[发明专利]一种燃料电池堆水管理控制系统

说明书

本发明公开的一种燃料电池堆水管理控制系统，包括阴极端、阳极端、两侧气体流路、燃料气体、氧化剂气体，所述阳极端设有电磁阀组合，通过控制所述电磁阀组合使所述燃料气体以上端进气下端出气和下端进气上端出气交替的方式通过阳极端气体流路，从而燃料电池堆内部的水分均匀分布，本发明的有益效果为，系统功耗小；成本低，只需要更换电磁阀；控制策略简单；减少体积，节省空间，提高了燃料电池堆系统功率密度；电堆内部阳极流道内的水双向循环，使得水分布更为均匀，解决了燃料电池靠近入口部分电极容易失水干燥，靠近出口部分电极容易水淹的问题，本方案不仅适用于阴极敞开式电堆，同样适用于阴极封闭式电堆。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池堆水管理控制系统。

背景技术

燃料电池堆是一种直接将燃料的化学能转化为电能的发电装置，具有功率密度高，无污染，噪声低等优点，具有广阔的应用前景。燃料电池可以分为质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融盐燃料电池、微生物燃料电池等。

燃料电池堆工作时，其内部发生了电化学反应。以质子交换膜燃料电池PEMFC为例。以氢气做为燃料，PEMFC的电极反应如下所示：

阳极： H₂→2H⁺+2e^-

阴极：½O₂+2H⁺+2e^-→H₂O

从电极反应可以看出，在PEMFC中阳极反应气体氢气通入阳极流道。反应气体通入电池后，在催化剂的作用下解离为质子和电子，质子通过质子交换膜到达电池的阴极，电子则经过集流板收集，对外电路做功；氧气通过气体扩散层到达阴极催化侧表面，在催化剂的作用下，氧气与通过质子交换膜的质子、外电路电子，结合生成水，放出大量热。

在此过程中为了保持电池堆的性能、可靠性以及寿命，电堆内部尤其是膜电极需要有一定的含水量，以保证膜良好的质子传导性，否则膜易脱水，皱缩严重，影响质子传导；同时水也不能太多，膜的含水量过多，水就会淹没电极，造成电极水淹。同时，燃料电池工作时其内部环境的水分布的不均匀性导致了燃料电池靠近入口部分电极容易失水干燥，导致局部内阻升高，靠近出口部分电极容易水淹，使得燃料电池电堆的性能、可靠性、寿命都受到影响。

为了解决此类问题，在系统结构上采用增加氢气循环泵的方式，其有体积重量大、功耗大、成本高的缺点，并且只能单向循环，并未从根本上解决燃料电池电堆内部水分布不均的问题，对稳定性以及可靠性有较大影响，现有技术中，专利201720491876.X所述的一种自增湿燃料电池堆的水管理控制系统此方案中阳极进气口和排气口各增加一个，并没有阴极进气口和排气口，这样只能适合于阴极敞开式电堆，不适用于阴极封闭式电堆。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种燃料电池堆水管理控制系统，氢气的上进下出和下进上出的方式可相互转换，使得燃料电池阳极流道内的水分布趋于平衡，从而增加燃料电池的可靠性和寿命，本方案不仅适用于阴极敞开式电堆，同样适用于阴极封闭式电堆。

本发明解决的技术方案是提供一种燃料电池堆水管理控制系统，包括阴极端、阳极端、两侧气体流路、燃料气体、氧化剂气体，其特征在于，所述阳极端设有电磁阀组合，阳极端上部设有第一通气口、阳极端下部设有第二通气口，通过控制所述电磁阀组合使燃料气体从第一通气口进气从第二通气口出气，或使燃料气体从第二通气口进气从第一通气口出气，所述阴极端设有仅供氧化剂气体的出气口和进气口。

优选地，所述电磁阀组合包括第一电磁阀组合、第二电磁阀组合、第三电磁阀组合中的一种。