一种燃料电池氢气供应系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提出了一种燃料电池氢气供应系统及控制方法，该系统包括氢气罐、第一调压阀、阳极吹扫单元、阳极加湿器、阳极循环单元和第一控制阀；氢气罐依次通过第一调压阀、第一控制阀与燃料电池的阳极进气口连通；第一调压阀用于调节氢气压力，以使氢气罐能够按需要的压力向燃料电池内供气；第一控制阀用于在阳极吹扫时关闭；阳极吹扫单元与第一控制阀和燃料电池之间的管道连通，阳极吹扫单元用于在燃料电池停机时，以将阳极循环单元内的残余氢气和水排出。本发明专利技术能够在停机时，尤其是在低温环境停机时，快速清理燃料电池阳极系统的氢气和水。快速清理燃料电池阳极系统的氢气和水。快速清理燃料电池阳极系统的氢气和水。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池氢气供应系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池汽车
，特别是一种燃料电池氢气供应系统及控制方法。

技术介绍

[0002]作为氢燃料电池汽车的重要组成部分，氢气供应系统是燃料电池工作的重要部件。氢气供应量的压力及多少，关系到燃料电池放电功率的大小。此外，氢气供应过程中，还需要考虑安全性，一方面防止氢气与空气在系统内混合，另一方面还要考虑在低温环境下防止残留在燃料电池内的水由于结冰体积变大，而造成的损坏。
[0003]现有技术中，通过对阴极进行吹扫的方式来排出其中的水，但对于燃料电池的阳极，在停机时，阳极残余氢气和水排除不彻底，水排除不彻底，容易在低温环境下对质子交换膜造成不可逆的损坏，而氢气在阳极系统的管路中残留过多，由于管路上的接头较多，容易逸出，氢气逸出到空气中，遇到明火容易出现火灾甚至爆炸事故。此外，在停机进行吹扫时，当车辆所处环境为建筑物内时，容易导致氢气在建筑物内积聚，也会存在安全隐患。
[0004]综上所述，如何在停机时，尤其是在低温环境停机时，快速清理燃料电池阳极系统的氢气和水，是本领域亟待解决的重要问题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种燃料电池氢气供应系统及控制方法，以解决现有技术中的不足，它能够在停机时，尤其是在低温环境停机时，快速清理燃料电池阳极系统的氢气和水。
[0006]本专利技术提供了一种燃料电池氢气供应系统，其中，包括氢气罐、第一调压阀、阳极吹扫单元、阳极加湿器、阳极循环单元和第一控制阀；
>[0007]所述氢气罐依次通过所述第一调压阀、所述第一控制阀与燃料电池的阳极进气口连通；所述第一调压阀用于调节氢气压力，以使所述氢气罐能够按需要的压力向所述燃料电池内供气；所述第一控制阀用于在阳极吹扫时关闭；
[0008]所述阳极吹扫单元与所述第一控制阀和所述燃料电池之间的管道连通，所述阳极吹扫单元用于在所述燃料电池停机时，以将所述阳极循环单元内的残余氢气和水排出；
[0009]所述阳极循环单元的一端管路与所述第一控制阀和所述阳极吹扫单元之间的管路连接，另一端管路与所述燃料电池的阳极出口连接；
[0010]所述阳极循环单元上连接有排气管，所述排气管上设有排气阀；所述排气阀用于在吹扫过程中，根据需要打开。
[0011]如上所述的燃料电池氢气供应系统，其中，可选的是，所述阳极吹扫单元包括吹扫气罐，所述吹扫气罐用于存储高压吹扫气体，所述高压吹扫气体为氮气或惰性气体。
[0012]如上所述的燃料电池氢气供应系统，其中，可选的是，所述阳极吹扫单元还包括第二控制阀和第二调压阀，所述第二控制阀和所述第二调压阀依次安装在所述吹扫气罐的出
口处；
[0013]停机时，至少通过以下三个阶段进行吹扫：
[0014]第一阶段，关闭第一控制阀，保持燃料电池的阴极供气系统及阳极循环单元工作，停止阳极加湿和阴极加湿；直到所述燃料电池的阳极出口处的气体压力下降到第一压力值；所述第一压力值不小于环境压力；
[0015]第二阶段，保持第一控制阀关闭，保持阴极供气系统和阳极循环单元工作；打开第二控制阀，在燃料电池的阳极进口处的气体压力上升到第二压力值后，打开排气阀，并保持所述阳极循环单元内的气体压力大于大气压；
[0016]第三阶段，在阳极循环单元内的气体湿度小于设定湿度值时，关闭排气阀，使阳极循环单元内的气体压力保持在第三压力值，关闭第二控制阀，在燃料电池阴极内的气体湿度均并关闭阴极供气系统。
[0017]如上所述的燃料电池氢气供应系统，其中，可选的是，在启动时，至少通过以下两个过程进行预启动；
[0018]第一过程，开启阳极循环单元和阴极供气系统，并开启阳极加湿器和阴极加湿器，直到燃料电池阳极单元与阴极单元的湿度达到对应的湿度要求后；打开排气阀，直到循环单元内的气体压力降低到第一压力值；
[0019]第二过程，保持阴极供气系统工作，关闭排气阀，打第一控制阀，启动燃料电池。
[0020]如上所述的燃料电池氢气供应系统，其中，可选的是，所述阳极吹扫单元还包括缓冲罐，所述缓冲罐与所述阳极循环单元连通，所述缓冲罐的开口处设有第三控制阀；
[0021]将第一过程，替换为，打开第三控制阀，使循环单元内的气体进入所述缓冲罐；关闭第三控制阀，开启阳极循环单元和阴极供气系统，并开启阳极加湿器和阴极加湿器，直到燃料电池阳极单元与阴极单元的湿度达到对应的湿度要求后；打开排气阀，直到循环单元内的气体压力降低到第一压力值。
[0022]如上所述的燃料电池氢气供应系统，其中，可选的是，所述缓冲罐包括罐体，所述罐体内设有弹性密封膜，所述弹性密封膜将所述罐体分隔成第一腔体和第二腔体；
[0023]所述第一腔体上设有第一开口，所述第一开口处设有三位三通阀；所述三位三通阀上分别设有正压管路和负压管路；所述负压管路引入到阴极供气系统中空气压缩机的进口处，所述正压管路与所述空气压缩机的出口连接；以通过所述三位三通阀在所述第一腔体内形成正压或负压；
[0024]所述第二腔体上设有第二开口，所述第二开口处设有第三控制阀，所述第三控制阀用于控制与所述阳极循环单元之间的连通或断开。
[0025]如上所述的燃料电池氢气供应系统，其中，可选的是，所述阳极加湿器还包括加热管，所述加热管为串接在所述阳极加湿器进水口处的金属管；
[0026]所述金属管上设有电阻丝，以调节进入燃料电池阳极的温度；
[0027]所述加热管用于在冷启动过程中，对金属管进行加热。
[0028]如上所述的燃料电池氢气供应系统，其中，可选的是，所述阳极循环单元还包括循环泵和气液分离器；
[0029]所述循环泵和所述气液分离器串接在阳极循环单元上；
[0030]所述气液分离器的两端分别与一支管的两端连接；
[0031]所述支管上串接有干燥器，所述干燥器的两端均设有电磁阀；
[0032]两所述电磁阀用于在吹扫时打开，在正常工作或停机后关闭。
[0033]本专利技术还提出了一种用于上述任一项所述燃料电池氢气供应系统的方法，其特征在于，
[0034]在启动时，包括以下步骤：
[0035]对阳极管路内的部分稳定气体进行回收；
[0036]通过稳定气体在循环单元内循环，同时，对阳极进行加湿；
[0037]开启阳极供应系统，向阳极供应氢气；
[0038]在停机时，包括以下步骤：
[0039]停止供应氢气，向阳极供气系统内供应稳定气体；
[0040]停止供应稳定气体，并排放阳极循环单元内的稳定气体，直到阳极循环单元内的气体压力降低到第一压力值；
[0041]保持阳极循环单元内的气体压力大于环境气压。
[0042]如上所述的燃料电池氢气供应系统的方法，其中，可选的是，将停机时的步骤替换为：
[0043]停止供应氢气，保持循环单元工作，当循环单元内的气体压力下降下第一设定值后，向阳极供气系统内供应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池氢气供应系统，其特征在于，包括氢气罐(1)、第一调压阀(2)、阳极吹扫单元(3)、阳极加湿器(4)、阳极循环单元(5)和第一控制阀(6)；所述氢气罐(1)依次通过所述第一调压阀(2)、所述第一控制阀(6)与燃料电池(7)的阳极进气口连通；所述第一调压阀(2)用于调节氢气压力，以使所述氢气罐(1)能够按需要的压力向所述燃料电池(7)内供气；所述第一控制阀(6)用于在阳极吹扫时关闭；所述阳极吹扫单元(3)与所述第一控制阀(6)和所述燃料电池(7)之间的管道连通，所述阳极吹扫单元(3)用于在所述燃料电池(7)停机时，以将所述阳极循环单元(5)内的残余氢气和水排出；所述阳极循环单元(5)的一端管路与所述第一控制阀(6)和所述阳极吹扫单元(3)之间的管路连接，另一端管路与所述燃料电池(7)的阳极出口连接；所述阳极循环单元(5)上连接有排气管(51)，所述排气管(51)上设有排气阀(52)；所述排气阀(52)用于在吹扫过程中，根据需要打开。2.根据权利要求1所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，所述阳极吹扫单元(3)包括吹扫气罐(31)，所述吹扫气罐(31)用于存储高压吹扫气体，所述高压吹扫气体为氮气或惰性气体。3.根据权利要求1所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，所述阳极吹扫单元(3)还包括第二控制阀(32)和第二调压阀(33)，所述第二控制阀(32)和所述第二调压阀(33)依次安装在所述吹扫气罐(31)的出口处；停机时，至少通过以下三个阶段进行吹扫：第一阶段，关闭第一控制阀(6)，保持燃料电池(7)的阴极供气系统及阳极循环单元(5)工作，停止阳极加湿和阴极加湿；直到所述燃料电池(7)的阳极出口处的气体压力下降到第一压力值；所述第一压力值不小于环境压力；第二阶段，保持第一控制阀(6)关闭，保持阴极供气系统和阳极循环单元(5)工作；打开第二控制阀(32)，在燃料电池(7)的阳极进口处的气体压力上升到第二压力值后，打开排气阀(52)，并保持所述阳极循环单元(5)内的气体压力大于大气压；第三阶段，在阳极循环单元(5)内的气体湿度小于设定湿度值时，关闭排气阀(52)，使阳极循环单元(5)内的气体压力保持在第三压力值，关闭第二控制阀(32)，在燃料电池(7)阴极内的气体湿度均并关闭阴极供气系统。4.根据权利要求3所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，在启动时，至少通过以下两个过程进行预启动；第一过程，开启阳极循环单元(5)和阴极供气系统，并开启阳极加湿器(4)和阴极加湿器，直到燃料电池(7)阳极单元与阴极单元的湿度达到对应的湿度要求后；打开排气阀(52)，直到循环单元内的气体压力降低到第一压力值；第二过程，保持阴极供气系统工作，关闭排气阀(52)，打第一控制阀(6)，启动燃料电池(7)。5.根据权利要求4所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，所述阳极吹扫单元(3)还包括缓冲罐(34)，所述缓冲罐(34)与所述阳极循环单元(5)连通，所述缓冲罐(34)的开口处设有第三控制阀；将...

【专利技术属性】
技术研发人员：周稼铭，何洪文，衣丰艳，张俊玲，张金明，贾淳淳，李昆昂，曹德明，王磊，胡东海，张财志，张智明，邓波，范志先，李成，刘胜安，
申请(专利权)人：潍坊科技学院，
类型：发明
国别省市：