[发明专利]低成本燃料电池堆阳极工作压力快速调节系统

说明书

本发明涉及一种低成本燃料电池堆阳极工作压力快速调节系统，属于燃料电池堆技术领域。该系统包括储氢罐、一级减压阀、二级低压减压阀、二级高压减压阀、电磁阀、气体缓冲器、压力传感器和燃料电池堆。提升燃料电池堆在高负载工况下的氢气供给响应速度和燃料电池堆的动态性能，避免因快速加载而导致氢气供给不足，从而影响燃料电池堆的动态性能、电压波动和工作效率。本发明主要采用减压阀、电磁阀和气体缓冲器来实现。相比线性比例调压阀调节氢气压力的方法，本发明成本更低、压力调节速度更快。

技术领域

本发明属于燃料电池堆技术领域，涉及低成本燃料电池堆阳极工作压力快速调节系统。

背景技术

燃料电池堆工作时，提高氢气压力可增加燃料电池堆可逆电动势，改善燃料电池堆性能(如提高交换电流密度，降低活化过电位)，另外增加反应气体压力意味着催化层内反应物的浓度增大，这有利于电极物质传输。因而快速提高氢气压力可提高燃料电池堆的动态响应能力，同时避免氢气供给不足现象。模糊PID控制是PID算法与模糊控制理论相结合的一种控制理论。

在现阶段常见的燃料电池堆系统中，氢气供给系统通常工作在恒压模式，但由于减压阀在大流量的工作情况下，输出端氢气压力会降低，而燃料电池堆在快速加载过程中会消耗大量氢气，从而引起部分单体或单体某些区域的氢气供应不足现象，严重影响燃料电池堆的动态性能，甚至其寿命。为增强燃料电池堆的动态响应，可在燃料电池堆快速功率加载前适当提高工作压力，且此压力也并不需要控制地非常准确。采用电控式线性比例调压阀调节氢气压力，硬件成本较高，调节速度较慢。

本发明设计的快速氢气压力调节系统，通过控制电磁阀来实现燃料电池堆氢气入口压力的调节，并利用气体缓冲器来减小氢气压力突变对燃料电池堆的不利影响。本发明通过适当提升燃料电池堆氢气入口压力，从而提高燃料电池堆瞬态响应性能，还能使燃料电池堆获得更好的工作效率。此系统成本低、调节速度快，很好地实现了燃料电池堆阳极(氢气)压力快速调节。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供低成本燃料电池堆阳极工作压力快速调节系统。该系统通过气体缓冲器和电磁阀的组合来快速调节氢气进入燃料电池堆的压力，补偿快速消耗的氢气，从而减小因燃料不足引起的燃料电池堆工作电压波动。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

低成本燃料电池堆阳极工作压力快速调节系统，该系统包括储氢罐、一级减压阀、二级低压减压阀、二级高压减压阀、电磁阀、气体缓冲器、压力传感器和燃料电池堆；

所述储氢罐与一级减压阀的一端连接；

所述一级减压阀的另一端分别与二级低压减压阀和二级高压减压阀的一端连接；

所述二级低压减压阀和二级高压减压阀输出压力值不同；

所述二级高压减压阀的另一端依次与电磁阀、气体缓冲器、压力传感器和燃料电池堆连接；

所述二级低压减压阀的另一端连接在电磁阀和气体缓冲器之间；

所述电磁阀与压力传感器之间还通过模糊PID进行控制。

进一步，所述系统通过控制所述电磁阀的开闭，实现以下三种工作模式：

(1)正常低压工作模式：燃料电池堆正常工作时，由二级低压减压阀所在管路来供给氢气，二级高压减压阀管路上的电磁阀保持关闭；

(2)升压调节工作模式：开启二级高压减压阀管路上的电磁阀，向气体缓冲器内通入高压氢气；通过气体缓冲器，实现燃料电池堆中的压力在可控范围内快速上升；待燃料电池堆氢气入口压力上升至设定压力值后关闭二级高压减压阀管路，之后通过不断地快速开闭电磁阀来保持压力稳定；