CN115513494A - 一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制*** - Google Patents

一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制*** Download PDF

Info

Publication number
CN115513494A
CN115513494A CN202211055384.8A CN202211055384A CN115513494A CN 115513494 A CN115513494 A CN 115513494A CN 202211055384 A CN202211055384 A CN 202211055384A CN 115513494 A CN115513494 A CN 115513494A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
air
pressure
fuel cell
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211055384.8A
Other languages
English (en)
Inventor
马菡
齐济
安灿灿
朱文若
王晓月
王绍成
徐凯
吴绍伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Aerospace Petrochemical Technology and Equipment Engineering Corp Ltd
Original Assignee
Beijing Aerospace Petrochemical Technology and Equipment Engineering Corp Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Aerospace Petrochemical Technology and Equipment Engineering Corp Ltd filed Critical Beijing Aerospace Petrochemical Technology and Equipment Engineering Corp Ltd
Priority to CN202211055384.8A priority Critical patent/CN115513494A/zh
Publication of CN115513494A publication Critical patent/CN115513494A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104—Regulation of differential pressures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04783—Pressure differences, e.g. between anode and cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，包括：氢空燃料电池电堆、氢气供应子***、空气供应子***和尾气处理子***；氢气供应子***通过氢气进口与氢空燃料电池电堆联通，空气供应子***通过空气进口与氢空燃料电池电堆联通；氢空燃料电池电堆，用于基于氢气供应子***提供的氢气和空气供应子***提供的空气进行电化学反应；尾气处理子***通过空气出口和氢气出口与氢空燃料电池电堆联通，用于对氢空燃料电池电堆反应后产生的尾气进行处理。通过本发明实现了燃料电池***氢空压力的自动跟随控制，解决了传统的燃料电池***因缺乏机械结构保障、当电控***一旦失效或故障就可能导致氢空压差失衡、电堆损毁的问题。

Description

一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***
技术领域
本发明属于质子交换膜氢空燃料电池***技术领域，尤其涉及一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***。
背景技术
燃料电池***是一种把燃料(氢气)所具有的化学能直接转换成电能的装置，主要包括：电池堆，是燃料电池***的核心组件，由包括膜电极(阳极、阴极、质子交换膜)和集流板等组件在内的单电池串联而成；空气供应子***，通过空气增压、加湿、背压调节等方式，为燃料电池的阴极供应一定压力流量，且湿度温度适宜的空气；氢气供应子***，通过气体减压、循环等方式，为燃料电池的阳极供应一定压力流量、且湿度温度适宜的氢气；水热管理子***，通过冷却液的过滤、循环等方式，为燃料电池的水侧供应一定压力流量，且温度适宜的冷却液。
质子交换膜燃料电池对质子交换膜的要求非常高，需要具有良好的质子导电率、良好的热和化学稳定性、较低的气体渗透率和足够高的机械强度和结构强度。当燃料电池正常工作时，膜电极会承受来自氢气、空气和冷却液的压力，并且随着拉载电流的变化，三者的压力处于不断变化中，若单侧压力过高造成压差过大会导致膜电极组件损坏，从而导致整个燃料电池电堆损毁。
目前燃料电池***的阴极供气端通常为空气压缩机，阳极供气端通常为高压氢瓶。阴阳的工作压力采取独立控制的方式，具体措施为：在试验台架上标定不同工况下的空压机转速和背压阀开度确定该工况***极工作压力，通过标定供回氢压力组件压力确定该工况下阳极工作压力。但是在实际操作过程中，由于控制计算的精度及时间差问题，尤其当燃料电池变工况或排气阀开启时，氢空压力跟随不可能完全同步，严重时甚至造成氢空压差反压，长此以往，很容易造成膜电极在频繁的交变应力下损坏，严重影响燃料电池的正常使用及寿命。目前除了通过优化PID控制等方式减少这种压差波动外，还没有一种通过机械方式来控制燃料电池氢空压力，实现压力跟随的方法。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，旨在实现燃料电池***氢空压力的自动跟随控制，解决了传统的燃料电池***因缺乏机械结构保障、当电控***一旦失效或故障就可能导致氢空压差失衡、电堆损毁的问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，包括：氢空燃料电池电堆、氢气供应子***、空气供应子***和尾气处理子***；其中，氢空燃料电池电堆，包括：氢气进口、空气进口、氢气出口空气出口；
氢气供应子***通过氢气进口与氢空燃料电池电堆联通，用于向氢空燃料电池电堆提供氢气；
空气供应子***通过空气进口与氢空燃料电池电堆联通，用于向氢空燃料电池电堆提供空气；
氢空燃料电池电堆，用于基于氢气供应子***提供的氢气和空气供应子***提供的空气，进行电化学反应；
尾气处理子***通过氢气出口空气出口与氢空燃料电池电堆联通，用于对氢空燃料电池电堆反应后产生的尾气进行处理。
在上述燃料电池氢空压力自动跟随的控制***中，氢气供应子***，包括：依次连接的高压氢气瓶、氢中压电磁阀、一级减压阀、供回氢组件和压力跟随阀；
高压氢气瓶，用于提供氢气源；
氢中压电磁阀，用于控制氢气的供给与切断；
一级减压阀，用于调节高压氢气瓶输出的氢气压力恒定，使供回氢组件工作流体的压力保持恒定；
供回氢组件，用于将氢气调节至适当压力，保证氢空燃料电池电堆的氢气供应；
压力跟随阀，用于比较氢空压差，按照设定的压差，实现氢气压力对空气压力全工况、快速自适应跟随。
在上述燃料电池氢空压力自动跟随的控制***中，压力跟随阀，包括：调节螺钉、上壳体、调节弹簧、反馈口、膜片、下壳体、进气口、出气口、控制腔、阀座、阀芯和反馈腔；
上壳体安装在下壳体上，上壳体与下壳体之间设置有阀芯；
膜片固定在阀芯上；其中，膜片的上端面与上壳体之间形成反馈腔，反馈腔在上壳体内部沿纵向延伸；膜片的下端面与下壳体之间形成控制腔，控制腔在下壳体内部沿着纵向延伸；
反馈腔侧面设置有反馈口，控制腔侧面设置有进气口和出气口；
调节弹簧设置在阀芯与上壳体之间，可沿纵向在反馈腔中移动；其中，调节弹簧的一端与调节螺钉连接，另一端与阀芯连接；调节螺钉安装在上壳体顶部中心位置，可实现对调节弹簧压缩量的调节；
阀座位于控制腔内、固定在下壳体上；其中，阀座中心位置开有通孔、与出气口联通。
在上述燃料电池氢空压力自动跟随的控制***中，空气供应子***，包括：依次连接的空气过滤器、空气压缩机、空气中间冷却器和空气入口节气门；
空气过滤器，用于过滤空气中杂质，保证进入氢空燃料电池电堆的空气品质；
空气压缩机，用于对经过过滤的空气进行增压；
空气中间冷却器，用于对经过增压的高温空气进行降温，保证进入氢空燃料电池电堆的空气的温度满足要求；其中，空气中间冷却器的一路输出接空气入口节气门，另一路输出接压力跟随阀的反馈口进入压力跟随阀；
空气入口节气门，用于通过调节开度实现空气路的通断和流量调节。
在上述燃料电池氢空压力自动跟随的控制***中，氢气供应子***提供的氢气经进气口进入压力跟随阀的控制腔，空气供应子***提供的空气经反馈口进入压力跟随阀的反馈腔；其中，压力跟随阀，用于在将控制腔内氢气的压力调节至与反馈腔内的空气压力满足一定压差时，将氢气供给给氢空燃料电池电堆。
在上述燃料电池氢空压力自动跟随的控制***中，当控制腔内的氢气作用在膜片的力＜反馈腔内的空气作用在膜片的力和调节弹簧作用在膜片上的力的和时，压力跟随阀关闭，进气口氢气压力将提升，控制腔压力随之提高，直到控制腔内的氢气压力＞反馈腔内的空气作用在膜片的力和调节弹簧作用在膜片上的力的和时，压力跟随阀开启，氢气路将联通；随着压力跟随阀的开启，进气口氢气压力随之降低，压力跟随阀趋向关闭，直到控制腔内的氢气压力与反馈腔内的空气压力趋于稳定的压差。
在上述燃料电池氢空压力自动跟随的控制***中，空气进口的设计压力为1.6～2.2MPa。
在上述燃料电池氢空压力自动跟随的控制***中，在压力跟随阀的调节控制下，氢气进口的压力始终高于空气进口的设计压力0.1～0.3MPa。
在上述燃料电池氢空压力自动跟随的控制***中，当氢气与空气的压差值高于设定值时，压力跟随阀开度变大，当氢气与空气的压差值低于设定值时，压力跟随阀开度变小，将氢空压差稳定在设定范围内；且氢气压力稳定高于空气压力，以减少空气路向氢气路的气体渗透，对氢空燃料电池电堆起到保护作用。
在上述燃料电池氢空压力自动跟随的控制***中，尾气处理子***，包括：氢气水分离器、空气出口节气门和气体混合室；其中，空气出口通过空气出口节气门连接至气体混合室，氢气出口通过氢气水分离器连接至气体混合室；
氢气水分离器，用于将氢空燃料电池电堆出口携带的液态水和气体分离，氢气通过循环可重新进入电堆入口，同时对氢气定期进行脉冲排放至气体混合室，保证氢气纯度；
空气出口节气门，用于调节氢空燃料电池电堆内部的空气压力；
气体混合室，用于将未参与反应的氢气经与空气混合稀释后排放到外界。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，可将氢空压差控制在燃料电池所允许的范围之内，避免了膜电极组件因压差过大导致损伤。
(2)本发明公开了一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，通过机械控制方式实现了燃料电池氢空压差的自动跟随，避免因电控等故障引起的压力失控，同时降低了辅助***消耗
(3)本发明公开了一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，当压力跟随阀的出口压力增加时，氢空压差将减小，更适应于氢空燃料电池***对压差控制的要求。
附图说明
图1是本发明实施例中一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***的结构框图；
图2是本发明实施例中一种压力跟随阀的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1，在本实施例中，该燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，包括：氢空燃料电池电堆1、氢气供应子***2、空气供应子***3和尾气处理子***4；
在本实施例中，氢空燃料电池电堆1具体可以包括：氢气进口101、空气进口102、氢气出口103和空气出口104。其中，氢气供应子***2通过氢气进口101与氢空燃料电池电堆1联通，用于向氢空燃料电池电堆1提供氢气；空气供应子***3通过空气进口102与氢空燃料电池电堆1联通，用于向氢空燃料电池电堆1提供空气；氢空燃料电池电堆1，用于基于氢气供应子***2提供的氢气和空气供应子***3提供的空气，进行电化学反应；尾气处理子***4通过氢气出口103和空气出口104与氢空燃料电池电堆1联通，用于对氢空燃料电池电堆1反应后产生的尾气进行处理。
在本实施例中，氢气供应子***2具体可以包括：依次连接的高压氢气瓶201、氢中压电磁阀202、一级减压阀203、供回氢组件204和压力跟随阀205。其中，高压氢气瓶201用于提供氢气源；氢中压电磁阀202用来控制氢气的供给与切断；一级减压阀203用来调节气源压力，使供回氢组件204工作流体的压力保持恒定；供回氢组件204用于将高压氢气调节至适当压力，保证氢空燃料电池电堆的氢气供应；压力跟随阀205串联在供回氢组件204后，用于实现氢空压力跟随，比较氢空燃料电池电堆1进口氢空压力，按照设定的压差，实现氢气压力对空气压力全工况、快速自适应跟随。
在本实施例中，如图2，压力跟随阀205具体可以包括：调节螺钉2051、上壳体2052、调节弹簧2053、反馈口2054、膜片2055、下壳体2056、进气口2057、出气口2058、控制腔2059、阀座20510、阀芯20511和反馈腔20512。其中，上壳体2052安装在下壳体2056上，上壳体2052与下壳体2056之间设置有阀芯20511。膜片2055固定在阀芯20511上；膜片2055的上端面与上壳体2052之间形成反馈腔20512，反馈腔20512在上壳体2052内部沿纵向延伸；膜片2055的下端面与下壳体2056之间形成控制腔2059，控制腔2059在下壳体2056内部沿着纵向延伸。反馈腔20512侧面设置有反馈口2054，控制腔2059侧面设置有进气口2057和出气口2058。调节弹簧2053设置在阀芯20511与上壳体2052之间，可沿纵向在反馈腔20512中移动；调节弹簧2053的一端与调节螺钉2051连接，另一端与阀芯20511连接；调节螺钉2051安装在上壳体2052顶部中心位置，可实现对调节弹簧2053压缩量的调节。阀座20510位于控制腔2059内、固定在下壳体2056上；阀座20510中心位置开有通孔、与出气口2058联通。
在本实施例中，空气供应子***3具体可以包括：依次连接的空气过滤器301、空气压缩机302、空气中间冷却器303和空气入口节气门304。其中，空气过滤器301，用于过滤空气中杂质，保证进入氢空燃料电池电堆1的空气品质；空气压缩机302，用于对经过过滤的空气进行增压；空气中间冷却器303，用于对经过增压的高温空气进行降温，保证进入氢空燃料电池电堆1的空气的温度满足要求；空气入口节气门304，用于通过调节开度实现空气路的通断和流量调节。其中，空气中间冷却器303的一路输出接空气入口节气门304，另一路输出接压力跟随阀205的反馈口2054进入压力跟随阀205。
优选的，氢气供应子***2提供的氢气经进气口2057进入压力跟随阀205的控制腔2059，空气供应子***3提供的空气经反馈口2054进入压力跟随阀205的反馈腔20512。其中，压力跟随阀205，用于在将控制腔2059内氢气的压力调节至与反馈腔20512内的空气压力满足一定压差时，将氢气供给给氢空燃料电池电堆1。当氢气与空气的压差值高于设定值时，压力跟随阀205开度变大，当氢气与空气的压差值低于设定值时，压力跟随阀205开度变小，将氢空压差稳定在设定范围内；且氢气压力稳定高于空气压力，以减少空气路向氢气路的气体渗透，对氢空燃料电池电堆1起到保护作用。
优选的，当控制腔2059内的氢气作用在膜片2055的力＜反馈腔20512内的空气作用在膜片2055的力和调节弹簧2053作用在膜片2055上的力的和时，压力跟随阀205关闭，进气口2057氢气压力将提升，控制腔2059压力随之提高，直到控制腔2059内的氢气压力＞反馈腔20512内的空气作用在膜片2055的力和调节弹簧2053作用在膜片2055上的力的和时，压力跟随阀205开启，氢气路将联通；随着压力跟随阀205的开启，进气口2057氢气压力随之降低，压力跟随阀205趋向关闭，直到控制腔2059内的氢气压力与反馈腔20512内的空气压力趋于稳定的压差。
在本实施例中，空气进口102的设计压力为1.6～2.2MPa。在压力跟随阀205的调节控制下，氢气进口101的压力始终高于空气进口102的设计压力0.1～0.3MPa。
在本实施例中，尾气处理子***4具体可以包括：氢气水分离器401、空气出口节气门402和气体混合室403。其中，空气出口104通过空气出口节气门402连接至气体混合室403，氢气出口103通过氢气水分离器401连接至气体混合室403。氢气水分离器401，用于将氢空燃料电池电堆1出口携带的液态水和气体分离，氢气通过循环可重新进入电堆入口，同时对氢气定期进行脉冲排放至气体混合室403，保证氢气纯度；空气出口节气门402，用于调节氢空燃料电池电堆1内部的空气压力；气体混合室403，用于将未参与反应的氢气经与空气混合稀释后排放到外界。
在本实施例中，如图2，对压力跟随阀205的具体结构及工作原理进行详细说明。如前所述，控制腔2059和反馈腔20512之间通过膜片2055和阀芯20511分隔为两个独立的封闭腔体。反馈口2054接空气中间冷却器303，将空气引入反馈腔20512；进气口2057接供回氢组件204，用于将氢气引入控制腔2059。反馈腔20512和控制腔2059内的空气和氢气对膜片2055产生压力；当反馈腔20512内的空气作用在膜片2055上的力、控制腔2059内的氢气作用在膜片2055上的力以及调节弹簧2053作用在膜片2055上的力达到平衡时，确定此时阀芯20511与阀座20510的相对位置，阀芯20511与阀座20510的相对位置用于指示氢空压差值△P的大小；当反馈腔20512和控制腔2059内的空气和氢气压差发生变化时，力的平衡被破坏，调节弹簧2053带动阀芯20511运动，改变压力跟随阀的阻力系数，控制两种介质的压差值始终保持为设定压差值。
优选的，当反馈腔20512内的空气作用在膜片2055上的力与调节弹簧2053作用在膜片2055上的力的和＞控制腔2059内的氢气作用在膜片2055上的力时，压力跟随阀关闭；随着压力跟随阀的关闭，控制腔2059内的氢气的压力随之提升，直至控制腔2059内的氢气作用在膜片2055上的力＞反馈腔20512内的空气作用在膜片2055上的力与调节弹簧2053作用在膜片2055上的力的和时，压力跟随阀开启；随着压力跟随阀的开启，控制腔2059内的氢气的压力随之降低，压力跟随阀逐渐趋向关闭，直至氢空气体处于压差平衡状态。
进一步的，反馈腔20512的内壁上设置有沿纵向延伸的导向槽，膜片2055的边缘滑设在导向槽中；其中，导向槽对膜片2055起到沿纵向的导向作用，使膜片2055在滑动过程中不会发生偏移。
预设的氢空压差值的大小可通过对调节弹簧2053的预压缩量的调节来进行调节控制，具体的：通过调整调节螺钉2051的松紧，实现对调节弹簧2053的预压缩量的调节，进而实现设定压差值的调节。其中，调节弹簧2053的预压缩量越大，调节弹簧2053作用在膜片2055上的力越大，膜片2055越不容易纵向移动；反之，调节弹簧2053的预压缩量越小，调节弹簧2053作用在膜片2055上的力越小，膜片2055越容易纵向移动。
在上述实施例的基础上，下面对该燃料电池氢空压力自动跟随的控制***的运行步骤进行说明：
a)氢空燃料电池电堆的工作特性，改变压力跟随阀中调节弹簧的预压缩量，以将氢空压差值设定在合适的范围内。
b)当氢空燃料电池开始工作时，氢中压电磁阀、一级减压阀打开，由供回氢组件将氢气压力调整至合适范围，氢气经压力跟随阀的控制腔供给至氢空燃料电池电堆的氢气进口。
c)外界空气经过空气供应子***的过滤、压缩、冷却后，一路供给至氢空燃料电池电堆的空气进口，另一路进入压力跟随阀的反馈腔。
d)在压力跟随阀的调节作用下，氢空燃料电池电堆氢气侧进口压力始终高于空气侧进口压力0.1～0.3MPa，以减少空气路向氢气路的气体渗透，对电堆起到保护作用。其中，当压差值高于设定值时，压力跟随阀开度变大，进气口压力将下降；当压差值低于设定值时，压力跟随阀开度变小，进气口压力提高。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，其特征在于，包括：氢空燃料电池电堆(1)、氢气供应子***(2)、空气供应子***(3)和尾气处理子***(4)；其中，氢空燃料电池电堆(1)，包括：氢气进口(101)、空气进口(102)、氢气出口(103)和空气出口(104)；
氢气供应子***(2)通过氢气进口(101)与氢空燃料电池电堆(1)联通，用于向氢空燃料电池电堆(1)提供氢气；
空气供应子***(3)通过空气进口(102)与氢空燃料电池电堆(1)联通，用于向氢空燃料电池电堆(1)提供空气；
氢空燃料电池电堆(1)，用于基于氢气供应子***(2)提供的氢气和空气供应子***(3)提供的空气，进行电化学反应；
尾气处理子***(4)通过氢气出口(103)和空气出口(104)与氢空燃料电池电堆(1)联通，用于对氢空燃料电池电堆(1)反应后产生的尾气进行处理。
2.根据权利要求1所述的燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，其特征在于，氢气供应子***(2)，包括：依次连接的高压氢气瓶(201)、氢中压电磁阀(202)、一级减压阀(203)、供回氢组件(204)和压力跟随阀(205)；
高压氢气瓶(201)，用于提供氢气源；
氢中压电磁阀(202)，用于控制氢气的供给与切断；
一级减压阀(203)，用于调节高压氢气瓶(201)输出的氢气压力恒定，使供回氢组件(204)工作流体的压力保持恒定；
供回氢组件(204)，用于将氢气调节至适当压力，保证氢空燃料电池电堆的氢气供应；
压力跟随阀(205)，用于比较氢空压差，按照设定的压差，实现氢气压力对空气压力全工况、快速自适应跟随。
3.根据权利要求2所述的燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，其特征在于，压力跟随阀(205)，包括：调节螺钉(2051)、上壳体(2052)、调节弹簧(2053)、反馈口(2054)、膜片(2055)、下壳体(2056)、进气口(2057)、出气口(2058)、控制腔(2059)、阀座(20510)、阀芯(20511)和反馈腔(20512)；
上壳体(2052)安装在下壳体(2056)上，上壳体(2052)与下壳体(2056)之间设置有阀芯(20511)；
膜片(2055)固定在阀芯(20511)上；其中，膜片(2055)的上端面与上壳体(2052)之间形成反馈腔(20512)，反馈腔(20512)在上壳体(2052)内部沿纵向延伸；膜片(2055)的下端面与下壳体(2056)之间形成控制腔(2059)，控制腔(2059)在下壳体(2056)内部沿着纵向延伸；
反馈腔(20512)侧面设置有反馈口(2054)，控制腔(2059)侧面设置有进气口(2057)和出气口(2058)；
调节弹簧(2053)设置在阀芯(20511)与上壳体(2052)之间，可沿纵向在反馈腔(20512)中移动；其中，调节弹簧(2053)的一端与调节螺钉(2051)连接，另一端与阀芯(20511)连接；调节螺钉(2051)安装在上壳体(2052)顶部中心位置，可实现对调节弹簧(2053)压缩量的调节；
阀座(20510)位于控制腔(2059)内、固定在下壳体(2056)上；其中，阀座(20510)中心位置开有通孔、与出气口(2058)联通。
4.根据权利要求3所述的燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，其特征在于，空气供应子***(3)，包括：依次连接的空气过滤器(301)、空气压缩机(302)、空气中间冷却器(303)和空气入口节气门(304)；
空气过滤器(301)，用于过滤空气中杂质，保证进入氢空燃料电池电堆(1)的空气品质；
空气压缩机(302)，用于对经过过滤的空气进行增压；
空气中间冷却器(303)，用于对经过增压的高温空气进行降温，保证进入氢空燃料电池电堆(1)的空气的温度满足要求；其中，空气中间冷却器(303)的一路输出接空气入口节气门(304)，另一路输出接压力跟随阀(205)的反馈口(2054)进入压力跟随阀(205)；
空气入口节气门(304)，用于通过调节开度实现空气路的通断和流量调节。
5.根据权利要求4所述的燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，其特征在于，氢气供应子***(2)提供的氢气经进气口(2057)进入压力跟随阀(205)的控制腔(2059)，空气供应子***(3)提供的空气经反馈口(2054)进入压力跟随阀(205)的反馈腔(20512)；其中，压力跟随阀(205)，用于在将控制腔(2059)内氢气的压力调节至与反馈腔(20512)内的空气压力满足一定压差时，将氢气供给给氢空燃料电池电堆(1)。
6.根据权利要求5所述的燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，其特征在于，当控制腔(2059)内的氢气作用在膜片(2055)的力＜反馈腔(20512)内的空气作用在膜片(2055)的力和调节弹簧(2053)作用在膜片(2055)上的力的和时，压力跟随阀(205)关闭，进气口(2057)氢气压力将提升，控制腔(2059)压力随之提高，直到控制腔(2059)内的氢气压力＞反馈腔(20512)内的空气作用在膜片(2055)的力和调节弹簧(2053)作用在膜片(2055)上的力的和时，压力跟随阀(205)开启，氢气路将联通；随着压力跟随阀(205)的开启，进气口(2057)氢气压力随之降低，压力跟随阀(205)趋向关闭，直到控制腔(2059)内的氢气压力与反馈腔(20512)内的空气压力趋于稳定的压差。
7.根据权利要求5所述的燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，其特征在于，空气进口(102)的设计压力为1.6～2.2MPa。
8.根据权利要求7所述的燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，其特征在于，在压力跟随阀(205)的调节控制下，氢气进口(101)的压力始终高于空气进口(102)的设计压力0.1～0.3MPa。
9.根据权利要求8所述的燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，其特征在于，当氢气与空气的压差值高于设定值时，压力跟随阀(205)开度变大，当氢气与空气的压差值低于设定值时，压力跟随阀(205)开度变小，将氢空压差稳定在设定范围内；且氢气压力稳定高于空气压力，以减少空气路向氢气路的气体渗透，对氢空燃料电池电堆(1)起到保护作用。
10.根据权利要求4所述的燃料电池氢空压力自动跟随的控制***，其特征在于，尾气处理子***(4)，包括：氢气水分离器(401)、空气出口节气门(402)和气体混合室(403)；其中，空气出口(104)通过空气出口节气门(402)连接至气体混合室(403)，氢气出口(103)通过氢气水分离器(401)连接至气体混合室(403)；
氢气水分离器(401)，用于将氢空燃料电池电堆(1)出口携带的液态水和气体分离，氢气通过循环可重新进入电堆入口，同时对氢气定期进行脉冲排放至气体混合室(403)，保证氢气纯度；
空气出口节气门(402)，用于调节氢空燃料电池电堆(1)内部的空气压力；
气体混合室(403)，用于将未参与反应的氢气经与空气混合稀释后排放到外界。
CN202211055384.8A 2022-08-31 2022-08-31 一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制*** Pending CN115513494A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211055384.8A CN115513494A (zh) 2022-08-31 2022-08-31 一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211055384.8A CN115513494A (zh) 2022-08-31 2022-08-31 一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115513494A true CN115513494A (zh) 2022-12-23

Family

ID=84501099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211055384.8A Pending CN115513494A (zh) 2022-08-31 2022-08-31 一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115513494A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116207307A (zh) * 2023-05-04 2023-06-02 北京英博新能源有限公司 燃料电池及其压力控制装置及压力控制方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116207307A (zh) * 2023-05-04 2023-06-02 北京英博新能源有限公司 燃料电池及其压力控制装置及压力控制方法
CN116207307B (zh) * 2023-05-04 2023-09-12 北京英博新能源有限公司 燃料电池及其压力控制装置及压力控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8563191B2 (en) Fuel cell system and gas leakage detection device
US6979508B2 (en) Fuel cell with integrated feedback control
US20050183948A1 (en) Apparatus and method for reducing instances of pump de-priming
US20090071819A1 (en) Electrolyzer cell stack system
CN111710884B (zh) 一种燃料电池***及其控制方法
CN209571493U (zh) 一种燃料电池的能量回收***
WO2005088757A1 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
CN115513494A (zh) 一种燃料电池氢空压力自动跟随的控制***
JP7363419B2 (ja) 水電解システム
JP5428865B2 (ja) 高圧水素製造システム
KR20160032233A (ko) 연료 전지 적층체의 작동 방법
CN101425590B (zh) 一种燃料电池发动机的氢气安全保护***
US20070141408A1 (en) Supplying and recirculating fuel in a fuel cell system
CN100361337C (zh) 一种在输出功率突然增加的情况下可快速响应的燃料电池
CN111261907A (zh) 一种带水路调压功能的燃料电池***
CN100464458C (zh) 一种可使燃料氢气压力稳定的大功率燃料电池
CN113707911A (zh) 一种燃料电池的供气***及供气方法
CN220121892U (zh) 压力调节装置和包括该压力调节装置的氢燃料电池***
KR20220077628A (ko) 연료전지 운전 방법 및 연료전지 시스템
JP2011014294A (ja) 燃料電池システム
KR20210115850A (ko) 수소 공급 시스템 및 이에 사용되는 유량조절밸브
JP2007515726A (ja) 運転停止時のプロセスガス圧力減衰制御
KR102625513B1 (ko) 분리형 bop 적용 수전해장치
CN218827272U (zh) 燃料电池氢气***的稳压装置、燃料电池和车辆
CN115505965A (zh) 一种高压水电解***氢氧背压跟随调节装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination