[发明专利]一种燃料电池阳极气体供应回路的动态调压装置及方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池阳极气体供应回路的动态调压装置及方法，通过控制各类阀门协同工作使燃料电池阳极压力在稳态、加载、减载和排气各个阶段都能稳定在合适的范围内，这样既可以稳定的控制阳极压力、快速的补充氢气流量，又具有安全性高，成本低的特点。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，更为具体地讲，涉及一种燃料电池阳极气体供应回路的动态调压装置及方法。

背景技术

在全球日益增长的能源需求、愈演愈烈的环境危机等背景下，新型的清洁能源利用方式越来越受到人们的重视。其中，质子交换膜燃料电池因高效率、零污染、低噪音、启动快等优势走入大众的视线。

燃料电池正常工作时需要阴极提供足够的氧气、阳极提供足够的氢气量，同时在氢气量满足的情况下需要阳极提供一定的压力，阳极合适的压力值能提高燃料电池的性能，保证燃料电池工作在最佳的工作状态，如果反应气体短缺，燃料电池的性能及寿命会受到很大的影响。

燃料电池应用于实际生活中时需要解决许多棘手的问题，为了提高氢气的利用率，需要燃料电池系统尽可能的工作在死端模式下。与此同时，随着电化学反应的进行，阳极液态水和氮气的积累都使得燃料电池性能大大降低，因此系统需要采用间歇性排气，及时排出反应生成的水和积累的氮气。实际应用的挑战在于：当Purge排气阀由关闭到打开时，阳极压力急剧下降，燃料电池性能降低，该时间段加载存在很大的引发燃料饥饿的风险，此外，阳极压力的突变导致阴极和阳极压力差的变化，轻则影响膜电极的寿命，重则直接导致质子交换膜的穿孔或破裂，对燃料电池产生不可逆的损坏。因此，理想的设计是当Purge打开时，通过某种方式及时补充足够的氢气量，防止反应气体短缺，同时保持阳极的压力稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种燃料电池阳极气体供应回路的动态调压装置及方法，通过动态调节燃料电池氢气路压力，使燃料电池氢气侧压力在各个阶段都保持最佳值。

为实现上述发明目的，本发明一种燃料电池阳极气体供应回路的动态调压装置，其特征在于，包括：比例组合阀、共轨喷射阀、Purge电磁阀、压力测量传感器组、控制器及管路；

所述比例组合阀，由电磁阀和比例阀串联组成，一端连接氢气源的进气管路，另一端通过管路与燃料电池电堆的进气口连接；

所述共轨喷射阀，由多个相同或不同口径的喷嘴组成，各喷嘴的进气口汇流成为共轨喷射阀的进气口，各喷嘴的出气口汇流成为共轨喷射阀的出气口；整个共轨喷射阀与比例组合阀同向并联于燃料电池电堆的阳极进气管路上；

所述Purge电磁阀，位于燃料电池电堆阳极出气管路上，其一端通过管路与燃料电池电堆的出气口连接；另一端通过管路排入环境大气中；

所述压力测量传感器组，有四个压力测量传感器组成，分别位于比例组合阀和共轨喷射阀的进气管路和出气管路，以及Purge电磁阀的进气管路和出气管路上，分别用于测量氢气源的压力、电堆进气口压力、电堆出气口压力和环境大气压力，并将压力测量传感器组测得的压力值上传给控制器；

所述控制器，通过AI口采集各压力测量传感器测得的压力值并进行相关计算，然后通过DO口定时输出高低电平控制Purge电磁阀开关，通过PWM1口和PWM2口输出相应脉冲信号对比例组合阀中比例阀和共轨喷射阀进行控制，从而实现燃料电池阳极气体供应回路的动态调压。

一种燃料电池阳极气体供应回路的动态调压方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、压力测量传感器组分别测量氢气源的压力、电堆进气口压力、电堆出气口压力和环境大气压力，并将压力测量传感器组测得的压力值上传给控制器；

(2)、控制器根据燃料电池氢气动态调压装置的具体工作模式，完成燃料电池阳极气体供应回路的动态调压；

(2.1)、当燃料电池氢气动态调压装置工作在比例组合阀调压模式