氢燃料电池的水管理系统及水管理方法技术方案

本发明专利技术提供了氢燃料电池的水管理系统及水管理方法，水管理系统包括：气水分离器，用于与第一氢气出口连通；氢气循环泵，用于将来自气水分离器的氢气循环至氢燃料电池电堆的氢气进口；第一排氢阀，连接到气水分离器的出气口，以用于排出氢气；第二排氢阀，用于与设置在第二端板处的第二氢气出口连通；电压巡检系统，用于与各单电池片连接，以检每片单电池片的电压；水管理控制器，至少与电压巡检系统和第二排氢阀通讯连接，用于接收电压巡检系统的数据以及用于当第二端板侧的单电池片的电压的下降幅值最大且大于等于预设值时，控制第二排氢阀排水。本发明专利技术的水管理系统及水管理方法可以有效地排除液态水，提高氢燃料电池电堆的性能和使用寿命。性能和使用寿命。性能和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
氢燃料电池的水管理系统及水管理方法


[0001]本专利技术属于氢燃料电池
，特别地涉及氢燃料电池的水管理系统及水管理方法。

技术介绍

[0002]氢能是绿色能源，氢燃料电池被广泛应用于交通运输行业以及储能行业。目前氢燃料电池电堆正逐步向大功率发展，氢燃料电池水管理也成为了非常关键的课题。
[0003]氢燃料电池在车载环境下，遇加减速、爬坡、下坡、急转弯、倾斜驻车时，氢燃料电池电堆倾斜，由于电堆的纵向长度大，导致单侧水聚集，目前的单排氢阀无法保证远离排氢阀端的液态水及时被排出电堆外，造成该端的膜电极性能降低，进而造成氢燃料电池电堆的性能下降。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术问题，提供了氢燃料电池的水管理系统及水管理方法，本专利技术的水管理系统及水管理方法可以有效地排除电堆内的液态水，有利于提高氢燃料电池电堆的性能和使用寿命。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0006]一方面，本专利技术提供了氢燃料电池的水管理系统，其中，所述水管理系统包括：
[0007]气水分离器，所述气水分离器用于与设置在氢燃料电池电堆的第一端板处的第一氢气出口连通；
[0008]氢气循环泵，所述氢气循环泵的进气口与所述气水分离器的出气口连通和所述氢气循环泵的出气口用于与氢燃料电池电堆的氢气进口连通，以将来自所述气水分离器的氢气循环至所述氢燃料电池电堆的氢气进口；
[0009]第一排氢阀，所述第一排氢阀连接到所述气水分离器的出气口，以排出氢气；
[0010]第二排氢阀，所述第二排氢阀用于与设置在氢燃料电池电堆的第二端板处的第二氢气出口连通，其中所述第二端板与所述第一端板相对设置；
[0011]电压巡检系统，所述电压巡检系统用于与所述氢燃料电池电堆的各单电池片连接，以检测所述氢燃料电池电堆的每片单电池片的电压；
[0012]水管理控制器，所述水管理控制器至少与所述电压巡检系统和所述第二排氢阀通讯连接，用于接收所述电压巡检系统的数据以及用于当所述第二端板侧的单电池片的电压的下降幅值最大且大于等于预设值时，控制所述第二排氢阀排水。
[0013]进一步地，所述水管理系统还包括氢气排出管路，所述第一排氢阀和所述第二排氢阀连接到所述氢气排出管路。
[0014]进一步地，所述水管理系统还包括氢罐、氢气减压阀、氢气流量计、氢气喷射器和氢气进口管路，所述氢罐用于经由所述氢气进口管路与氢燃料电池电堆的氢气进口连通以向氢燃料电池电堆提供氢气，所述氢气减压阀、所述氢气流量计和所述氢气喷射器自所述
氢罐依次设置在所述氢气进口管路上，以及所述氢气循环泵的出气口连接到氢燃料电池电堆的氢气进口与所述氢气喷射器之间的氢气进口管路。
[0015]更进一步地，所述水管理控制器与所述氢气流量计通讯连接，以接收所述氢气流量计的数据，并根据所接收的氢气流量计的数据控制所述第二排氢阀关闭。
[0016]进一步地，所述第一排氢阀和所述第二排氢阀为电磁排氢阀。
[0017]进一步地，所述的第二端板侧的单电池片是位于所述第二端板侧且在该侧的位序不超过前30％的单电池片。
[0018]另一方面，本专利技术提供了氢燃料电池的水管理方法，其中，所述水管理方法包括以下步骤：
[0019]S100：电压巡检系统检测氢燃料电池电堆的每片单电池片的电压；
[0020]S200：水管理控制器接收所述电压巡检系统测得的单电池片电压数据，若电压最低的单电池片位于第二端板侧且其电压的下降幅值A大于等于预设值，则开启第二排氢阀进行排水，否则，保持第二排氢阀关闭。
[0021]进一步地，所述步骤S200中通过包括以下步骤的方法来判断电压最低的单电池片是否位于第二端板侧和计算其电压的下降幅值A：
[0022]S201：将氢燃料电池电堆的单电池片自第一端板至第二端板依次记为1、2、3
…
n；
[0023]S202：将电压最低的单电池片号为N，若N/n≥80％，则认为电压最低的单电池片位于第二端板(3b)侧，并通过下式计算下降幅值A；
[0024]A＝(Uavg-Umin)/Uavg
[0025]其中，Uavg为单电池片平均电压，Umin为N号单电池的电压。
[0026]进一步地，所述水管理方法还包括以下步骤：
[0027]S300：第二排氢阀开启后，水管理控制器根据氢气流量计测得的氢气流量数据，计算氢气流量变化率，若氢气流量变化率小于等于预设值，则关闭第二排氢阀。
[0028]更进一步地，所述步骤S300中，氢气流量变化率的预设值可以为0～0.005，优选为0～0.001，更优选为0～0.0001。
[0029]本专利技术的氢燃料电池的水管理系统及水管理方法具有以下优势：
[0030](1)本专利技术中，在氢燃料电池电堆的另一侧端板(第二端板)处增设第二排氢阀，防止靠近该侧端板的电极因水淹而影响电极性能。特别地，可以根据单电池片的电压降低幅度(下降幅值A)智能化判断是否开启第二排氢阀，响应迅速。
[0031](2)本专利技术中还通过将氢气流量计与水管理控制器通讯连接，可以根据氢流量变化来关闭第二排氢阀，可以减少燃料消耗。
附图说明
[0032]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0033]图1是根据本专利技术的氢燃料电池的水管理系统的一种实施方案的结构示意图；
[0034]图2是排水和氢气流量随时间变化图；
[0035]图3是根据本专利技术的氢燃料电池的水管理方法的一种实施方案的流程示意图。
[0036]其中，上述附图包括以下附图标记：
[0037]1、氢燃料电池电堆；2、电压巡检系统；3a、第一端板；3b、第二端板；4、氢罐；5、氢气减压阀；6、氢气流量计；7、氢气喷射器；8、氢气循环泵；9a、第一排氢阀；9b、第二排氢阀；10、气水分离器；11、水管理控制器；12、氢气排出管路。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0040本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.氢燃料电池的水管理系统，其中，所述水管理系统包括：气水分离器(10)，所述气水分离器(10)用于与设置在氢燃料电池电堆(1)的第一端板(3a)处的第一氢气出口连通；氢气循环泵(8)，所述氢气循环泵(8)的进气口与所述气水分离器(10)的出气口连通和所述氢气循环泵(8)的出气口用于与氢燃料电池电堆(1)的氢气进口连通，以将来自所述气水分离器(10)的氢气循环至所述氢燃料电池电堆(1)的氢气进口；第一排氢阀(9a)，所述第一排氢阀(9a)连接到所述气水分离器(10)的出气口，以排出氢气；第二排氢阀(9b)，所述第二排氢阀(9b)用于与设置在氢燃料电池电堆(1)的第二端板(3b)处的第二氢气出口连通，其中所述第二端板(3b)与所述第一端板(3a)相对设置；电压巡检系统(2)，所述电压巡检系统(2)用于与所述氢燃料电池电堆(1)的各单电池片连接，以检测所述氢燃料电池电堆(1)的每片单电池片的电压；水管理控制器(11)，所述水管理控制器(11)至少与所述电压巡检系统(2)和所述第二排氢阀(9b)通讯连接，用于接收所述电压巡检系统(2)的数据以及用于当所述第二端板(3b)侧的单电池片的电压的下降幅值最大且大于等于预设值时，控制所述第二排氢阀(9b)排水。2.根据权利要求1所述的水管理系统，其中，所述水管理系统还包括氢气排出管路，所述第一排氢阀(9a)和所述第二排氢阀(9b)连接到所述氢气排出管路。3.根据权利要求1或2所述的水管理系统，其中，所述水管理系统还包括氢罐(4)、氢气减压阀(5)、氢气流量计(6)、氢气喷射器(7)和氢气进口管路(12)，所述氢罐(4)用于经由所述氢气进口管路(12)与氢燃料电池电堆(1)的氢气进口连通以向氢燃料电池电堆(1)提供氢气，所述氢气减压阀(5)、所述氢气流量计(6)和所述氢气喷射器(7)自所述氢罐(4)依次设置在所述氢气进口管路(12)上，以及所述氢气循环泵(8)的出气口连接到氢燃料电池电堆(1)的氢气进口与所述氢气喷射器(7)之间的氢气进口管路(12)。4.根据权利要求3所述的水管理系统，其中，所述水管理控制器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗凡，吕登辉，李飞强，孙一焱，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：