)流經(jīng)增濕器的外部空氣進(jìn)行二次冷卻，既可以有效解決燃料電池系統(tǒng)尾排氣能量回收問(wèn)題，又可以有效降低冷卻系統(tǒng)的功耗，保證了冷卻系統(tǒng)的使用壽命，降低成本，提高燃料電池系統(tǒng)整體的效率和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

燃料電池是一種通過(guò)氫氣和氧氣電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的能量轉(zhuǎn)換裝置,具有能量轉(zhuǎn)換效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低噪音、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。燃料電池一般需要供氫系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)三大輔助系統(tǒng)。在空氣供應(yīng)系統(tǒng)中，為了保證燃料電池電堆內(nèi)空氣的供應(yīng)量，一般都會(huì)使用空壓機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行增壓以提高供氣效率，但空壓機(jī)出口排出的空氣溫度高達(dá)170℃-180℃，而燃料電池電堆要求的進(jìn)氣溫度一般不高于80℃。因此，在高溫空氣進(jìn)入燃料電池電堆之前，一般需要使用中冷器，用于對(duì)高溫空氣進(jìn)行降溫，以滿足燃料電池電堆的空氣進(jìn)氣溫度要求。中冷器將空壓機(jī)出口排出的170℃-180℃高溫空氣降到至燃料電池電堆要求的溫度，則需要消耗冷卻系統(tǒng)中的冷卻功耗，或者其它功耗。另外，燃料電池運(yùn)行時(shí)會(huì)排放較高壓力和溫度的氣體，這部分壓力和溫度高于大氣的氣體，攜帶有較高的能量，通常會(huì)直接排出，不對(duì)尾氣做任何處理，如此，這一部分的能量將被白白浪費(fèi)。

所以需要設(shè)計(jì)一種具有能量回收的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的中冷器不需要消耗冷卻系統(tǒng)中的冷卻功耗，也能將空壓機(jī)出口排出的170℃-180℃高溫空氣降到至燃料電池電堆要求的溫度，并且能夠回收燃料電池尾排氣體中所蘊(yùn)含的能量。

現(xiàn)有技術(shù)中，空氣供應(yīng)系統(tǒng)大部分都是利用水冷中冷器，從冷卻系統(tǒng)中引入冷卻液進(jìn)入中冷器中，與空壓機(jī)出口的高溫空氣進(jìn)行熱交換，將空壓機(jī)出口的空氣溫度降至燃料電池電堆要求的溫度，此方法將冷卻系統(tǒng)的冷卻負(fù)擔(dān)，增加冷卻系統(tǒng)中散熱器的功耗,降低了冷卻系統(tǒng)的使用壽命，成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)及控制方法，能解決現(xiàn)有技術(shù)中的空氣供應(yīng)系統(tǒng)大部分都是利用水冷中冷器，從冷卻系統(tǒng)中引入冷卻液進(jìn)入中冷器中，與空壓機(jī)出口的高溫空氣進(jìn)行熱交換，將空壓機(jī)出口的空氣溫度降至燃料電池電堆要求的溫度，此方法將冷卻系統(tǒng)的冷卻負(fù)擔(dān)，增加冷卻系統(tǒng)中散熱器的功耗，降低了冷卻系統(tǒng)的使用壽命，成本高的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池系統(tǒng)控制器、電堆模塊、供氫系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，空氣供應(yīng)系統(tǒng)的輸出端連接到電堆模塊的空氣入口為電堆模塊提供空氣，從電堆模塊的空氣出口排出的尾排氣經(jīng)過(guò)一個(gè)背壓閥組件后排出，燃料電池系統(tǒng)控制器控制電堆模塊、供氫系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)工作，空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括空氣過(guò)濾器、流量計(jì)、空壓機(jī)、中冷器和增濕器，外部空氣依次經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器、流量計(jì)、空壓機(jī)、中冷器和增濕器，然后送到電堆模塊的空氣入口，冷卻系統(tǒng)為電堆模塊提供冷卻液，也為中冷器提供冷卻液以便對(duì)外部輸入空氣進(jìn)行一次冷卻，其特征在于：電堆模塊的空氣出口排出尾排氣經(jīng)過(guò)增濕器后進(jìn)入背壓閥組件，利用電堆模塊的空氣出口排出的尾排氣對(duì)流經(jīng)增濕器的外部空氣進(jìn)行二次冷卻。

上述所述的供氫系統(tǒng)的輸出端連接到電堆模塊的氫氣入口為電堆模塊提供氫氣，電堆模塊的氫氣出口排出的混合氣體經(jīng)過(guò)水汽分離器分離后的部分氣體輸送到背壓閥組件，再?gòu)谋硥洪y組件排出。

上述所述的電堆模塊和供氫系統(tǒng)安裝在一箱體里面，箱體上設(shè)有通風(fēng)出氣口，箱體內(nèi)部泄漏的含氫氣的混合氣體從通風(fēng)出氣口輸送到背壓閥組件，再?gòu)谋硥洪y組件排出。

上述所述的從尾排接管的第一出氣口排出的氣體經(jīng)過(guò)消音器處理后排出。