[发明专利]一种燃料电池阳极系统、控制方法及燃料电池

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池阳极系统、控制方法及燃料电池，燃料电池运行过程中，通过检测单元实时检测表征燃料电池电堆内质子交换膜湿度的参数，在检测单元的测量值未达到目标值内时，控制阀组根据检测单元的检测结果，调节由氢气出口输出至第一气液分离器的气体量，以及由第一气液分离器输出至第二气液分离器的气体量。能够使燃料电池在任一运行工况工作时，均能使燃料电池的湿度满足要求，降低对气液分离器的分离效率的精度要求，降低生产成本；甚至能够取消对氢气进行增湿的增湿装置。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池阳极系统、控制方法及燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将储存的氢气和氧气中的化学能通过电化学反应转化为电能的发电装置，其排放物为水，具有无污染、发电效率高、续航能力强、启动速度快和绿色环保的优点。

由于电池单体的输出功率较低，为了满足用户对功率和电压的需求，通常将多个电芯单体串联形成电堆，燃料电池运行过程中，电堆内会形成大量的水，若不及时排出，会引起电堆发生“水淹”问题，从而导致电芯单体电压降低、输出性能降低。

为了解决上述问题，在燃料电池的阳极系统中增设一个气液分离器，具体地，将气液分离器设置于电堆出水口，电堆出水口排出的是气水混合物，气水混合物中的气体主要为气态水和未反应的氢气，通过气液分离器对电堆出水口排出的气水混合物进行气水分离，液态水直接排出，而分离出的氢气进行再次利用；同时在燃料电池停机时或停机后对电堆进行吹扫，以排出多余的液态水。

由于燃料电池运行过程中必须保证质子交换膜处于一定的水化状态，即电堆内的湿度需维持在一定的范围内，否则电池性能势必会受影响。因此对气液分离器的分离效率有严格要求。

由于加工精度的影响，不同气液分离器之间可能存在小的尺寸差异，以致不同气液分离器之间的分离效率存在微小差异，而气液分离器出厂时往往又不会逐个对气液分离器进行分离效率测试，以致实际应用中电堆内的湿度可能偏小，也可能偏大，以致影响电池性能，严重时甚至会导致电堆内局部过干或发生水淹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池阳极系统、控制方法及燃料电池，能够使电堆内的湿度符合要求，避免湿度对电堆性能产生影响。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池阳极系统，包括：

第一气液分离器，所述第一气液分离器的进口与电堆的氢气出口相连；

第二气液分离器，所述第二气液分离器的进口与所述第一气液分离器的出气口相连，所述第二气液分离器的出气口与所述电堆的氢气进口相连；

检测单元，用于检测表征燃料电池电堆内质子交换膜湿度的参数；

控制阀组，所述控制阀组能够根据所述检测单元的检测结果，调节由所述氢气出口输出至所述第一气液分离器的气体量，以及由所述第一气液分离器输出至所述第二气液分离器的气体量。

作为上述燃料电池阳极系统的一种可选技术方案，所述检测单元包括：

电阻检测件，用于检测所述燃料电池的电阻；

或，湿度检测件，用于检测所述氢气进口的湿度。

作为上述燃料电池阳极系统的一种可选技术方案，所述控制阀组包括：

第一流量调节阀，用于将所述氢气出口输出的气体分配至所述氢气进口和所述第一气液分离器；

第二流量调节阀，用于将所述第一气液分离器的出气口输出的气体分配至所述氢气进口和所述第二气液分离器。

作为上述燃料电池阳极系统的一种可选技术方案，所述燃料电池阳极系统还包括：第一旁通管路和第二旁通管路；