[发明专利]一种用于燃料电池系统的氢气循环系统

说明书

本发明属于氢燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池系统的氢气循环系统；包括膨胀机、燃料电池、高压氢罐、电动压缩机、电动机、逆变器、电磁阀、传感器、氢气循环泵、逆变器、气液分离器、燃料电池ECU、稀释器和消声器；所述燃料电池通过使来自氢气供应源的氢气和来自氧化剂气体供应源的氧化剂气体反应来产生电能，氢气循环泵设置在氢气循环路径中并且促使阳极出口的氢气循环通向燃料电池，并且利用燃料电池ECU通过与各个部件相连接，接收它们的电信号并且对其进行实时控制；本发明回收利用了高压氢气的压力能，使得高压氢罐中大量氢气的压力能未得到有效利用，相应提高了燃料电池能量利用率，并且提高了系统的稳定性和安全性。

技术领域

本发明属于氢燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池系统的氢气循环系统。

背景技术

近年来随着我国汽车保有量不断增长，石油需要量也不断增加，使得我国对外石油进口依存度不断提高，严重威胁能源安全。同时面对着日益紧张的环境污染以及能量来源的多样性，驱动电气化和能源多元化已经逐渐成为未来汽车发展方向，现代汽车发展的电动化也成为必然趋势。短期内传统内燃机车辆依然是主导地位，但是随着环境和能源问题的日益突出，各个国家纷纷公布传统内燃机汽车的禁售时间，新能源汽车成为世界各大汽车厂商及研发机构的研究热点，其中氢燃料电池汽车以其高效率和零排放的特点被认为具有广阔的发展前景。目前的氢燃料电池体积较为紧凑、续航能力也更强，与电动车相比较而言在长距离行驶时，氢燃料电池汽车优势相对明显。氢燃料电池系统的电能由氢、氧化学反应的燃料电池组提供。

氢气循环系统属于燃料电池系统中一个重要的子系统，氢气循环系统负责向电堆连续提供一定压力和流量的高纯度氢气，保证燃料电池电堆中的电化学反应的正常进行，并且氢气循环系统通过对大量氢气的循环利用，保证了燃料电池内的水平衡，相应提高了系统的经济性。

近年来已经开发出使用燃料电池作为能量供应源的燃料电池系统，在一些燃料电池系统中采用了一种技术，通过使来自高压氢罐的氢气和经过压缩机得到的氧化剂气体反应来产生电能，氢气循环泵用于将从燃料电池中未完全反应后流出的少量氢气循环输送到燃料电池中再利用该气体。当车辆停止时，由燃料电池产生电能的正常操作也相应停止，此时会使燃料电池呈现高电势状态，如果保持这种状态，则会导致燃料电池中的催化剂减少并且使燃料电池的性能降低。同时，在车辆停止后由于系统未能充分地利用燃料电池中产生的电能而导致了能量的浪费。另外，由于很多燃料电池系统是在燃料电池阳极和供应氢气的高压氢罐之间直接单独放置一个电磁阀，这就使得高压氢罐装置中大量氢气的压力能也一直未得到有效地利用。

根据目前的研究状况来看，有文献报道了一种氢燃料电池系统中的氢气循环泵，该氢气循环泵包括电机、泵体和磁性连接结构；该氢气循环泵减少了氢气发生泄漏的现象，有效的提高了对氢气的密封性，但是尚未对系统中存在的能量损失问题提出可行的应对办法。此外，还有研究报道了一种适用于氢燃料电池汽车的压力能驱动氢气循环泵装置，其主要包括氢膨胀机和氢气泵组成的膨胀-压缩一体机；这种装置克服了传统电机驱动氢气循环泵泄露和润滑油污染问题，回收利用了高压氢气的压力能，相应提高了燃料电池能量利用率。但是，对于车辆停止后针对燃料电池系统中的电能的浪费情况未能提供解决办法。还有文献报道了一种用于燃料电池系统氢气循环系统，这种系统通过提高电堆阳极出口未反应氢气的压力来提高引射器工作性能，以降低了氢气循环泵的功耗和加工难度。但是，对于车辆停止时燃料电池中电能的损耗问题并没有提供有效的处理方法，这会影响燃料电池的使用性能，降低了能源利用率和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提出了一种新颖的用于燃料电池系统的氢气循环系统，该系统不仅可以通过高压氢罐中氢气的压力能带动压缩机和氢气循环泵运转，而且能够在车辆停止时将燃料电池中的电能充分利用起来而不是直接浪费掉，进而提高能量利用效率。并且通过合理地使用燃料电池ECU来对相关器件进行实时地检测和控制，降低车辆停止期间燃料电池中电能的损失并且延长了燃料电池的使用寿命。

为了实现以上目的，本发明包括以下步骤：