CN101557006B - 一种燃料电池发动机系统及其启动方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池发动机系统及其启动方法，燃料电池发动机系统包括燃料电池堆、氢气系统、空气系统和冷却系统，空气系统中还包括一个由附加支路单向阀、储气装置、电磁阀和快装充气阀组成的附加支路。该燃料电池发动机系统的启动方法是：启动燃料电池发动机系统，氢气系统向燃料电池堆供氢气，由附加支路上的储气装置，内储存的压缩空气，向燃料电池堆供空气，燃料电池堆发电后，向空气系统的供气装置供电，实现供气装置向燃料电池堆供空气，同时向附加支路上的储气装置充气。本发明的优点是：不需要外加高压电源，可降低成本；系统结构简单，制造方便，占用空间不大；系统启动操作方便，安全可靠；系统具有较广泛的适用性。

Description

一种燃料电池发动机系统及其启动方法 
技术领域
本发明属于燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池发动机启动。 
背景技术
质子交换膜燃料电池可以用作车、船的动力装置。以质子交换膜燃料电池为动力装置的发动机的工作方式与内燃机类似，必须连续不断地把氢燃料和氧化剂送入电池，并连续排出反应产物水和一定的废热以维持电池物料与热的平衡。所以为维持质子交换膜燃料电池发动机系统连续工作，质子交换膜燃料电池发动机系统通常包括空气系统、氢气系统和冷却部分。空气系统向燃料电池提供具有一定压力、湿度和温度的空气量，保证氧化剂的供应；氢气系统提供具有相应压力、湿度和温度的氢气量，满足还原剂的需求；冷却部分保证燃料电池需要的工作温度。 
质子交换膜燃料电池发动机工作通常还需要低压控制电(12V或24V)和高压电源。低压控制电作为发动机各控系统所需电源。对于电电混合燃料电池发动机，高压电源既作为发动机的辅助动力电源，也作为燃料电池发动机启动电源，用于燃料电池发动机空气供给装置的启动，待发动机启动后，燃料电池发动机所需动力电才实现自给，同时发动机实现对外供电。 
电电混合燃料电池发动机的启动，因为有现成动力电，启动起来比较容易，但对于纯燃料电池发动机来说，其启动就比较麻烦。通常有以下几种启动方式：一是采用低压控制电用DC/DC升压启动，这种方式的不足是：对控制电源容量要求较大，一般情况下很难满足要求。二是采用增加高压启动电源的方法，一般是用铅酸蓄电池作为高压电源，这种方式的不足是：铅酸蓄电池输出电压通常为12V，需用多台铅酸蓄电串联的办法才能达到需要的电压，这样必然要增加发动机的重量和空间，这是发动机很难做到的；三是采用电电混合用的锂电池，这种方式的不足是：锂电池可靠性较差，成本较高，控制系统也较复杂，并且锂电池满足电压和容量需求，装节也需很多，重量和体积也很大。 
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池发动机系统及其简单的启动方法。 
本发明的技术方案是：一种燃料电池发动机系统，包括燃料电池堆、氢气系统、空气系统和冷却系统，空气系统包括由管道连通的空气滤清器、供气装置和湿焓转换装置，其结构在于所述空气系统中，在湿焓转换装置的空气出口与燃料电池堆的空气进口之间的管道上串接一个出口单向阀，出口单向阀的出气口与燃料电池堆的空气进口连接，出口单向阀的进气口与湿焓转换装置的空气出口连接；所述空气系统还包括一个附加支路，所述附加支路由用管道连通的附加支路单向阀、储气装置、电磁阀和快装充气阀组成，所述储气装置上有三个接口，储气装置上的第一个接口与附加支路单向阀的出气口连接，该附加支路单向阀的进气口连接在空气系统的供气装置与湿焓转换装置连接的管路上，储气装置上的第二个接口与所述附加支路上的电磁阀的进气口连接，该电磁阀出气口连接在空气系统的湿焓转换装置与燃料电池堆连接的管路上，储气装置上的第三个接口与所述附加支路上的快装充气阀的出气口连接，该快装充气阀的进气口是与燃料电池发动机系统外部的提供压力空气的装置的连接口。 
本发明所述的一种燃料电池发动机系统，其结构在于所述附加支路管路的截面积是空气系统管路的截面积的15％～70％。 
本发明所述的一种燃料电池发动机系统，其所述储气装置的储气量为标准状态下：0.5～1.5L/kW，储气装置内储存的气体的压力与空气系统的供气装置供给的最高空气压力相同。 
本发明所述的一种燃料电池发动机系统，其结构在于所述储气装置是储气罐。 
本发明的一种燃料电池发动机系统的启动方法，包括燃料电池发动机首次启动和首次启动后的一般启动，所述燃料电池发动机首次启动包括以下步骤：1、关闭附加支路上的电磁阀，将附加支路上的快装充气阀的进口与燃料电池发动机外部的提供压力空气的装置连结，对附加支路上的储气装置充气，至储气装置内的压力与空气系统的供气装置能提供的空气的压力相同后，关闭快装充气阀并断开快装充气阀的进口与燃料电池发动机外的提供压力空气的装置之间的连接；2、开启燃料电池发动机系统的氢气系统，使氢气系统向燃料电池堆供氢气，同时打开附加支路上的附加支路电磁阀，使附加支路上储气装置内储存的压缩空气向燃料电池堆供空气，使燃料电池堆开始发电；3、燃料电池堆发出的电向空气系统的供气装置供电，使空气系统的供气装置工作开始向燃料电池堆供空气，实现由供气装置向燃料电池堆供气，此时，关闭电磁阀，发动机启动完成；4、当储气装置内的压力小于供气装置供给的空气的压力时，附加支路单向阀自动开启，由空气系统的供气装置对储气装置充气，至储气装置内的压力与空气系统的供气装置供给的空气压力相同，供下次启动用；5、燃料电池发动机系统停机时，关闭附加支路上的电磁阀，使附加支路上的储气装置保持所充空气的压力，供下次启动用；
所述燃料电池发动机首次启动后的一般启动的步骤包括首次启动步骤中的第2、3、4和5步骤。 
由于本发明的系统中，在空气系统中的湿焓转换装置的空气出口与燃料电池堆的空气进口之间的管道上串接一个出口单向阀，从而使附加支路上的储气装置向燃料电池堆供空气时，空气只能流向燃料电池堆，不会反向流动。 
本发明具有如下优点： 
5、不需要外加空气系统的供气装置所需的高压电源，可降低成本； 
6、系统结构简单，制造方便，并且不占用太大空间； 
7、燃料电池发动机系统启动操作方便，安全可靠； 
8、系统具有较广泛的适用性。 
附图说明
本发明共有2幅附图，其中 
附图1为常用燃料电池发动机系统示意图。 
附图2为本发明燃料电池发动机系统示意图。 
附图中，1、燃料电池堆，2、氢气系统，3、冷却系统，4、空气系统，401、空气滤清器，402、供气装置，403、湿焓转换装置，404、附加支路单向阀，405、储气装置，406、电磁阀，407、出口单向阀，408快装充气阀。 
具体实施方式
下面结合附图给出的实施例对本发明作进一步说明。 
实施例为一台空气最高操作压力为0.05MPa的10kW燃料电池发动机系统，包括燃料电池堆1、氢气系统2、空气系统4和冷却系统3。空气系统包括由管道连通的空气滤清器401、供气装置402和湿焓转换装置403，在湿焓转换装置403的空气出口与燃料电池堆1的空气进口之间的管道上串接一个出口单向阀407，出口单向阀407的出气口与燃料电池堆1的空气进口连接，出口单向阀407的进气口与湿焓转换装置403的空气出口连接；空气系统还包括一个附加支路，附加支路由用管道连通的附加支路单向阀404、储气装置405、电磁阀406和快装充气阀408组成，储气装置405上有三个接口，储气装置405上的第一个接口与附加支路单向阀404的出气口连接，该附加支路单向阀404的进气口连接在空气系统的供气装置402与湿焓转换装置403连接的管路上，储气装置405上的第二个接口与附加支路上的电磁阀405的进气口连接，该电磁阀出气口连接在空气系统的湿焓转换装置403与燃料电池堆1连接的管路上，储气装置405上的第三个接口与所述附加支路上的快装充气阀408的出气口连接，该快装充气阀的进气口是附加支路与燃料电池堆外部的压缩空气装置连接的连接口。 
主空气管路直径取25毫米，附加支路管路的直径取15毫米，附加支路管路的截面积是主空气系统管路的截面积的36％。 
储气装置405是储气罐，储气压力为0.05MPa，容量为6.7升(可储存标况下气体10升)。 
燃料电池发动机系统的启动方法包括燃料电池发动机首次启动和首次启动后的一般启动，燃料电池发动机首次启动包括以下步骤：1、关闭附加支路上的电磁阀406，将附加支路上的快装充气阀408的进口与外部压缩空气装置连结，对附加支路上的储气装置405充气，至附加支路上的储气装置405内的压力与空气系统的供气装置供给的空气压力相同后，关闭快装充气阀408并断开快装充气阀的进口与外部压缩空气装置之间的连接；2、开启燃料电池发动机系统的氢气系统，使氢气系统2向燃料电池堆1供氢气，同时打开附加支路上的电磁阀406，使附加支路上储气装置405内储存的压缩空气向燃料电池堆1供空气，使燃料电池堆开始发电；由于本发明在空气系统中的湿焓转换装置的空气出口与燃料电池堆的空气进口之间的管道上串接一个出口单向阀，从而使附加支路上的储气装置向燃料电池堆供空气时，空气只能流向燃料电池堆，不会反向流 动。3、燃料电池堆发出的电向空气系统的供气装置402供电，使空气系统的供气装置402工作向燃料电池堆1供空气，实现由供气装置402向燃料电池堆1供气，此时，关闭电磁阀406，发动机启动完成；4、当储气装置405内的压力小于供气装置402压力时，附加支路单向阀404自动开启，由空气系统的供气装置402对储气装置405充气，至附加支路上的储气装置405内的压力与空气系统的供气装置供给的空气压力相同，供下次启动用；5、燃料电池发动机系统停机时，关闭附加支路上的电磁阀406，使附加支路上的储气装置405保持所充空气的压力，供下次启动用；燃料电池发动机首次启动后的一般启动的步骤与首次启动步骤中的第2、3和4步骤相同。 

Claims (5)

1.一种燃料电池发动机系统，包括燃料电池堆(1)、氢气系统(2)、空气系统(4)和冷却系统(3)，空气系统包括由管道连通的空气滤清器(401)、供气装置(402)和湿焓转换装置(403)，其特征在于所述空气系统中，在湿焓转换装置(403)的空气出口与燃料电池堆(1)的空气进口之间的管道上串接一个出口单向阀(407)，出口单向阀(407)的出气口与燃料电池堆(1)的空气进口连接，出口单向阀(407)的进气口与湿焓转换装置(403)的空气出口连接；所述空气系统还包括一个附加支路，所述附加支路由用管道连通的附加支路单向阀(404)、储气装置(405)、电磁阀(406)和快装充气阀(408)组成，所述储气装置(405)上有三个接口，储气装置(405)上的第一个接口与附加支路单向阀(404)的出气口连接，该附加支路单向阀(404)的进气口连接在空气系统的供气装置(402)与湿焓转换装置(403)连接的管路上，储气装置(405)上的第二个接口与所述附加支路上的电磁阀(405)的进气口连接，该电磁阀出气口连接在空气系统的湿焓转换装置(403)与燃料电池堆(1)连接的管路上，储气装置(405)上的第三个接口与所述附加支路上的快装充气阀(408)的出气口连接，该快装充气阀的进气口是与燃料电池发动机系统外部的提供压力空气的装置的连接口。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机系统，其特征在于所述附加支路管路的截面积是空气系统管路的截面积的15％～70％。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机系统，其特征在于所述储气装置(405)的储气量为标准状态下：0.5～1.5L/kW，储气装置(405)内储存的气体的压力与空气系统的供气装置供给的最高空气压力相同。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机系统，其特征在于所述储气装置(405)是储气罐。
5.权利要求1所述的一种燃料电池发动机系统的启动方法，其特征在于所述燃料电池发动机系统的启动方法包括燃料电池发动机首次启动和首次启动后的一般启动，所述燃料电池发动机首次启动包括以下步骤：
a、关闭附加支路上的电磁阀(406)，将附加支路上的快装充气阀(408)的进口与燃料电池发动机系统外部的提供压力空气的装置连结，对附加支路上的储气装置(405)充气，至储气装置(405)内的压力与空气系统的供气装置能供给的空气压力相同后，关闭快装充气阀(408)并断开快装充气阀的进口与燃料电池发动机系统外部的提供压力空气的装置之间的连接；
b、开启动燃料电池发动机系统的氢气系统(2)，使氢气系统(2)向燃料电池堆(1)供氢气，同时打开附加支路上的电磁阀(406)，使附加支路上储气装置(405)内储存的压缩空气向燃料电池堆(1)供空气，使燃料电池堆开始发电；
c、燃料电池堆发出的电向空气系统的供气装置(402)供电，使空气系统的供气装置(402)工作，开始向燃料电池堆(1)供空气，实现由空气系统的供气装置(402)向燃料电池堆(1)供气，此时，关闭电磁阀(406)，发动机启动完成；
d、当储气装置(405)内的压力小于空气系统的供气装置(402)供给的空气的压力时，附加支路单向阀(404)自动开启，由空气系统的供气装置(402)对储气装置(405)充气，至储气装置(405)内的压力与空气系统的供气装置供给的空气的压力相同，供下次启动用；
e、燃料电池发动机系统停机时，关闭附加支路上的电磁阀(406)，使附加支路上的储气装置(405)保持所充空气的压力，供下次启动用；
所述燃料电池发动机首次启动后的一般启动的步骤与首次启动步骤中的第b、c、d和e步骤相同。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112993326B (zh) * 2019-12-13 2022-08-19 中车时代电动汽车股份有限公司 一种燃料电池及质子交换膜保护方法
CN111048804B (zh) * 2019-12-30 2021-06-04 东风汽车集团有限公司 一种氢燃料电池供氧方法及供氧系统、控制系统
CN111342083B (zh) * 2020-03-07 2023-10-31 中极氢能汽车(长治)有限公司 一种氢燃料电池汽车供氧系统及其控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1473789A2 (en) * 2003-04-08 2004-11-03 Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. Device and method for controlling fuel cell system
CN101043082A (zh) * 2007-04-27 2007-09-26 新源动力股份有限公司 一种高效的车、船用质子交换膜燃料电池系统及流程

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1473789A2 (en) * 2003-04-08 2004-11-03 Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. Device and method for controlling fuel cell system
CN101043082A (zh) * 2007-04-27 2007-09-26 新源动力股份有限公司 一种高效的车、船用质子交换膜燃料电池系统及流程

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