[发明专利]一种带有冷却水水质控制的新能源客车燃料电池系统

说明书

本发明涉及一种带有冷却水水质控制的新能源客车燃料电池系统，包括水箱(1)、主工作泵(2)、燃料电池电堆(4)和散热器(5)，系统管路上设有水质传感器(6)，主工作泵(2)与燃料电池电堆(4)之间通过两条并联的支路连接，第一支路上设有第一电磁阀(71)和水质净化器(73)，第二支路上设有第二电磁阀(72)，系统还包括控制器(8)，所述的控制器(8)分别与水质传感器(6)、第一电磁阀(71)和第二电磁阀(72)连接。与现有技术相比，本发明保证管道清洁和燃料电池工作效率，同时考虑了节能效果。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池冷却控制系统，尤其是涉及一种带有冷却水水质控制的新能源客车燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种电化学的发电装置，等温的按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，正在成为理想的能源利用方式。从理论上来讲，只要连续供给燃料，燃料电池便能连续发电，已被誉为是继水力、火力、核电之后的第四代发电技术。目前正在开发的商用燃料电池“质子交换膜燃料电池”它具有较高的能量效率和能量密度，体积重量小，冷启动时间短，运行安全可靠。另外，其使用的电解质膜为固态，可避免电解质腐蚀，性能优异。作为21世纪的高科技产品，燃料电池已应用于汽车工业、能源发电、船舶工业、航空航天、家用电源等行业，受到各国政府的重视。

燃料电池内部主要由质子交换膜、电化学反应催化剂、扩散层和双极板组成。当燃料电池工作时，其内部发生下述反应过程：反应气体在扩散层内扩散，当反应气体到达催化层时，在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应；阳极反应生成的质子通过质子交换膜内传递到阴极侧，电子经外电路到达阴极，同氧分子反应结合成水，

同时放出热量。电极反应为：

阳极(负极)：H2→2H++2e

阴极(正极)：1/2O2+2H++2e→H2O

电池反应：H2+1/2O2→H2O

由于质子交换膜只能传导质子，因此氢离子(即质子)可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.5～1V之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆(简称电堆)。通常，质子交换膜燃料电池的运行需要一系列辅助设备与之共同构成发电系统。质子交换膜燃料电池发电系统由电堆、氢氧供应系统、水热管理系统、电能变换系统和控制系统等构成。电堆是发电系统的核心。发电系统运行时，反应气体氢气和氧气分别通过调压阀、加湿器(加湿、升温)后进入电堆，发生反应产生直流电，经稳压、变换后供给负载。电堆工作时，氢气和氧气反应产生的水由阴极过量的氧气(空气)流带出。未反应的(过量的)氢气和氧气流出电堆后，经汽水分离器除水，可经过循环泵重新进入电堆循环使用，在开放空间也可以直接排放到空气中。

水、热管理是质子交换膜燃料电池发电系统的重要环节之一。电堆运行时，质子交换膜需要保持一定的湿度，反应生成的水需要排除。不同形态的水的迁移、传输、生成、凝结对电堆的稳定运行都有很大影响，这就产生了质子交换膜燃料电池发电系统的水、热管理问题。通常情况下，电堆均需使用复杂的增湿辅助系统用于增湿质子交换膜，以免电极“干死”(质子交换膜传导质子能力下降，甚至损坏)；同时又必须及时将生成的水排出，以防电极“淹死”。由于质子交换膜燃料电池的运行温度一般在80℃左右，此时其运行效能最好，因此反应气体进入电堆前需要预加热，这一过程通常与气体的加湿过程同时进行；电堆发电时产生的热量将使电堆温度升高，必须采取适当的冷却措施，以保持质子交换膜燃料电池电堆工作温度稳定。这些通常用热交换器与纯水增湿装置进行调节，并用计算机进行协调控制。