[实用新型]一种纯机械排氢阀结构及燃料电池系统

说明书

本实用新型提供了一种纯机械排氢阀结构及燃料电池系统，涉及燃料电池技术领域。该纯机械排氢阀结构包括：沿氢气流动方向设置的第一支管、第二支管以及密封设置在第一支管和第二支管之间的阀本体，阀本体包括压差感应组件和阀移动件，压差感应组件能够感应第一支管和第二支管给予的压差，进而控制阀移动件在压差超过临界值时将阀打开，进行排氢。本实用新型脱离排氢对FCU的依赖，利用纯机械方法实现排氢。能够实现直接地、实时地检测氢气浓度。本实用新型采用纯机械结构，成本低、功耗低、同时提高目前PEMFC发动机的可靠性，减少代码总量，降低发动机故障发生率。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种纯机械排氢阀结构及燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是当代炙手可热的新能源之一，因为其具有效率高，能真正做到零排放，燃料电池是将氢气和氧气的化学能转化为电能的一种装置，燃料电池工作时，将空气直接通入燃料电池的阴极，反应剩余的空气直接排到大气。氢气由高压储氢罐提供，经过减压，通入燃料电池阳极。

但燃料电池并不会将氢气全部消耗，为了保证在燃料电池阳极整个流道内都有足量的氢气，一定要通入过量的氢气。未消耗完的氢气从燃料电池阳极出口排出，如果这部分氢气直接排入大气，会造成能量的浪费，为了解决这一问题，用一个氢气循环泵将电堆排出的氢气加压后再次注入燃料电池的阳极入口。这样就形成了氢气的循环。

燃料电池持续运行时，阴极空气里的氮气、燃料电池的产物水等，会透过质子交换膜渗透到燃料电池阳极，水可以通过汽水分离器进行分离，氮气长时间积累会降低阳极氢气的浓度，从而降低燃料电池的发电性能，所以要在氢气循环路加装一个排氢阀，按照一定的规律开启排氢阀，排出氮气浓度过高的氢氮混合气，保证氢循环路的氢气浓度。这个规律就是燃料电池的排氢逻辑。不同的排氢逻辑导致不同的PEMFC(质子交换膜燃料电池)发动机具有不同的燃料利用率。

相关现有技术主要有三类：

1、等价Q值法：也叫安时法排氢，该排氢方法认为电堆阳极的氢气浓度与电流相关，对电堆实时输出电流在一段时间内进行积分，再乘以一个权重系数，其值等于Q，用Q值来衡量燃料电池氢循环路的氢浓度，当Q值达到设定值后，ECU控制排氢阀开始排氢。

Q＝∫ki dt

K：权重系数，i：燃料电池电堆电流。

上述等效值Q是间接判断电堆内部氢浓度，对氢气浓度的估计并不准确。并且对与不同的电堆和不同的运行工况，权重系数变化复杂无法完全确定。另外积分运算对FCU的运算存储能力有较高的依赖性。

2、氮气渗透模型：燃料电池阴极为空气，空气有78％的氮气含量，燃料电池阳极为纯氢气，基本不含氮气，这个浓度差会导致氮气从阴极透过质子交换膜渗透到阳极，可以根据Fick定律计算出氮气渗透的速率，从而建立起一个氮气渗透模型，将此氮气渗透模型写入FCU，FCU 可根据此模型估算出阳极腔体，即氢循环路内的氮气浓度，当浓度达到设定值，FCU控制排氢阀开启排氢。该方法利用Fick定律得到的是理论计算值，需要进行复杂的标定，并且，这种方法也离不开FCU的计算存储。

3、氢气浓度传感器：这是最直接的办法，在氢循环路内安装氢气浓度传感器，直接测量氢气浓度，当氢气浓度降低至设定值，FCU控制排氢阀进行排氢。该方法是最直接有效的办法，但高精度的氢气传感器价格昂贵，并且需要定时校准。

因此，亟需提供一种纯机械排氢阀结构及燃料电池系统，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种纯机械排氢阀结构及燃料电池系统，采用纯机械结构，成本低、功耗低、同时提高目前PEMFC发动机的可靠性，减少代码总量，降低发动机故障发生率。

为实现上述目的，提供以下技术方案：