[发明专利]一种带有比例阀的燃料电池引射装置的控制方法

说明书

本发明提供一种带有比例阀的燃料电池引射装置的控制方法，其中引射装置中包括比例阀和开关阀，从而使氢气的进入电堆的路径分为两条：路径1：氢气由高压腔经开关阀喷射到低压腔后，直接进入电堆；路径2：氢气由高压腔经比例阀流到中压腔，再经引射器进入电堆。本发明提供的控制方法通过控制路径1和路径2的氢气比例，响应电堆的不同工况参数，能够有效降低开关的使用时长和频率，降低了氢喷射装置和引射器集成设计中存在的噪音、密封、成本和寿命等问题，同时利用比例阀控制进入引射器的前端压力，保证回流量和部分新鲜氢气供给，利用开关阀快速响应电堆流量和压力的需求，装置结构简单，制造成本低，操作方便，运行结果可靠。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种带有比例阀的燃料电池引射装置的控制方法。

背景技术

随着世界各国石油，煤炭等自然资源的匮乏，风能、核能、太阳能和燃料电池等清洁能源越来越受到各国政府的重视。我国是煤炭储量和消费的大国，同时我国又是石油、燃气的“弱国”，每年需要大量的油气进口支持，新能源产业的发展是顺应能源结构改革的必然结果。

燃料电池通过质子交换膜分隔开的2个电极中间的燃料(纯净氢气、甲烷等)的化学反应直接产生电能。相比汽油机和柴油机，燃料电池不仅有极高的能量利用效率，而且排放物只有水，对环境没有任何污染。

传统的动力系统，会释放出COx，NOx，SOx等有害气体及PM颗粒等污染物，热效率低，且污染环境。氢燃料电池，是使用氢元素，进行电解水的逆反应，把氢和氧分别供给给阳极和阴极，氢在催化剂作用下，放出电子，氢离子通过质子交换膜流向阴极，而电子通过外循环到达阴极，从而产生电流，氢离子在阴极和氧、电子结合而产生水。氢燃料电池产生电的过程，是电化学反应，直接将化学能转换为电能，整个过程的最终产物是水。氢燃料电池是无污染、无噪声、高效率的新能源，具有极大的发展潜力。

在氢燃料电池系统中，大部分的供给氢气的方式是氢气循环方式，将未反应的氢气进行再利用，从而提高氢气的利用率，同时，氢气循环还能改善电堆内的水平衡，避免电堆内发生水淹，提高电堆的工作效率。但目前的氢循环系统在使用时存在较多的问题。首先，氢气的分子量较小，一定压力的氢气很容易发生泄漏，在目前结构氢循环系统中的氢喷射器工作过程中，氢气的密封是一个难题。目前结构的氢循环系统中，会存在一个氢循环泵，使氢气在氢循环系统中流动起来，如果通过氢喷射器喷射氢气时产生的射流能量，带动氢气流动，将可以极大的简化氢循环系统的结构，取消循环泵。当引射器没有建立起的供给压力不足时，通常采用一种结构，将低压氢气通过旁路（BY pass）直接引入电堆。现有的氢喷射器都是用电池开关阀控制进入引射区或者旁路（BY pass）的流量和压力。

燃料电池电堆的膜的机械寿命和膜两侧的压力交变有关系，所以保证膜两侧的压差维持在较为恒定的工况下，所以需要氢气压力能够快速响应系统快速加减载等情况下的需求，因此，现有技术中常见的两种方案如下：

1.采用氢气喷射器和循环泵联用的方式，氢气喷射器用来快速响应流量的供给，循环泵用来回流电堆出口的氢气，同时为氢气增湿，提高氢气利用率。

2.采用氢气喷射器和引射器联用的方式，氢气喷射器能够快速响应流量的供给，引射器用来回流电堆出口氢气，同时为氢气增湿，提高氢气利用率。

上述两种方案存在以下问题：

(1)开关电磁阀存在噪音，从而导致氢气流量与电堆的需求不相适应；

(2)为了调节氢气流量，需要高频开关电磁阀，从而影响电磁阀的寿命；

(3)装置结构复杂，制造成本高。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种带有比例阀的燃料电池引射装置的控制方法。通过将开关阀、引射器与比例阀组合并进行了集成设计，降低了氢喷射装置和引射器集成设计中存在的噪音、密封、成本和寿命等问题。通过用比例阀控制进入引射器的前端压力，保证回流量和部分新鲜氢气供给，用开关阀快速响应电堆流量和压力的需求。