[实用新型]一种水冷型质子交换膜燃料电池堆控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池，尤其涉及一种水冷型质子交换膜燃料电池堆控制系统。

背景技术

燃料电池是未来新型的高效、节能、环保的发电方式之一，它是将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转变成电能的电化学反应装置，不经过热机过程，因此不受卡诺循环限制，能量转换效率高，噪声低，污染小，被公认为是21世纪首选的清洁、高效的新型发电技术。

在各种燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢气为燃料，以氧气或者空气为氧化剂，产物仅仅是纯净水，噪音小，而且燃料不依赖于日益紧缺的石油资源，是一种绿色环保的动力源，主要优点是能源转化效率高，功率密度高，启动时间短，达到满负荷运行时间短。PEMFC的这些特点使其具有广阔的应用前景，可以用在一切海陆运载工具上作为新型无污染发动机能源，或者作为移动的小型发电站，具有广阔的环保价值、实用价值和市场价值。由于燃料电池是个电化学反应装置，其工作状态变化较大，为了满足负载对电池功率的要求，提供给负载性能稳定的电源，需要对燃料电池的反应气体的温度、湿度、压力、流量和热/水循环等直接进行实时控制，才能保证燃料电池可靠有效地运行。但是，目前还没有这样一个有效的控制系统，严重影响了质子交换膜燃料电池的实用性和产业化。

发明内容

本实用新型主要解决质子交换膜燃料电池工作状态变化较大，不能提供给负载性能稳定的电源，无法满足负载对电池功率的要求，实用价值和市场价值不高的技术问题；提供一种能够按照负载对电池功率的要求，对电池中反应气体的温度、湿度、压力、流量、热/水循环等直接进行实时控制，使电池稳定可靠有效地运行，达到理想的电池性能，确保提供给负载性能稳定的电源，从而提高电池的实用价值和市场价值的水冷型质子交换膜燃料电池堆控制系统。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括若干个堆叠起来的相串联的质子交换膜燃料单电池，单电池由单电池壳体及设于单电池壳体内的阳极、电解质和阴极构成，单电池壳体上设有氢气入口、空气入口、氢气出口和空气出口，还包括主控制器，所述的主控制器包括数字信号处理模块及与数字信号处理模块相连的模/数转换模块、脉宽调制模块、输入/输出接口模块；所述的氢气入口通过管路与氢气预热加湿器的出口相连，氢气预热加湿器的进口通过氢气输送管与氢气瓶相连，所述的氢气输送管上从氢气瓶到氢气预热加湿器依次设有氢气压力传感器、减压阀和第一电磁阀；所述的空气入口通过管路与空气预热加湿器的出口相连，空气预热加湿器的进口通过空气输送管与鼓风机相连；所述的氢气压力传感器的输出接所述的主控制器中的模/数转换模块，所述的主控制器中的输入/输出接口模块与所述的第一电磁阀相连，所述的主控制器中的脉宽调制模块与氢气预热加湿器的电机、空气预热加湿器的电机及鼓风机的电机电连接。采用高压氢气瓶给电堆供氢，氢气从氢气瓶出来依次通过氢气瓶瓶阀、氢气压力传感器、减压阀、第一电磁阀、氢气预热加湿器到达电池堆的氢气入口，由氢气入口流入单电池内进行化学反应，会有少量的氢气从电池堆的氢气出口排到空气中。采用离心式鼓风机供给空气，从鼓风机出来的空气通过空气预热加湿器到达电池堆的空气入口，由空气入口流入单电池内进行化学反应，尾气从电池堆的空气出口排出。氢气压力传感器采集到的氢气压力信号输送给主控制器中的模/数转换模块，转换成的数字信号送给数字信号处理模块，经数字信号处理模块分析和处理，作出判断，当发现氢气压力不足时，及时发出控制信号使整个系统停止工作。数字信号处理模块还发出控制信号给脉宽调制模块和输入/输出接口模块，由输入/输出接口模块控制氢气输送管上的减压阀和第一电磁阀，由脉宽调制模块控制鼓风机的电机的转速，实现燃料电池两端压力的比例协调控制。脉宽调制模块还控制氢气预热加湿器和空气预热加湿器的电机的转速，使得进入电池堆前的氢气和空气得到合理的预热加湿。