[发明专利]一种燃料电池氢气循环系统、氢气回路控制方法及排氢排水方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池氢气循环系统、氢气回路控制方法及排氢排水方法。所述系统包括燃料电池堆、氢进阀、分水器、排氢阀、排水阀和氢气循环泵，氢进阀的出口与燃料电池堆的氢气入口连接，分水器的入口与燃料电池堆的出口连接，分水器的气出口分别与氢气循环泵的入口和排氢阀的入口连接，氢气循环泵的出口与燃料电池堆的氢气入口连接形成氢气反馈回路，分水器的水出口通过管路与排水阀的入口连接；连接分水器的气出口与排气阀的管路低于氢气循环泵及氢气反馈回路。所述燃料电池氢气回路控制方法通过控制氢气循环泵的运转和停转，可实现氢气循环、防止氮气蓄积两种效果。本发明可以同时解决提高氢气利用率、防水淹和防氮气蓄积的问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，涉及一种燃料电池氢气循环系统、氢气回路控制方法及排氢排水方法。

背景技术

燃料电池，是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，其具有发电效率高、环境污染少等优点，具有广阔的应用前景。氢气作为燃料电池汽车的动力源，由于其本身的易燃易爆、难密封等问题，使得燃料电池汽车用供氢及氢气循环系统存在一定的安全隐患。此外，氢气系统流阻直接影响燃料电池的功率与氢燃料的利用率。

现有燃料电池氢气回路控制有的未考虑氢气利用率，导致排氢过多；有的考虑了排水控制但并未考虑排除氢气侧的氮气控制；有的虽考虑排氢排水或氢循环，但无法解决氢气利用率、防水淹和防氮气蓄积的问题。例如CN105742671A公开了一种燃料电池阳极间歇排氢系统及其控制方法，包括：实时监测燃料电池电堆的电压及所述燃料电池电堆阳极出口处的氮气浓度；当确定所述燃料电池电堆在阳极排氢关闭期间的电压压降值大于预设的压降阈值时，控制所述燃料电池电堆阳极出口的氢气开始排放；当确定所述燃料电池电堆阳极出口处的氮气浓度小于预设的氮气浓度阈值时，控制所述燃料电池电堆阳极出口的氢气排放停止。但是，其无氢气循环结构，氢气利用率较低，且除氮气蓄积引起电压下降外，湿度过高或过低也可能引起电压下降，而且通过判断氮气浓度控制关阀也可能排放过多氢气而氮气并未排出导致氢浪费。CN108767293A公开了一种质子交换膜燃料电池汽车供氢及氢气循环系统，包括加氢模块、储氢模块、调压模块和电堆氢气循环模块；加氢模块包括加氢口、单向阀和高压过滤器，所述加氢口一端连接有单向阀，且所述单向阀一端连接有高压过滤器，所述加氢模块通过高压过滤器连接储氢模块；所述储氢模块包括35MPa氢气瓶、瓶口阀、高压压力传感器、TPRD和溢流阀，其中一个所述瓶口阀一端连接高压压力传感器；所述调压模块包括减压阀、中压压力传感器、中压卸荷阀、放空口和中压过滤器，所述调压模块通过中压过滤器连接电堆氢气循环模块；所述电堆氢气循环模块包括比例电磁阀、低压压力传感器、低压卸荷阀、燃料电池电堆、氢水分离器、排氢电磁阀、排水电磁阀和氢气循环泵。其结构中包括排氢阀与排水阀，且包括氢气循环装置，但并未提及具体的阀门和氢气循环泵控制方法，无法达到液态水和气体杂质及时排出的效果。CN206806445U公开了一种零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置，包括氢气进气阀、燃料电池电堆、氢气液态水过滤器、氢气排水阀、氢气循环泵、氢气出口阀，氢气进气阀的出口端通过管路连接燃料电池电堆的进口端，燃料电池电堆的出口端通过管路连接氢气出口阀的进口端，氢气出口阀的出口端通过管路连接氢气液态水过滤器的进口端，氢气液态水过滤器的出口端通过管路连接氢气循环泵的进口端，氢气循环泵的出口端通过管路连接燃料电池电堆的进口端，氢气液态水过滤器的下端通过管路连接有氢气排水阀，氢气进气阀的进口端连接氢气进气管。其仅考虑了排水，未考虑氮气等空气侧杂质向氢气侧的扩散，同时也未明确氢循环装置与各阀门的控制方式，无法达到气体杂质排出和保证氢气利用率的效果。

因而，结合燃料电池系统的实际使用情况，同时解决提高氢气利用率、防水淹和防氮气蓄积的问题，具有重要的研究意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池氢气循环系统、氢气回路控制方法及排氢排水方法。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：