[实用新型]一种用于质子交换膜燃料电池的阴极排气再循环系统

摘要

一种用于质子交换膜燃料电池的阴极排气再循环系统，属于新能源汽车技术领域，其特征在于：用一个排气再循环回路将由电堆阴极出口排出的气体再引入到电堆的入口回路。可以单独调整进入电堆的总流量、总压力和氧气流量，在限制电堆单片电压的同时，有效避免了电堆的水淹或者膜干现象；可在停机过程中，迅速吹干电堆内部的液态水，防止电堆在低温条件下因内部残留的水结冰而损坏电堆；可在停机过程中使整个管路中充满氮气，避免长时间停机氧气进入阳极腐蚀电堆；减小了进入系统的新鲜空气量，降低机械和化学过滤器的负荷。这些措施可以有效提高燃料电池的寿命和耐久性。同时引入了散热、增湿的旁通控制，可以加快电堆在低温条件下的暖机速度。

主权项

一种用于质子交换膜燃料电池的阴极排气再循环系统，其特征在于：是一种基于计算机辅助控制来实现对进入电堆的空气压力、空气总流量、空气温度、空气湿度和空气含氧量进行同步控制的适用于最高工作压力大于1.5bar的阴极排气再循环系统，含有控制部分和阴极排气再循环部分，其中： 控制部分含有：一个控制器，真空泵和真空罐以及七个各自由电磁阀和真空阀串接而成的控制阀，还有多个温度传感器、湿度传感器和压力传感器共同组成的传感器组，用S表示，向控制器发送传感信号，其中， 各真空阀采用真空膜片阀，在阀杆上安装有位置传感器以实现阀流量的精确控制；各电磁阀信号输入端并联后经一个压力传感器分别与所述控制器和真空泵的控制信号输入端相连，所述控制器通过各个所述电磁阀的控制端来调整各所述电磁阀的占空比，来调节各所述真空阀的真空度； 阴极排气再循环部分，包括机械和化学过滤装置、进排气回路和排气再循环回路，其中： 进排气回路包括进气通路和排气通路，其中： 进气通路始自通大气的所述机械和化学过滤装置的空气出口，依次含有：第一传感器组S1、空气流量传感器、第一控制阀V1、第二传感器组S2、空气压缩机、第二控制阀V2、散热器、第四控制阀V4、增湿器以及电堆的空气入口，在所述散热器的旁通回路上还设有第三控制阀V3，在所述增湿器旁通回路上还设有第五控制阀V5，其中，第二控制阀V2和第三控制阀V3是一个实现进入电堆的阴极气体温度闭环控制的进气温度控制阀组，第四控制阀V4和第五控制阀V5是一个实现进入电堆的阴极气体湿度闭环控制的气体湿度控制阀组； 排气通路始自所述电堆的空气出口，依次含有第五传感器组S5、冷凝器、氧传感器、第四传感器组S4以及第七控制阀V7； 排气再循环回路位于所述空气压缩机之前，始自经过所述第四传感器组S4的输出端，终止到所述空气压缩机的入口处，连通了所述进气回路和排气回路，形成了一条从所述电堆的空气出口处依次经过所述第五传感器组S5、冷凝器、氧传感器、第四传感器组S4、设在所述支路上的第六控制阀V6、空气压缩机、第二控制阀V2、散热器、第三控制阀V3、第四控制阀V4、第五控制阀V6以及增湿器到达所述电堆空气入口的排气再循环回路，其中： 第六控制阀V6、第一控制阀V1以及第七控制阀V7是一组实现灵活分配再循环 的气体体积流量和氧气组分的比例，以达到调整进入电堆的总气体流量、总压力、氧气分压目的的控制阀组； 第六控制阀V6、第一控制阀V1、空气流量传感器和氧传感器是一个实现整个空气回路氧含量闭环反馈控制的部件； 全关状态下的第一控制阀V1、第七控制阀V7和全开状态下的第六控制阀V6构成了一个排气再循环比例为100%的停机控制阀组； 常闭状态下的第一控制阀V1、第六控制阀V6、第七控制阀V7共三个控制阀构成一组停机存放控制阀组； 全关状态下的第二控制阀V2、第四控制阀V4和全开状态下的第三控制阀V3、第五控制阀V5共同构成了一个低温冷机快速启动控制阀组； 当第六控制阀V6的开度大于第一控制阀V1、第七控制阀V7的开度时所述第六控制阀V6、第一控制阀V1、第七控制阀V7共同构成了一个怠速和小负荷下的高电位控制阀组，同时也是一个防止电堆长期小负荷运行时出现水淹现象的控制阀组； 在怠速和小负荷运行时开度经过调整的第四控制阀V4、第五控制阀V5共同构成了防止电堆膜干的控制阀组。