[发明专利]一种燃料电池供氢及氢气循环系统、和其控制器方法

说明书

本发明提供一种燃料电池供氢及氢气循环系统、和其控制器方法，燃料电池供氢及氢气循环系统包括燃料电池电堆、供氢子系统和氢循环子系统；供氢子系统包括氢气源、引射器、连接在氢气源和引射器之间的第一供氢管道、连接在引射器和燃料电池电堆之间的第二供氢管道、都安装在第一供氢管道上的加热器和第一流量控制阀、与第二供氢管道相连的第一压力传感器、第三供氢管道、以及安装在第三供氢管道上的第二流量控制阀，串联的第一流量控制阀和引射器与第二流量控制阀并联；氢循环子系统的动力部件为氢循环泵。本申请能减少通过引射器的新氢流量，减小引射器的喷嘴口径，拓宽引射器的工况范围，降低氢循环泵的工况范围，提高氢循环泵的使用寿命。

技术领域

本发明涉及质子交换膜技术领域，特别是涉及一种燃料电池供氢及氢气循环系统、和其控制方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池使用氢气作为燃料，利用氢气和氧气的电化学反应产生电能、热能和水，对外输出能量，其是一种发电装置。该装置相比内燃机，具有较高的效率和功率密度，可以应用于新能源汽车领域。

质子交换膜燃料电池具有燃料电池系统和氢气循环系统，氢气循环系统向燃料电池系统提供一定压力和流量的堆出反应气体，保证燃料电池电堆中的电化学反应的正常进行。氢气循环系统通过大量氢气的循环利用，保证燃料电池内的水平衡，并提高系统的经济性。因此，氢气循环能够提升燃料电池系统阳极的湿度、浓度的均匀性，避免局部的过干、水淹或者欠气，对整个燃料电池系统的动力性、经济性、以及膜电极寿命起到至关重要的作用。

目前，氢气循环系统通常使用氢气循环泵或/和引射器作为动力部件，来提升反应气体的压力。其中，氢气循环泵可以满足燃料电池系统全工况范围内气体循环需求，控制方便，但是氢气循环泵为旋转机械泵，存在体积大、重量大、噪音大、可靠性差等缺点。引射器为机械结构件，可以弥补氢气循环泵的缺点，但是难以满足燃料电池系统全部工况应用，使得氢气循环泵的开启使用率仍然较高，难以降低对氢气循环泵的要求，最终导致氢气循环泵的使用寿命较短。

现有技术中，如授权公告号为CN212485377U的中国实用新型专利公开了一种燃料电池氢气循环系统，该方案采用引射器和循环泵并联的布置形式，可以克服上述二者的缺点；但是，其未考虑对新氢进行加热，循环氢气经引射器增压的过程中，由于新氢温度降低，导致循环氢气的温度也降低，在此过程中会有液态水的析出，可能会导致燃料电池系统出现局部水淹。又比如授权公告号为CN215834559U的中国实用新型专利公开了一种引射器及燃料电池系统，其在引射器内设置混合腔，在混合腔的外壁连接有加热装置，可以对混合腔进行加热，防止引射器腔体内表面发生冻结现象，但是其仍然无法避免新氢温度较低时和二次流混合过程中产生的液态水析出。

另外，引射器工作时，循环气体会经氢气循环泵支路回流到引射器吸入支路，不经过电池堆栈，无法起到氢气循环的目的。氢气循环泵工作时，循环气体会经引射器抽吸支路回流到氢气循环泵的吸入口，不经过电池堆栈，无法起到氢气循环的目的。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种燃料电池供氢及氢气循环系统，既能拓宽引射器的工况范围，又能减少引射器内部冷凝水的产生。

为实现上述目的，本发明提供一种燃料电池供氢及氢气循环系统，包括燃料电池电堆、与燃料电池电堆相连的供氢子系统、以及连接在燃料电池电堆和供氢子系统之间的氢循环子系统；

所述供氢子系统包括氢气源、引射器、连接在氢气源和引射器进口端之间的第一供氢管道、连接在引射器出口端和燃料电池电堆之间的第二供氢管道、都安装在第一供氢管道上的加热器和第一流量控制阀、与第二供氢管道相连的第一压力传感器、第三供氢管道、以及安装在第三供氢管道上的第二流量控制阀，所述第三供氢管道的两端分别与第一供氢管道和第二供氢管道相连，使所述串联的第一流量控制阀和引射器与第二流量控制阀并联，所述第二供氢管道和第三供氢管道的连接点、与第一压力传感器沿第二供氢管道中的气体流向先后分布；

所述氢循环子系统的动力部件为氢循环泵。