[发明专利]一种燃料电池系统及工作控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括带控制器的空压机、中冷器、增湿器、电池电堆、背压阀、膨胀机、氢气循环泵，空压机的输入管路上设有空气过滤器和空气计量器，空压机、中冷器和增湿器依次连接，增湿器与电池电堆的第一输入管路和第一输出管路上分别设有第一传感器和第二传感器，增湿器的输出端与背压阀和膨胀机并联连接，其中增湿器往膨胀机的连接管路上依次设有第一电磁阀、第一分水器和节流阀，中冷器与第一电磁阀的输出端之间的管路上设有第二电磁阀，背压阀的输出管路上依次设有混合室和消音器，膨胀机与氢气循环泵连接，氢气循环泵与混合室的连接管路上设有第二分水器和排水电磁阀，膨胀机还与混合室连接，电池电堆还设有第二输入和第二输出管路，及第三输入和第三输出管路，其中第二输出管路与氢气循环泵的输入端连接，第二输出管路上设有第三传感器，第二输入管路与氢气循环泵的输出端连接，第二输入管路上设有第四传感器，电池电堆的第二输入管路由里往外还依次设有比例阀、电磁开关阀、第五传感器、过滤器和安全阀，形成氢气供给单元，其中氢气供给单元经第二输入管路、电池电堆、第二输出管路和氢气循环泵的回路形成氢气循环系统，

所述系统还包括热管理单元，热管理单元包括设在第三输出管路上的第八传感器和节温器，及设在第三输入管路上的水泵、水路过滤器、第六传感器和第七传感器，水泵还与节温器的输入端连接，节温器的输出端管路上设有加热器，加热器与水泵连接，水泵输入端的管路上设有带液位开关的补水箱，补水箱与节温器之间设有散热器，水路过滤器的输入端与节温器的输入端之间设有去离子器，水泵输出端与中冷器连接的管路上设有第三电磁阀，中冷器还与第三输出管路连接，第三输出管路经过第八传感器管路的端部通过补水箱与散热器连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀规格型号相同。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一传感器和第二传感器规格型号相同，第三传感器、第四传感器、第五传感器和第六传感器规格相同，第七传感器和第八传感器规格型号相同。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第三输入管路经过散热器至第三输出管路的回路为大循环，第三输入管路经过节温器和加热器至第三输出管路的回路为小循环。

5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述水泵、第三电磁阀和中冷器形成循环冷却支路。

6.一种燃料电池系统的工作方法，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项的燃料电池系统，所述方法包括如下过程：

1）电磁开关阀开启及热管理单元小循环运转，同时空压机启动，一部分空气经过中冷器后，通过增湿器进入电池电堆，另一部分空气通过中冷器后，分流依次进入第二电磁阀和第一分水器，然后通过节流阀，进入膨胀机，通过节流阀的开度调节氢气循环泵转速，从而调节氢气循环系统中氢气回流量，电池电堆第一输入管路的入口压力主要由背压阀调节实现；

2）当燃料电池系统实现大功率运行时，采用尾气驱动膨胀机模式，第一电磁阀打开，空气通过空压机、中冷器、增湿器后进入电池电堆，反应后的气体通过增湿器后，一部分通过第一电磁阀、第一分水器和节流阀进入膨胀机，膨胀机驱动氢气循环泵实现氢气回流，氢气循环泵及膨胀机排出的氢气和空气尾排废气，经过混合室与另一路经过背压阀的空气混合排出。

7.一种燃料电池系统的控制方法，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项的燃料电池系统，所述方法包括如下过程：

1）当燃料电池系统低功率运行时，按照电堆功率输出需求，计算空气流量需求，氢气循环泵转速需求，控制空压机转速，调节背压阀的开度，通过电池电堆第一输入管路入口端压力控制比例阀开度并调节节流阀开度，满足电池电堆消耗的同时，氢气循环压力平衡；

2）当燃料电池系统高功率运行时，按照电池电堆功率输出需求，通过进气压力及空气消耗流量需求，控制空压机转速，背压阀开度调节至30°~45°，预先标定，通过控制节流阀开度控制电池电堆第一输入管路入口压力，出现大功率变载时，背压阀与节流阀联动调节。