[发明专利]一种可提升氢气利用率的燃料电池阳极回路及排水策略

说明书

本发明公开了一种可提升氢气利用率的燃料电池阳极回路及排水策略，包括前排水装置、燃料电池电堆、后排水装置和氢气循环模块，所述前排水装置的氢气输出端连接燃料电池电堆的氢气输入端，所述燃料电池电堆的氢气输出端连接后排水装置的输入端；所述前排水装置的底面设有前排水输出口，所述前排水输出口与后排水装置相连接，所述前排水装置的最低底面高于后排水装置的最低底面；所述后排水装置的底部设有后排水输出口，所述后排水输出口与排水管路相连接；阳极回路设计及间歇性排水的方式，将前排水装置中的水和气及时排入后排水装置中，避免影响电堆工作，且前排水装置排水时额外排出的氢气依旧在阳极回路内，不会造成氢气利用率的下降。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统技术领域，特别涉及一种可提升氢气利用率的燃料电池阳极回路及排水策略。

背景技术

燃料电池系统的持续运行需要消耗氢气和氧气，二者反应释放能量并生成水，过多的水会阻碍燃料电池的反应，因此需要排水。阴极回路为开放结构，水可直接由空气带出系统；而阳极回路为密闭结构，需要通过排水装置将内部的水排出。

通常的燃料电池系统的排水装置包含前排水与后排水，分别用于阳极回路电堆入口排水与阳极回路电堆出口排水，排水装置内部集成有水气分离器，用于分离氢气气流中夹带的液滴。阳极回路产生的水在排水装置中累积，并通过特定的排水策略排出。

由于电堆阳极出口的氢气中含水量较高，电堆阳极入口的氢气中含水量较低，在后排水装置中液态水的积蓄更容易，在前排水装置中液态水的积蓄更困难。此外，电堆的产水量也会影响氢气中的含水量，燃料电池系统以大电流运行时，电堆产水量更多，液态水的积蓄更容易；燃料电池系统以小电流运行时，电堆产水量更少，液态水的积蓄更困难。

因此，燃料电池在小电流运行时，前排水装置中可能只存在极少量的液态水积蓄。

现有技术中，燃料电池的阳极回路是向燃料电池提供氢气的结构；图1是一般阳极回路配置的示意图，包含减压阀、供氢模块、氢气 循环模块、前排水装置、后排水装置、阳极压力传感器等部分。

入口氢气由氢罐内的高压氢气经过减压阀减压，减压后的氢气经由供氢模块进入阳极回路，与循环后的氢气在前排水装置中混合并排出多余液态水后进入电堆，阳极压力传感器获取入堆氢气压力并反馈给燃料电池控制器，燃料电池控制器通过控制供氢模块的工作，使阳极压力维持稳定；出堆氢气经过后排水装置排出液态水及杂质气体，然后经由氢气循环模块参与氢气循环，以提升氢气利用率。

众所周知，水会影响氢气循环模块的运行效率，因此在后排水装置中去除液态水，可以提升氢气循环模块的运行效率；此外，循环后的氢气处于较高的温度，而经由供氢模块进入的氢气处于较低的温度，二者在前排水装置中混合时会产生冷凝水，因此在前排水装置中去除液态水，可以避免液滴进入电堆造成堵塞。

通常的，前排水装置中产生的液态水较少，后排水装置中产生的液态水较多。排水装置排水有相应的策略，目前常见的策略有两种：

1、采用固定的间隔触发排水，采用固定的时长执行排水。

2、采用液位传感器触发排水，采用固定的时长执行排水。

由于前排水装置中可能只存在少量的液态水积蓄，前排水装置在排水时可能产生额外的排气。

然而，在一般的燃料电池系统中，可能会遇到下列问题。

1、前排水装置中的液态水积蓄较少，更易在排水时排出氢气，导致氢气利用率下降。

2、由于难以判断排水装置中的液位，造成排水装置中液位过高，影响氢气循环模块或电堆工作。

3、由于难以判断排水装置中的液位，造成排水装置中液位过低，采用固定的时长执行排水时，排出大量氢气，导致氢气利用率下降。

发明内容